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油田污水处理技术研究及方案设计06-12

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油田 污水处理 技术研究 方案设计 06 12
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重庆科技学院毕业设计(论文)题 目 某油田污水处理技术研究 院 (系) 石油与天然气工程学院 专业班级 学生姓名 学号 指导教师 职称 评阅教师 职称 2013 年 5 月 29 文)原创性声明本人以信誉声明:所呈交的毕业设计(论文)是在导师的指导下进行的设计(研究)工作及取得的成果,设计(论文)中引用他(她)人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出,论文中的结论和结果为本人独立完成,不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计(研究)所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。毕业设计(论文)作者(签字): 2013 年 5 月 29 摘要Ⅰ摘要随着油田开发的不断深人,油田采出水量逐步增大,特别是注水开发的晚期,采出水率高达80采出水中所含的油和脂及其它溶解化合物,如不进行处理,排入水体则会造成污染,破坏生态平衡,并且造成大量的水资源浪费。本文对国内外油田污水处理工艺、水质及处理设备等方面进行了研究;详细分析了滨南油田污水处理现状及存在的主要问题;综合运用当前污水处理的先进技术,完成了滨五污水处理工程的方案设计;首次在处理罐内采用了新型斜板,提高了处理效率和处理质量,处理后水质达到5329使净化污水处理回注地层,达到环保部门要求的“零”排放,既能有效地保护油区生态环境,又充分利用了污水资源,不仅为油田的可持续发展打下了坚实的基础,且可进一步提高油田开发的总体技术经济效益。关键词:污水处理 on of is of is as 0 0 If in be be be of at is in of in of o. 5 is 2 Y/by is a of as It a of of 目录1目录摘要 ...............................................................Ⅰ.........................................................Ⅱ目录 ...............................................................论 ............................................................. 课题提出的背景及其意义 .....................................题提出的背景 ...........................................题的意义 ............................................... 油田污水处理工艺技术水平现状 ............................... 主要内容 ...................................................水处理技术 ..................................................... 国外油田含油污水处理技术 ...................................国油田含油污水处理 ..................................... 低渗透油田含油污水处理 ................................. 水力旋流法处理含油污水 .................................外高效污水处理设备 .....................................外油田含油污水处理工艺技术分析 ......................... 国内油田采出水处理技术 .....................................庆油田采出水处理工艺 ...................................河油田采出水处理工艺 ..................................原油田采出水处理工艺 ..................................利油田采出水处理技术 .................................. 国内外油田含油污水处理工艺技术分析 ........................油污水处理工艺的选择 ..................................内外含油污水处理工艺技术水平比较 ......................在的问题及提高水平的措施 ..............................田污水组成分析研究及回注水的调研 .............................. 油田污水组成 ..............................................水危害 ................................................ 回注标准 ..................................................压注水 ................................................五污水处理工艺分析研究 ........................................ 滨五污水站现状 ............................................. 滨五污水站存在问题 ........................................ 注水水质要求 .............................................. 滨五污水站设计的必要性 .................................... 滨五污水站污水处理方案设计 ................................论与建议 ...................................................... 论 ...................................................... 建议 ............................................................................................................................................................................ 绪论 11 题提出的背景环境问题是当今世界各国共同面临的重大课题。创造良好的生态环境是实现经济可持续发展战略的重要内容之一。同时,水资源保护和水环境治理在改善生态环境的整体战略中占有重要位置,这项工作成效关系到现代化建设的成败和能否给子孙后代背上环境债务,是一个不容忽视的重大问题。近年来,由于多种原因,我国的水资源和水环境也呈现出日益恶化的趋势。为此,国家对保护水资源和治理水污染高度重视,兴建了几项大的保护水资源的项目,同时在财力比较困难的情况下,拿出大量资金用于水环境治理,相继批准建设了几百家污水处理厂,其中一部分已投人使用。但多数建成的污水处理厂整体运行情况未达到预期效果,很难保证污水的达标排放,造成了国家投人巨大浪费。就油田污水处理而言,随着国内油田开发的不断深人,已进人开发的中、后期,其采出水量逐步增大。特别是注水开发的晚期,综合采出水率高达80采出水中所含的主要是油和脂及其它溶解化合物,如不进行处理,排人水体则会造成污染,破坏生态平衡,并且造成大量的水资源浪费。本文以胜利油田滨南采油厂的污水处理为研究对象,探讨了解决该油田污水处理问题的行之有效的办法。题的意义胜利油田自1975年开始向油层按地质要求水质标准回注油田采出水,截止到目前为止,共设计污水处理站48座,日回注采出水量约为70×10 4m3/d。油田采出水的回注,是为油田注水开采寻找有效的水源,这不仅是合理开发和利用水资源的正确途径,同时回收了污水中的原油,避免了采出水排放引起的环境污染。但是油田采出水水质复杂,一般矿化度由几千到几万毫克升,水中游离的、 、及+、+含量高,这些因素决定了油田采出水具有较强的腐蚀结垢性。当注水水质指标达不到要求时,腐蚀结垢问题将严重影响注水工程的正常生产,阻碍油田开发水平的提高。 绪论 2滨南油田由于回注采出水水质不达标,使大量的悬浮物、污油等注人地层后,不仅堵塞了地层,而且降低了吸水性。近几年,油田欠注井数量有所上升。欠注井的增多,降低了油层动用程度。通过对不同时期两个产液剖面对比,发现部分区块原来因注水正常,油层处于动用状态,而目前由于注水水质较差,产液剖面显示:油层基本未得到动用。目前滨南油田注采矛盾日趋突出,开发难度不断加大,原油产量逐年下降。其主要原因是该油田注水水质不合格,造成注水管网、注水管柱腐蚀结垢,地层堵塞,渗透率降低,导致注水井欠注层增加,因而引起原油产量逐年下降。因此,对滨南油田污水进行综合治理,提高其污水水质合格率,保证油田注水质量,减少地层堵塞及污染,对于保护当地生态环境,节约水资源,扭转滨南油田开发的被动局面都必将具有十分重要的现实意义。前国内外已有许多行之有效的新工艺、新方法,如高效聚结分离器、反渗透工艺、高含油污水脱油旋流器以及全自动复合滤料过滤器,离子交换技术、密闭脱氧,化学除垢技术等;而滨南油田目前的污水处理工艺仍采用重力沉降工艺。的技术已推广应用;国内油田注水水质控制颗粒粒径为1家注水水质标准的执行,促进了水处理技术的发展。外油田含油污水处理设备效率较高,如国外广泛采用的中轮浮选机;国内深度处理采用的过滤器与国内采用的过滤器的基本结构木致相同,国内精细过滤后水中悬浮固体颗粒粒径高于国外。国外水力旋流器广泛用于海上油田,国内近几年也开始从国外引进该类处理设备并投人应用,但处理效果与国外相比仍有一定差距。原有的滨五污水处理站污水处 理工程进行改造设计,包括: 绪论 3(1) 对滨五污水处理站现状分析;(2) 滨五污水处理站的方案设计; 污水处理技术 42 外油田含油污水处理技术国外油田含油污水处理工艺与我国大体相同,净化两个阶段。对于渗透性好的注入层,采用除油、主要是除油净化和过滤过滤的常规处理工艺;对于渗透性差的注人层,则在常规处理的基础上进行深度处理,即采用预过滤和精细过滤。国油田含油污水处理美国油田对注水水质处理常用的流程如图2流程的特点是采用浮选和高效双向过滤器,水中含油及机械杂质能严格控制,水处理系统密闭隔氧、杀菌、保证质量。该流程的过滤器,有的采用高能双向过滤器,也有的采用单向过滤或板式过滤器。板式过滤器是圆筒形,根据污水情况,最短时间为4小时,最长时间为3天再生一次。油气至生产装置 油气至生产装置含油气污水水(密闭)加药 污油、杂质去处理去注水泵图 2油污水处理流程图该流程中的双向过滤器(见图2有以下特点:预处理器 污水处理技术 5• 在一个简单容器中进行上下双向流动过滤,滤速高。速高达120m 3(0 4m3/d。是• 反冲水洗量少于两个单向过滤器的用水。• 效果好,滤后清水质量高。含油污水不用化学药剂处理时,粒径大于2经过化学处理后的水经过滤,粒径大于1• 投资费用低。由于滤速高设备小,占地少,处理能力相对增大,因此相应地节省了阀门、管线和控制设备。• 垢阻少,且反冲洗次数少。过滤器上下两端都铺设了粗料,抑制了过滤床层垢块形成,同时原料水可用作反冲洗。• 容易安装,整套控制采用程序自动控制调节,不需要人工操作。图 2向过滤器其结构特征为:上层粗粒煤,层细粒石榴石,度、出水口上下共巧1524层为粗粒石榴石,度300污水除油方面,美国油田近年来多采用浮选器。根据水含油量为1000时,经浮选器可处理至10以下。如含油量为200时,可处理至2以下。 污水处理技术 渗透油田含油污水处理在油田采出水的处理中,主要是工艺和设备问题,然而不同的工艺是不同设备的组合。其处理流程一般采用污水接收罐→气浮装置→双滤料过滤→精细过滤。力旋流法处理含油污水1996年菲利普斯公司在污水达到回注或排放标准。即油并来液进人高、低压分离器进行二次分离,分离出的含油污水分别进人高、低压水力旋流器分出的油和水,再分别进人脱气罐和缓冲罐,缓冲罐内污水由泵增压进人离心机,离心机的功能是再次对旋流器分离后的污水进行处理,离心机脱出的油进人外输管线,净化水进人注水系统或外排。射式气浮装置的结构与叶轮式气浮装置类似,多有四个串联在一起的气浮室。它采用单流向泵驱动四个喷射器,由于无转动易损部件,省维修,不需要四个室单独驱动的马达,所以耗能低。重量轻、维修少、成本低、处理量大。浮选原理见图2式聚结器经常作为上游处理设备。05年代 污水处理技术 7浮杂质。通常设计去除50除效率可达90%以上,固体悬浮物去除率达80到低渗透油田的水质要求,必须采用精细过滤技术和设备。进人80年代以后,国外精细过滤技术发展很快,高效精细过滤设备种类繁多。适用范围有清水、采出水及海水等。美国中有一种陶瓷滤芯过滤器,它是以12据过滤介质及欲去除颗粒的粒径,用不同的滤料流过滤芯孔道,经1000 果要求去除的颗粒粒径较小,需多次涂烧。过滤水流通过由这种滤芯组成的过滤器,20%左右出水,其余回流再滤。可以用水脉冲式冲洗或用化学剂清洗,是一种较好的精细过滤器。贝克休斯公司生产的一种精细过滤装置阴,其滤芯是一种类毛毡的厚材料。其结构改变了一般筒式过滤器的形式。过滤器内的滤芯为一个整体,内有可以转动的机械部件用于再生,部件由电机驱动。这种过滤器在进行过滤的同时,一部分滤芯面积得到再生反洗。其结构见图2种设备可用于海水也可用于油田采出水处理,其精度为2 2力旋流器在很多场合成为首选的处理设备。现在市场上可以买到两种类型的水力旋流器,一种是固定式的,另一种是旋转式的。如图2 污水处理技术 8图 2定式水力旋流器简图图 2用除油后直接回注的简化工艺,即含油污水一除油一注水井。力过滤工艺美、加两国对孔隙型渗透性好的油层,采用沉降或气浮清除油后再过滤工艺;对渗透性差的油田,除油后先预过滤再精过滤。即含油污水→除油→预过滤→精细过滤。美国多采用气浮法除油工艺。气浮法除油效率高,处理量大,气浮法的种类有溶气气浮和机械碎细气浮法,油田广泛使用四室中轮式气浮装置。美、加两国的预过滤工艺主要有核桃壳过滤器、双向过滤器和双滤料过滤器。精细过滤器则采用滤芯过滤器,滤芯过滤器安装在注水站内为中心过滤器,安装在井口为筒式滤芯过滤器。中心过滤器功能是将处理站的来水进行过滤使其达标后回注油层,处理量大。井口筒式滤芯过滤器只有在注水井远离注水站时才安装,防止注水管线内腐蚀物和机械杂质注人地层。放到海中的采出水量日益增加,水力旋流处理含油污水在海上油田广泛应用。按照过去40的排放标准, 污水处理技术 9将会严重污染海洋生态。国外使用经验证明,水力旋流虽然优点突出,但与其它分离设备一样,存在着明显的局限性。一般在水力旋流器后安装离心机,将水力旋流处理后的污水再度加深处理。内油田采出水处理技术国内油田注人水的水源主要有油田采出水、地下水和地面水三种。油田注水水质处理工艺主要根据水源、来水水质和注人层对水质的要求而确定。地下水和地面水的处理主要是过滤净化处理,一般都采用除铁、除杂质过滤和脱氧措施,工艺相对简单。采出水处理则需要除油净化和过滤净化两个阶段,工艺相对复杂。由于注人层渗透经的高低对注水水质的要求有所差异,采出水的处理方法也不同,对于高渗透油层,通常采用常规处理工艺,一般为混凝、沉降除油、单层滤料(或双层滤料)过滤;对地低渗透油层一般在常规处理的基础上进行深度处理,即进行二级或三级过滤。庆油田采出水处理工艺大庆油田自1969年建成东油库第一座含油污水处理站以来,目前已建成含油污水处理站64座,总设计能力为120×10 8m3/d,实际处理水量为63×108m3/d。处理后含油污水绝大部分用于回注。流程主要为重力式,其形式主要有以下几种:通立式罐混凝沉降,板立式罐混凝沉降,通立式罐混凝沉降加斜板沉降,单阀滤罐石英砂过滤。沉降罐设有排泥设施。对高渗透油层,新设计站的流程如图2证水质全部达标。对已建成的全部污水处理站,进行一些技术改造,坚持投加混凝剂,保证出水中含油量在20以下,可以满足高渗透油层注水需要。 污水处理技术 104 1013 6 1图 2庆油田含油污水重力式处理流程图1、含油污水 2、自然沉降罐 3、去排泥池 4、加混凝剂 5、混凝沉降罐6、冲洗系统 7、单向滤罐 8、缓冲罐 9、加压泵 10、除菌剂 11、注水站该流程的特点是含油污水依靠重力差流动,站内工艺设备起尾高差为8个沉降、过滤过程为自流,无需动力泵。单阀滤罐靠自身水箱内的水,由反洗泵抽吸增压反洗再生。沉降罐具有聚结分离和斜管沉降功能以及有排污泥系统。单阀滤罐采用双滤料,提高了截污能力。该流程运行平稳、操作简便,处理后的水质达到高渗透层注水指标。河油田采出水处理工艺辽河油田已建含油污水处理站23座,0 4m3/d,处理后的含油污水绝大部分回注油层。辽河油田油品性质比较复杂,稠油、高凝油的采出水处理技术难度较大,特别是热采稠油采出水回用处理。温度在析蜡点以上时流动性仍很好,与稀油基本相同,因此高凝油污水处理的关键在于水的温度,只要污水温度高于原油的析蜡温度,其污水处理基本与稀油污水相同。) 浮选机、浮选剂的引进、消化吸收1987年辽河油田从美国引进两台浮选机。用该机处理稠油油田的采出水,除油效率达到90%。诱导气浮机具有停留时间短、除油效率高、占地面积小、适应能力强等优点,因此具有较强的生命力。(2) 稠油污水深度处理实验将稠油污水经过深度处理后,达到注气锅炉用水标准,供给注汽锅炉用水,流程见图2 57 8 污水处理技术 11图 2原油田采出水处理工艺中原油田地处人口稠密、土地肥沃的华北平原,污水不能外排。注水井洗井水都返回含油污水处理站进行处理。中原油田采出水矿化度高,的腐蚀性强。油田开发初期对这些特性认识不足,未能采取有效的综合防腐措施,采用了开式流程,造成污水曝氧,加速污水腐蚀,设备管道大面积穿孔,污水站无法正常运行而造成污水外排,处理站难于正常运行,处理后水质不能达标,回注油层造成地层堵塞。1981年,文一联污水站列为石油部综合治理科研攻关项目,该处理站采用密闭流程。该流程特点是采用天然气密闭,投加配套水质稳定剂和净化剂,并在流程中采用防腐措施。处理后水质达到部颁标准,满足了油田回注要求。利油田采出水处理技术到目前为止,胜利油田已建成52座污水处理站,污水处理率达100%,胜利油田的采出水处理按流程中除油段设备选型不同,可分为重力流程、浮选流程、压力流程、旋流器流程及组合流程;按流程中过滤段设备选型不同,可分为石英砂过滤、核桃壳过滤、二级核桃壳过滤、一级核桃壳过滤加一级双料过滤等形式。这些流程及设备代表了油田采出水处理的工艺水平。为了适应油田采出水处理技术工艺要求,解决处理工艺的技术关键和存在的问题,胜利油田设计院先后开展了几十项科学试验与技术攻关,在除油技术、过滤技术、除油设备的研究及过滤设备的研制上做了大量工作,取得了可喜成绩,整体水平达到了国外80年代先进水平,居国内领先地位。经过多年的科学试验和生产实践,在水质净化处理流程、水质稳定处理和新技术、新设备、新药剂等多项技术成果的基础上, 污水处理技术 12应油田水质特点、初步满足采出水及回注水质标准要求、具备比较完善的采出水处理工艺。该工艺在国内同类处理工艺中处于先进水平。能将原水中含油时降到5m/浮固体含量达3,a,防垢率达到95%以上。能控制细菌的繁殖,分离出的原油能回收,排出污泥能进行干化处理。最近,胜利油田污水外排试验取得成功。响水质达标率的因素很多,主要有工艺流程、处理设备、药剂配套、自动化水平及生产管理等。质达不到低渗透油田注水水质标准采出水处理后只能适应中、高渗透油田注水开发需要,对低、超低渗透油田,从工艺整体上讲满足不了要求。分采出水需寻找新出路。内外油田含油污水处理工艺技术分析国内田含油污水处理工艺流程有常规处理和深度处理两种于高渗透层和中、低渗透层注水水质。分别用常规处理工艺从除油和过滤方式上可分为重力式、压力式、浮选式和水力旋流式等;深度处理是过滤再净化过程,主要工艺有双向过滤、深床过滤和多层过滤等。油污水处理工艺的选择从国内情况分析,处理工艺的确定,除了取决于原水水质和对出水水质的要求外,各油田主要从本油田的技术条件和经济条件出发而选择不同的工艺。从生产情况分析,除油阶段出水含油量的高低对处理工艺的效果至关重要。如果除油后的污水含油量较低,则对过滤阶段的功能影响较小,尤其是常规处理后污水含油应不大于10,深度处理质量就有保障。重力沉降、气浮法除油是较为有效的方法。大罐沉降需要较大的容积罐,沉降时间长;气浮选机除油效果好,除油时间短,但设备复杂、部件多,国产化程度较低;压力除油比重力除油工艺占地少,但工艺设备要具有较高的除油效率。目前技术条件不易达到,现在只适用于处理量较小,原水水质含油量较低的油田或区块。水办旋流工艺设备小,除油效率高,含油不大于40。 污水处理技术 13深度处理工艺中,双向过滤滤速高达 22m/h,出水水质好,双向过滤技术采用工业电脑程序控制,自动化程度高。深床过滤工艺滤速可高达18m/h,滤料截污能力强,滤料反冲洗再生能力较高;多层滤料滤后水质好,但滤层配级对出水水质影响较大,目前应用不多。的技术已推广应用。国内油田注水水质控制颗粒粒径1内注水水质标准的执行,促进了水处理技术的发展。国外广泛采用的叶轮浮选机除油效率可达98%国外深度处理采用的过滤器与国内采用的过滤器,其基本结构大致相同。国内精细过滤后水中悬浮固体含量小于1,颗粒粒径小于2粒粒径高于国外。国外水力旋流器广泛用于海上油田,水力旋流处理含油污水,出水含油小于40;国内近几年来引进了数十套水力旋流器。制和利用高效设备,如聚结分离、斜管沉降、气浮等技术,简化处理工艺,使经过简化工艺处理的含油污水,达到或部分达到高渗透油层回注标准。艺设备品种也较多,并不规范,影响水平的提高。对于推广和应用的工艺和设备,要及时总结,形成规范,使我国含油污水处理工艺及设备基本实现系列化、标准化和商品化。降时间过长,应在罐内设置高效分离元件,配合高效破乳剂,提高沉降效果,缩短沉降时间;对于过滤段,除选择适宜的滤料外,还应提高滤速,提高处理量。 油田污水组成分析研究及回注水的调研 143 田污水组成原油是油田污水含有的主要污染物,其含油量一般为1000左右,少部分油田污水含油量高达3000~5000。污水中含油的存在形式可分为悬浮状、分散状、乳化状和溶解状四种形态。悬浮状存在的含油为油滴状,其直径一般较大,通常大于100于油滴较大,静置沉降后比较容易实现油水的自然分离。这部分含油约占污水总含油量的60%以分散状存在的含油,其直径通常在10~100种含油在经过较长时间的静置沉降后,也可实现油水的自然分离。该部分含油约占污水总含油量的10%以乳化状存在的含油,种含油性质比较稳定,单纯靠静置沉降难以实现油水的自然分离,要实现其分离,必须先进行破乳。该部分含油约占污水总含油量的10%;以溶解状存在的含油,部分含油在污水总合油量中占的比例很小,但溶解在水中,与水形成溶液态,油水分离困难。油田污水还含有其他杂质或者是离子,例如:悬浮物固体、腐生菌、硫酸盐还原菌、+、+、+、游离的、H 2 油量较大的污水回注地层后,会形成乳化段塞,堵塞油层孔隙,降低油层的吸水能力,影响油井产量;还会吸附污水处理过程中加入的化学药剂,使其失效,影响污水处理效果。备。例如:、H 2塞管道。例如:+。注标准1) 悬
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