油田水处理工艺及存在问题.pptx

大多数油田都采用注水开发方式，随着油田进入高含水后期。采出水量也大幅增长，而油田采出水中不可避免地产生一些含油污水。出于环境保护和节约水资源的考虑，如何经济、有效地对含油污水处理是目前油田可持续发展的关键关键第1页/共34页油田水的来源残残余余水水（沉沉积积水水）沉积物沉积时充填在颗粒间的孔隙水，沉积物深埋成岩后，水被保存在地层中。渗渗入入水水大气降水、地表水沿储集层露头或断层、裂隙渗入到储集层中的水。深深成成水水来自地幔及地壳深处高温、高矿化度、饱含气体的地下水。石油的生成、运移、聚集以至逸散，都是在地下水存在的情况下发生的。对油田水的研究，是了解油气生成和油气藏形成的重要途径，对油气田勘探和开发有重要意义。第2页/共34页油田水处理的意义和重要性水是石油的天然伴生物。目前我国大部分油田采用了注水开发方式，每生产1吨原油约需要注2-3吨水，因而水和石油生产的关系极大。第3页/共34页 一是注入水的水源问题，人们希望得到能提供供水量大而稳定的水源；二是原油含水量不断上升，含油沼水量越来越大，污水的排放和处理是个大问题。在生产实践中，人们认识到油田污水回注是合理开发和利用水资源的正确途径。随着油田注水的进行，带来了两个问题随着油田注水的进行，带来了两个问题第4页/共34页众所周知，水对金属设备和管道会产生严重的腐蚀。尤其是油田含油污水由于矿化度高，又溶解了不同程度的硫化氢、二氧化碳等酸性气体及溶解氧，这样的污水回注地层后对注水系统会产生腐蚀。例如：油田污水回注管线一年腐蚀穿孔123次，注水泵一级运转6-15天即因腐蚀被迫停产，点蚀深度达到 4毫 米。又 如 一 新 开 发 油 田 污 水 矿 化 度 高 达(24-29)10毫克/升，据1981年统计，14座污水处理站、9座回注站及1000公里管线，因腐蚀已造成600-700万元经济损失，其中有的设备投产不到半年就出现了腐蚀。第5页/共34页油田水主要污染物为石油类。这部分废水的量较大。若直接外排将对环境造成很大影响，因此国内外对采油废水的均要进行处理，方法主要是采用隔油、过滤等措施，处理达标后再回注地层。这既减缓了污染，也降低了开发成本。目前，处理含油污水的设备有多种，主要包括自然除油罐、斜板除油罐、粗粒化除油罐、压力除油罐、组合除油装置、压力滤罐和单滤罐等。为了达到理想的处理效果，根据原水水质和净化水水质的要求，由上述各种设备及相关辅助设施可组合成多种污水处理工艺流程，如自然除油混凝除油压力过滤流程、粗粒化混凝除油单阀滤罐过滤流程和自然除油粗粒化压力除油压力过滤流程等。第6页/共34页传统的三段式除油工艺油田水处理工艺有很多种。但是归纳起来多数采用三段式处理工艺，即除油混凝沉降(或气浮)过滤。若再辅以阻垢，缓蚀，杀菌处理后即可用于回注，这种含油污水处理工艺简单，是目前含油污水处理的典型工艺流程，我国大部分油田都采用此法处理含油废水。三段式除油工艺工艺流程图进水油水分离器气浮设备过滤器出水第7页/共34页生化处理工艺随着油田回注水水质的严格化，近年来国内外油田采出水的治理技术已得到改进和提高，采出水的治理工艺已由原来的隔油-混凝-过滤技术改变为隔油-混凝气浮-生化-过滤技术。气浮和生化技术的采用已成为近年来先进的采出水处理工艺的一种标志。Mobil石油公司处理印度尼西亚Arun油田采出水就采用化学破乳除油、气浮、生化联合组成的工艺替代了过去的混凝-过滤或混凝-气浮-过滤工艺。生化处理工艺越来越多的用于油田废水深度处理中。生化处理工艺工艺流程图API隔油溶气气浮生化曝气池二沉池水解酸化曝气生物滤罐采出水出水第8页/共34页精细过滤工艺随着油田注水开发的不断深入，低渗透特低渗透油藏和边远多断块油田注水难度越来越大，注水水质指标要求越来越高，常规的水处理工艺技术已不能满足低渗透油田注水水质的要求。因此，出现了精细过滤工艺。精细过滤就是在传统处理工艺末端加上一套精细过滤装置。例如，为了满足胜利油田低渗透和特低渗透油藏注水开发的需要胜利油田东胜公司和浙江金龙自控设备有限公司于2001年10月联合研制了一种新型水处理设备微电子精密过滤装置。此装置应用于水处理工艺中，可大大简化水处理工艺流程，取代传统的污水处理工艺，节省工程投资。精细过滤工艺工艺流程图污水沉降罐PCR微孔精密过滤装置净化水罐进水出水第9页/共34页其它组合工艺采用GACFBR(活性炭生物流化床反应器)处理近海油田采油污水的流程是一种新型工艺。该技术主要为满足日益严格的污水排放标准，特别是零排放标准。由美国的BDM石油技术公司和气体研究所共同完成，目前该技术已经进行了中试放大试验，这种流程由油水分离器、絮凝、气浮、GACFBR电渗析等单元构成。组合处理工艺流程图API分离器气浮设备生物流化床进进水水出出水水第10页/共34页根据国外有关资料，新的油田采油污水处理工艺的特点和重要标志是将水力旋流器引入流程替代传统的隔油与浮选单元，北海油田回注含油污水处理工艺流程中采用了3个油水分离器和6个水力旋流器串联，处理后的水质可达到回注水的要求。组合处理工艺流程图油水分离器水力旋流器采采出出水水回回流流水水乳化剂乳化剂第11页/共34页目前油田水处理存在的主要问题1 1、除油单元效率达不到预期效果除油单元效率达不到预期效果除油主要由重力沉降除油罐和压力沉降除油罐完成。重力沉降除油率小于60%，与设计60%-90%有差距，压力沉降除油平均小于20%、与设计80%-95%有较大差距。主要存在问题：重力沉降停留时间短，影响除油效果；压力沉降除油低效。第12页/共34页2 2、过滤前除悬浮物单元效果较差、过滤前除悬浮物单元效果较差重力混凝沉降除悬浮物低效的分析。影响重力混凝沉降除悬浮物效果的因素主要有：罐容小、污水停留时间短，小密度微粒随水流出；罐底污泥不及时排出，污泥厚度达到集水口附近时，沉下来的絮体颗粒很容易随水流出；内置混凝反应器易腐蚀，破坏罐内水体流向，悬浮物难以沉降；内置混凝反应器无法达到混凝条件，没有效果，甚至加药往往会产生负作用，增加悬浮物含量。压力混凝沉降除悬浮物低效的分析。压力混凝沉降罐除悬浮物效果不理想的原因如同其除油效果低相同，由于无机混凝剂本身能够对悬浮物含量产生贡献，混凝剂的投加易产生不良作用。压力混凝沉降罐在内部材料防腐过关以前，不适合作为油田去除悬浮物的工艺设备。第13页/共34页3 3、过滤单元进水水质差，出水水质波动大过滤单元进水水质差，出水水质波动大在使用的过滤器设定的进水水质要求比较低，适应范围广，但实际应用过程中出于进水水质较差，造成过滤器不能有效地发挥作用，使过滤后水质波动较大，尤其是对精细过滤器的影响更大。通过对目前油田广泛应用的核挑壳滤料过滤器综合分析，存在的主要问题包括以下几个方面：(1)滤料受污染后的出水指标达不到设计要求(含油和悬浮物均小于5mg/L)；(2)核挑壳滤料具有较好的亲油性能，过滤器存在反洗不彻底，滤料恢复能力差，导致反洗剧期缩短，由2次/天增加到3-4次/天。(3)过滤器存在反冲洗缺陷，每台过滤器反洗后，过滤出水30min后水质才正常。胜利油田使用精细水处理装置主要有两种类型：金属膜、改性纤维过滤。从在用精细装置的现场运行情况分析，主要存在的共性问题是：对含油污水适应能力差，反冲不彻底。达标运行寿命短，一般在10个月左右，10个月以后处理效果和处理量就会下降。第14页/共34页第15页/共34页4 4、含聚污水没有有效处理工艺含聚污水没有有效处理工艺油田产出27104m3/d含聚污水，由于污水聚合物的影响，乳化程度高，油水混相严重，含聚污水水质大大超出常规分离没备处理的要求进水的条件。仅靠目前的重力除油、混凝加药、过滤等工艺不能满足处理要求，致使处理后污水水质严重超标。5 5、工艺配套性、整体性不足工艺配套性、整体性不足(1)内置式混凝反应沉降罐与流程不配套，成为低效配置。(2)排泥系统排泥不畅，给过滤系统带来很大压力，大罐底部排泥系统不畅，污泥无法及时排出，只能靠定期的人工清理，一般是一年清理1-2次，因此造成积泥区过高，占据了清水区的容积，影响出水水质。(3)缺少精细过滤器保护的除油单元，影响正常的精细过滤性能，并造成精细过滤器滤芯损坏，使用寿命降低。(4)过滤器反洗没有质量保障配套设施。第16页/共34页油田水处理的发展方向一、加强回注水处理单元配套技术研究与应用(1)建立气浮除油工艺单元及膜过滤工艺单元，与已经掌握的生化处理工艺单元柏结合，形成一整套完整的回注水处理实验流程。开展室内回注水处理实验。(2)在室内实验的基础上，开展积极现场试验。结合现场实际，解决现场回注水质难题。(3)引进成熟的放腐蚀技术，结合实际腐蚀情况，开展室内及现场回注水防腐蚀研究。(4)对水质要求相对较低的，针对现场流程进行改进。(5)做好回注水处理新技术的调研，及时掌握有益于油田水处理的技术与信息。二、含聚污水处理综合技术研究(1)继续开展生化处理工艺的研究，加强对聚合物去除效果。(2)引进成熟的除油除聚技术，与生化处理工艺相结合，能够取长补短。(3)加强对于含聚污水处理装置的改进，对于现场的质情况的变化，能够快速的作出调整。第17页/共34页第18页/共34页三、低渗油田回注水精细处理技术(1)做好低渗透油田地层及水质情况的调研，根据不同低渗油田的实际情况进行工艺润整(2)由于低渗油田注水水质要求较高，针对小断块，研究符合现场情况的工艺，做到现场处理，现场应用，尽量减少处理后水质的沿程污染四、油田富余污水回用技术研究与引用利用生化处理工艺与成熟的膜过滤技术相结合，处理油田富余污水，用于锅炉用水与配聚用水，减少清水用量。第19页/共34页油田水处理设备油田水处理一般包括除油和过滤两个主要的方面。油田水处理设备包括油田注水水质处理设备和油田污水外排达标处理设备，是油田地面工程设备的重要组成部分。近来国内外都在设备的研发上做了很多的工作，在对原有设备改进的基础上也出现了很多新的设备。如各种浮选设备，水力旋流器，各种过滤设备等。这些设备的成功开发。对提高含油废水的处理效果，对改进设备的处理效能以及实现处理设备功能的一体化都大有裨益。第20页/共34页除油沉降设备除油罐：除油罐是一种重力分离型除油构筑物，它是利用油粒在油水中的相对密度差的原理，使粒径较小的油粒随水流动，不断碰撞聚成大的油珠而上浮以达到油水分离的目的，是目前应用最广、数量最多的除油设备之一。水力旋流器：旋流分离器能实现油水分离，是国外20世纪80年代末开发的一种高效除油设备，国内引进数套用于污水除油的水力旋流器，同时开展国产化研究，已在胜利等油田得到应用。这种设备具有体积小、效率高、投资和操作费用较低等优点，已成为采出水处理的一种常规设备。但是，当油水密度差小于40.05 g/mL时，如果再采用旋流器，除油效率会很差。SeureauJ.J等人介绍了一种能实现油水固三相分离的旋流器，与除油和除砂旋流器相比，三相旋流器具有体积小、效率高、投资和操作费用较低等特点，是一种集除油和除砂为一体的新型分离设备，适于海上和陆上油田采出水的处理。第21页/共34页气浮设备气浮也是20世纪80年代引进的，当乳化严重时其处理效果比旋流分离器要好，在含油污水的处理中应用较多的有加压溶气浮选法、叶轮浮选法和射流浮选法。(1)叶轮气浮设备：叶轮气浮设备是20世纪90年代前后国外采用最多的浮选设备，取得了好的除油效果。在该设备中，气泡是靠叶轮高速旋转形成负压吸人空气，后与含油污水被叶轮搅混形成的，这样达到的气水比高、停留时间短、除油率高，适应来水含油量的变化。国内一些大油田如辽河油田、胜利油田等引进了WEMCO公司的产品并进行消化改进，运行效果较好；但是叶轮浮选设备存在着制造维修费用和能耗高的缺点。第22页/共34页(2)射流浮选装置：由于叶轮浮选设备的缺陷，人们研制了射流浮选装置。射流浮选装置油水分离效率高、处理量大、无运动件、占地小、无二次污染，适用于海上钻井平台的污水处理。射流浮选设备最早出现于20世纪70年代中期，其后WEMCO公司将其改进成圆筒形并取得较好效果。1999年，渤海绥中36-1油田一期工程采用进口SLFW 型浮选设备处理污水，取得了良好效果。(3)浮选柱：浮选柱是一种具有高效，节能的含油污水处理装置，除油率在90%左右。北京科技大学浮选柱研究组研制的适用于高效处理微细粒矿浆的LHJ型浮选柱用于处理胜利油田采出液废水，取得了良好的效果。第23页/共34页过滤设备常规过滤设备：石英砂过滤器、核桃壳过滤器是目前我国油田水处理站中应用最广，处理效果较好的两种形式。核桃壳过滤器最早由江汉机械研究所开发并成功地应用于大港油田的污水精细过滤，并逐步完善各种配套设施。由于核桃壳滤料具有亲水疏油性能，容易洗涤再生，污水中含油低于100mg/L时过滤效果良好，已成为污水处理中主要的过滤设备。精细过滤设备：(1)纤维球过滤器：纤维球过滤器是我国近几年发展起来的深床高精度过滤器，其滤料纤维细密，过滤时可以形成上大下小的理想滤料空隙分布，纳污能力大，去除悬浮物的效果高过石英砂、核桃壳滤料，而且反洗时不会出现滤料流失的现象。目前，在某些低渗透油田已有应用，但是由于滤料的亲油性，反洗时仍需采用清洗剂。第24页/共34页(2)滤芯过滤器：滤芯过滤器的出现及应用，开辟了油田采出水处理回注的新领域。滤心是由特殊材质经特殊加工的微孔膜制成的柱状过滤组件。用于油田水处理的滤心有有机和无机两大类。金属膜过滤器是目前油田使用较多的无机膜过滤器，金属膜包括不锈钢膜、Ag膜、Ni膜、Ti膜等。滤芯过滤器在我国油田已有应用，过滤精度虽高，但对悬浮物粒径的控制却仍有一定限度，而且过滤组件的清洗不能彻底解决，使得组件的拆装及更换等长期投资费用过大，从而限制了该技术的推广应用。第25页/共34页其它设备小区块油田橇装式污水处理装置是一种集聚结波纹板核桃壳过滤于一体的污水处理装置，根据工艺需要可以串联精细过滤器。系统操作可全自动控制，系统流程简单，模块化强，投资少，可灵活移动及改造，适用于单井，低产多井等边远区块滚动区块采出液的处理及低渗油藏注水的处理。旋流混合反应澄清装置是一种化学处理和机械分离相结合的设备，它把大罐沉降和气浮装置的优点结合起来，把机械分离和化学分离结合起来，适用于低能耗大站的污水处理。通过该装置的处理不仅达到油水分离，固液分离的水质净化目的，并且通过其中的化学反应，改变原水体的离子平衡状态，建立一种稳定的离子平衡体系，使得净化后的水质稳定，不易结垢，不易腐蚀，且不利于细菌繁殖，达到水质净化与稳定的双重目的。第26页/共34页我国油田水处理的技术水平有了长足提高，油田水处理设备产业已初步形成，基本能满足油田水处理工程建设的需要。但是在产品质量、耐用程度、自动化水平、处理效率和处理效果等方面，还有不少问题有待解决。当前需要重点研究开发的是包括动水力旋流器在内的高效油水分离设备、陶瓷微滤膜污水精细过滤设备、含聚合物污水处理设备、污泥处理设备和含油污水去除设备等。今后要加大科技攻关力度，开发优质、高效、廉价的油田水处理设备建立统一有序的油田水处理设备市场实行继续引进与开拓国际市场并举的方针。第27页/共34页油田水处理设备的现状各油田设计院都有油田水处理工艺和设备的研究项目，还有十几个单位从事油田水处理设备的开发与生产。石油系统内部主要有江汉机械研究所、江汉石油机械厂、中国石油大学、中油科技开发公司和华北油田第二机械厂等。非石油系统的有沈阳新阳机器制造公司、沈阳环保设备厂、江苏江都环保设备厂、广西桂林过滤器厂和山东招远膜工程设备厂等。广大油田水处理工作者，按照“部标”注水水质指标的要求，不断改进、完善水处理工艺和开发水处理设备，已基本能够满足油田水处理工程建设的要求。油田水处理设备在多方面取得了较大的进展。立式除油罐除油罐是油田污水处理中应用最广、数量最大的除油设备，运行可靠，管理方便，至今仍未被设计人员忽视，其缺点是处理水停留时间长、容积大。目前有种强化措施可使除油罐的除油效率提高倍以上，即在除油罐分离区增设斜板管，在一次除油罐内或罐外设置聚结装置，将二次除油罐改为气浮除油罐，增设溶气装置。强化措施所需的材料和装置，往往需要水处理专业厂家的配合。压力除油沉降设备目前已有压力除油、压力沉降和除油、沉降合一等三类设备。此类设备综合采用了聚结技术、斜板管分离技术及化学混凝沉降技术，提高了分离效率。设备的大部分均由各油田设计院自行设计，油建单位预制安装。现已有一些高效聚结板体，例如斜通道交叉板体组装的除油设备进人市场销售。第28页/共34页气浮分离设备年代，辽河、胜利和中原等油田引进美国、公司的叶轮式诱导浮选机，辽河油田在消化引进设备的基础上，委托沈阳环保设备厂试制了FJ型浮选机并于1990年投产成功。国内一些制造厂也相继生产了这类浮选机，且在油田获得较广泛的应用。1998年，北京矿冶研究总院将自行研制的叶轮浮选技术，从选矿业移植至石油行业。喷射吸气浮选机是国外出现的一项新技术，具有无运动部件等优点，石油大学北京正在从事这种浮选机的国产化工作。旋流除油设备液液水力旋流器是年代国外开发的一种高效除油设备。年代国内引进数套污水除油型水力旋流器，同时研究开发了国产旋流器，并已有几种产品实现了商业化。原总公司“九五”科技发展计划将液液旋流分离技术研究列为重点项目，计划2000年完成。第29页/共34页过滤设备过滤设备是油田水处理的关键设备。各油田和厂家都把过滤技术和设备作为研究开发的重点，技术水平有了大幅度的提高。多层滤料过滤器。单层石英砂过滤已被逐步淘汰。但是由无烟煤、石英砂、磁铁矿或石榴石滤料组成的深床过滤技术，在经过重大技术改进后仍有很强的生命力。90年代，胜利渤南油田仍然引进了美国SERCK BAKER公司的双滤料过滤器。目前国内产品有正向流双滤料、三滤料过滤器，在很多油田得到应用。双向流三滤料过滤器在大庆及吐哈油田得到应用。核桃壳过滤器。江汉机械研究所将核桃壳滤料用于清水过滤。大港油田承担原总公司枣园油田污水精细过滤工业性试验科研项目，与江汉机械研究所合作，首次将核桃壳滤料用于油田含油污水精细过滤，研究出机械搅拌式核桃壳过滤器。大庆、辽河等油田从国外引进了泵搅拌式核桃壳过滤器，其中有Pall公司的“银带”过滤器和HYDRONOTION公司的卧式过滤器。华北油田开发的多功能过滤器，其主体也是泵搅拌辐流式过滤器。核桃壳滤料具有亲水疏油性能，容易洗涤再生，已逐步成为含油污水过滤的主要设备。目前国内有6、7个单位可以生产这类设备，竞争非常激烈。第30页/共34页PC和PEC管微孔过滤器。国内于80年代初开发这类产品。1988年，桂林过滤器厂生产的这种过滤器在华北油田用于注清水过滤，可控制悬浮固体颗粒直径脚，此后在其它油田得到推广应用。滤心过滤器滤心过滤器多用于注水井口过滤，是控制水质的最后一道关口。胜利渤南及青海油田引进了注水井口过滤器。但是滤心价格高，又是一次性使用，影响了这种过滤器的推广。膜过滤装置胜利油田采用聚矾中空纤维超滤膜装置，大港油田采用聚偏氟乙烯中空纤维微孔膜装置，用于油田注清水过滤都取得成功。陶瓷膜微滤装置用于含油污水精细过滤已处在工业性试验阶段，过滤后水中悬浮物固体含量小于1mg/L，颗粒直径小于1m/L，可满足特低渗透油田注水水质要求。第31页/共34页今后展望我国已经建立了一个比较完整的油田水处理研究和制造体系。在新世纪有必要在以下几方面继续作出努力。加大科技攻关力度，应用新技术开发新设备。随着高含水、低渗透、稠油、滩海油田的开发，油田污水量不断增加，污水处理难度增大，加上油价持续低迷，都要求进一步降低油田开发成本，提高经济益效。因此必须加大科技攻关力度，攻克难题，开发出优质、高效、廉价的油田水处理设备，满足油田生产的需要。建立并不断完善统一有序的油田水处理设备市场。油田水处理设备生产厂家，要不断开发新产品，提高产品质量，转换经营机制，降低生产成本，搞好售后服务，增强市场竞争能力，才能生存和发展。集团公司和油田主管部门，必须加强油田水处理设备市场的监管力度。包括强化市场准人管理，规范市场行为。对产品质量差的厂家要限期整改，杜绝不合格产品进入油田。实行继续引进与开拓国际市场并举的方针。对于我国油田开发急需的先进技术和设备可以继续引进，并加以认真的消化、吸收。同时，国内有些厂家的产品质量不断提高，也通过了以质量体系认证，而且我国劳动力和材料价格低廉，产品销价具有竞争优势，因此积极开拓国际市场一也是今后的发展方向。集团公司主管部门应在促进设备出口方面，起到组织、协调和指导作用。第32页/共34页发展方向随着科学技术的发展与进步，近年来国内外油田采油污水的治理工艺和设备在不断探索的同时已得到强化和改进。近期油田水处理工艺仍将以改造旧的工艺为主，通过新设备的加入来提高工艺的效率。设备与工艺的整体性，匹配性与实效性，将越来越受到重视。各种不同处理机理的不同有机组合是今后的主要发展趋势生物治理因其治理费用低、效果好，将是未来油田水处理发展的方向之一。膜分离技术与传统的分离技术相比，具有设备简单，操作方便，分离效率高和节能等优点，将各种膜分离技术的相互配合使用，以及膜技术与常规水处理技术的联合使用是十分重要的，也是今后开发新型水处理工艺的一个重要方向。在设备研发上，高效多功能一体化的油田采油污水治理设成为研究热点。膜分离器的研发对于低渗和特低渗油田精细过滤尤为重要，膜分离器可以很好地达到要求，虽然还未有大规模的工业应用，但其分离效果好，无二次污染，能耗低等优点使的以膜分离器为代表的精细过滤器将是油田水处理设备发展的重要方向。第33页/共34页感谢您的观看！第34页/共34页