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油田水处理及相关化学药剂

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油田 水处理 相关 化学 药剂
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油田水处理及相关化学药剂海上油田污水的主要来源为原油的伴生水,原油脱水后产生大量的含油污水。含油污水通过水处理系统处理,要求的各项指标达到规定的标准后,排海或用于注水。海上注水也经常采用水井水和海水,或不同水质混合注水。为达到排海或注水的要求,必须通过不同的工艺流程进行处理,处理过程中为提高处理效果和避免一些不利影响需添加一些相关的化学药剂。含油污水处理一、含油污水水质、处理目的及要求海上油田污水来源于在油气生产过程中所产出的地层伴生水。为获得合格的油、气产品,需将伴生水与油气进行分离,分离后的伴生水中,含有一定量的原油及其他杂质,这些含有一定量原油和其他杂质的伴生水称之为含油污水。1 含油污水水质含油污水一般偏碱性,硬度较低,含铁少,矿化度高。含油污水中含有以下有害物质:(1)分散油:油珠在污水中的直径较大,为 10~100 微米,易于从污水中分离出来,浮于水面而被除去。这种状态的油占污水含油量的 60%~80%。(2)乳化油:其在污水中分散的粒径很小,直径为 0 微米,与水形成乳状液,属于 O/W“水包油”型乳状液。这部分油不易除去,必须反相破乳之后才能将其除去,其含量占污水含油量的 10%~15%。(3)溶解油:油珠直径小于 米。由于油在水中的溶解度很小,这部分油是不能除去的。其占污水含油量的 (4)污水中含有的阳离子常见的有 ,阴离子有:。这些离子在水中的溶解度是有限的。一旦污水所处的物理条件〔温度、压力等〕发生变化或水的化学成分发生变化,均可能引起结垢。(5)污水中还可能含有溶解的 2S 等有害气体,其中氧是很强的氧化剂,它易使二价铁离子氧化成三价铁离子,从而形成沉淀。与铁反应生成碳酸铁 沉淀,铁反应则生成腐蚀产物―――黑色的硫化亚铁。(6)污水中常见的细菌有硫酸盐还原菌、腐生菌和铁细菌。这些细菌均能引起对污水处理、回注设备及管汇的腐蚀和堵塞。2 含油污水处理的目的及要求含油污水经过处理后,要进行排放或者作为油田回注水、机采井动力液等。处理含油污水的目的是要求排放水或回注水达到相应的排放或回注标准,同时应充分考虑防止流程内结垢。排放的污水水质要求是:渤海海域排放污水含油量小于 30;南海海域为小于 50。对回注的污水水质要求是:达到本油田规定的注水水质标准。渤海各油田注水水质标准油田项目 埕北 ≤ 10 m≤ 30 0 个/×104 ≤103 N×104 N×103<25 <100 <25 0 <10铁细菌 个/×104 ≤103 N×104 N×103总铁 ≤ ≤ ≤ 0 10平均腐蚀率 mm/a≤ ≤ 103 水处理指标工业废水中含有大量有机物和无机物,在生物和化学反应过程中,消耗了水中的氧气,这种耗氧指标叫 生化需氧量。而测试 方法往往需要五天时间。化学需氧量,同样反映水中物质耗氧情况,且由于 试的方法只需几小时,所以往往应用 标来控制污水指标。二、污水处理方法含油污水处理方法有物理方法和化学方法,但在生产实践过程中两种方法往往结合应用。归纳目前海上主要应用的含油污水处理方法如下表所列:处理方法 原 理沉降法 靠原油颗粒和悬浮杂质与污水的比重差实现油水渣的自然分离,主 要用于除去浮油及部分颗粒直径较大的分散油及杂质混凝法 在污水中加入混凝剂,把小油粒聚结成大油粒,加快油水分离速度, 可除去颗粒较小的部分散油气浮法 向污水中加入气体,使污水中的乳化油或细小的固体颗粒附在气泡 上,随气泡上浮到水面,实现油水分离过滤法 用石英砂、无烟煤、滤芯或其它滤料过滤污水除去水中小颗粒油粒 及悬浮物生物处理法 靠微生物来氧化分解有机物,达到降解有机物及油类的目的旋流器法 高速旋转重力分异,脱出水中含油1 沉降法沉降法主要用于除去浮油及部分颗粒直径较大的分散油。由于水中油珠比重小而上浮,水下沉,经过一段时间后油与水就分离开来。油珠上浮速度可用下面的公式来计算:W=β(ρo)8μψ式中:W 油珠上升速度,m/s;β 污水中油珠上浮速度降低系数取 β=w、ρo 分别为污水与油的密度, kg/m3;g 重力加速度,m/s 2; 油珠直径,m;μ 污水的动力粘度系数,kg/m·s;ψ 考虑水流不均匀、紊流等因素的修正系数,一般取 ψ=降法能除去直径较大的油珠。沉降法除油一般在沉降罐、沉降舱等中进行。2 混凝法所谓混凝法就是向污水中加入化学混凝剂(反向破乳剂)使乳化液破乳,使油颗粒发生凝聚,油珠变大,上浮速度加快。污水中的油珠带负电荷,因此只要加入水解后能形成带正电的胶体物质,使其和油珠所带的负电荷中和,就能达到凝聚作用。混凝剂的加药量与污水水质有关,尤其与污水含油量或悬浮物含量有关,室内应评选出合适的混凝剂并确定最佳的加药量,然后根据现场试验进行上下调整以确定现场的最佳使用浓度。3 气浮法浮法就是向污水中通入或在污水中产生微细气泡,使污水中的乳化油或细小的固体颗粒附在空气泡上,随气泡一起上浮到水面,然后采用机械的方法撇除,达到油水分离的目的。 喷嘴式气浮法叶轮式气浮法全流加压式 回流式部分原水式压气式电解凝聚气浮机械碎气气浮溶气气浮气浮法(1)溶气气浮:溶气气浮是使气体在一定压力下溶于含油污水中,并达到饱和状态,然后再突然减压,使溶于水中的气体以微小气泡的形式从水中逸出的气浮。(2)电解凝聚气浮法:电解凝聚气浮法是把含有电解质的污水作为被电解的介质,在污水中通入电流,利用通电过程的氧化-还原反应使其被电解形成微小气泡,进而利用气泡上浮作用完成气浮分离。这种方法不仅能使污水中的微小固体颗粒和乳化油得到净化,而且对水中的一些金属离子和有机物也有净化作用。 (3)机械碎细气浮法:机械碎细气浮法是海上油田应用的较广泛的方法,是采用机械混合的方法把气泡分散于水中。 叶轮式气浮选:在叶轮式气浮装置的运行中,污水流入水箱,叶轮旋转产生的低压使水流入叶轮。叶轮旋转,起泵的作用,把水通过叶轮周围的环形微孔板甩出,于是装叶轮的立管形成了真空,使气从水层上的气顶进入立管,同时水也进入立管,水气混合,被一起高速甩出。当混合流体通过微孔板时,剪切力将气体破碎为微细气泡。气泡在上浮过程中,附着到油珠和固体颗粒上。气泡通过水面冒出,油和固体留在水面,形成的泡沫不断地被缓慢旋转的刮板刮出槽外,气体又开始循环。 喷嘴式气浮选:喷嘴式气浮装置的结构与叶轮式气浮装置类似,多有四个串联一起的气浮室。喷嘴式气浮选的基本原理是利用水喷射泵,将含油污水作为喷射流体,当污水从喷嘴以高速喷出时,在喷嘴处形成低压区,造成真空,空气就被吸入到吸入室。喷嘴式气浮要求有 上的压力,当高速的污水流入混合段时,同时将吸入的空气带入混合段,并将空气剪切成微小气泡。在混合段,气泡与水相互混合,经扩散段进入浮选池。在气浮室,微小气泡上浮并逸出水面,同时将乳化油带至水面加以去除。4 过滤法过滤就是通过滤料床的物理和化学作用来除去污水中的微小悬浮物和油珠及被杀菌剂杀死的细菌及藻类等。过滤法是一种用于含油污水深度处理的方法。污水经过自然沉降除油,气浮分离,混凝沉降后,再经过滤进一步处理,就可达到污水排放或回注油层的标准。过滤一方面是通过滤料的机械筛滤作用,把悬浮固体、油珠及细菌及藻类等截留到滤料表面,或转到先前被截留在滤料内的絮凝体表面;一方面,通过滤料的电化学特性把悬浮固体颗粒、油珠及细菌藻类等吸附在滤料的表面上。影响吸附的因素有滤料颗粒、絮凝体和油珠的大小以及它们的粘着特性和剪切强度等物理因素,还与悬浮固体颗粒、油珠等的电化学特性有关。滤料的粒径、级配、厚度对过滤效果有直接影响。滤料的级配是指不同粒径的滤料所占的比例,适当的滤料级配是取得良好的过滤效果的前提。滤料的种类很多,以石英砂应用最广泛,常用的还有无烟煤、石榴石、磁铁矿、聚苯乙烯球粒、陶粒、核桃壳等。对滤料的选材有下列要求:(1)具有足够的机械强度,在反冲洗时不产生严重的磨损和破碎现象;(2)具有稳定的化学性质,不与水发生化学反应;(3)具有一定的颗粒和适当的孔隙度。当过滤装置工作一定时间后,滤料的孔隙会被油粒和杂质所堵塞,这时污水通过滤料的水头损失大大增加,因此需要对滤料层进行反冲洗,以恢复滤料层的工作能力。反冲洗间隔时间各平台应根据本油田的水质情况确定。过滤装置进行反冲洗时,反冲洗水自过滤装置底部进入,自下而上依次经过配水系统、承托层、滤料,最后从反冲洗排水管排走,反冲洗水使滤料层膨松,颗粒间相互碰撞,把截留下的污泥洗下,随反冲洗水排除。5 生物处理法用微生物氧化分解有机物这种作用来处理污水的方法就叫做生物处理法。目前生物处理法主要用来处理污水溶解的有机污染物和胶体的有机污染物。在处理含油污水时,如果要求排放标准很高则可用生物处理法进行深度处理。生物处理法与化学法相比,具有经济的多、效率高、费用低等特点。生物处理法有好气生物处理法和厌气生物处理法两种。 生物处理法对被处理的污水水质有以下的具体要求:(1)水的 :对于好气生物处理,要求水的 在 6~9 之间。对于厌气生物处理,水的 在 间。(2)污水温度:温度也是一个主要因素。对大多数微生物来讲,适宜的温度在 20~40℃。(3)养料:微生物生长繁殖除需要碳水化合物作为食料外,还需要一些无机元素如氮、磷、硫、钾、钙、镁、铁等,因此用生物法处理含油污水时,需投加适量的营养物。(4)有害物质:污水中不能含有过多的有害物质,如酚、甲醛、氰化物、硫化物以及铜、锌、铬离子等。6 水力旋流器法水力旋流器进行含油污水处理,是近期才发展起来的一种设备,在我国海上油田得到了成功应用。水力旋流器进行污水处理,是让含油污水在一个圆筒内高速旋转,由于油水密度不同,密度大的水受离心力的作用甩向圆筒筒壁,而密度稍小的油滴则被挤向筒的中心,因此油和水可以从不同的出口分别流出,达到使含油污水脱油的目的。三、污水处理系统设备及流程1 部分污水处理系统设备结构及工作原理聚结板式聚结器聚结板式又称板式聚结器( 置) 。最早应用的是由平行板组成的称为平行板除油器(置。为了清除聚结的油,这些板被安装在除油分离器中,并与水流方向呈 45 度角。后改用波纹板。这种波纹板在除油分离器内呈一定角度安放,叫做波纹板除油器(倾斜的波纹板较平板提供了更大的聚结面,而且也为油上升到集油槽提供了凹形的通道。当含油污水在波纹之间的孔隙中流过时,由于污水中的油滴比水轻,油滴向上浮起并很快粘附在波纹板的底面。波纹板底面上的油滴相互聚结在一起形成一层油膜,沿波纹板向上移动,并在波纹板的顶端化成较大的油滴浮到污水的表面,最后经穹顶上的排放口排到开式排放罐的集油槽中。 加压容器浮选装置 加压溶气浮选是用水泵将废水加压到 2~3 个大气压,同时注入空气,在溶气罐中使空气溶解于废水中。废水经过减压阀进入浮选池,由于突然减到常压,这时溶解于废水中的空气便形成许多细小的气泡释放出来。叶轮式气浮装置:叶轮式气浮污水净化装置有两个流体通路:气体通路和液体通路。它分为三个不同的区,对于提高设备的除油效率,三个区都是重要的。气体从气浮室的上部气顶进入液体中,这就是通路 A。同时液体从气浮室下部向上循环,这就是通路 B。液体向上循环到两相混合区与气体混合。混合区对于该工艺非常重要,必须注入足够的气体,在足够量的剪切力下破碎为微细气泡。使气泡与油珠和固体颗粒附着。即气泡在混合区与液体充分接触,形成附着有气泡的油和固体絮凝体。喷嘴浮选池:水喷射泵将含油污水作为喷射流体,当污水从喷嘴以高速喷出时,在喷嘴处形成低压区,造成真空,空气就被吸入到吸入室。喷嘴式气浮要求有 上的压力,当高速的污水流入混合段时,同时将吸入的空气带入混合段,并将空气剪切成微小气泡。在混合段,气泡与水相互混合,经扩散段流入浮选池。在气浮室,微小气泡上浮并逸出水面,同时将乳化油带至水面加以去除。过滤器:以埕北油田过滤罐为例。含油污水由上部进口进入过滤罐,由上至下逐级通过滤料层。滤罐内共充填六层滤料层,参见表。不同滤料层由于颗粒直径不同,层内形成不同的孔隙,污水中所含污油、悬浮杂质就被截留下来。当滤器工作一定时间后,需进行反冲洗作业,其反冲洗水流向与污水处理流向相反。序号 材料 粒径(填层厚度( 细砂 003 粒砂 004 细砾石 005 粗砾石 006 粗砾石 49水力旋流器: 水力旋流器结构如图所示。水力旋流器是一个外形长,内部装有圆筒的压力容器。生产污水由入口处进入,在优化的压力下,在圆筒内旋转,形成旋流,其离心力足以使油水分离,密度较大的水及固体颗粒靠近管壁,而密度较小的油则集中到中心部位,中心部位为低压区,水相在管壁连续旋转并下降,并且截面积逐渐减少,最后水及固体颗粒从细口端排出,而油则沿中心线从粗口端排出。2 海上污水处理流程所谓海上污水处理流程,可以理解为用管线、泵等将选择的含油污水处理装置连接到一起,含油污水通过逐级处理装置脱除含油污水中的有害物质。这种管线、泵等含油污水处理装置的组合,就是含油污水处理流程。由于海上油气田的处理量大小不同,原油及伴生水性质不同,处理后的污水要求标准不同,还有海域、经济效益等等因素不同,所选择的处理设施不可能相同。 埕北油田污水处理系统埕北油田污水流程所设置的污水处理装置,包括聚结器、浮选器、砂滤器和缓冲罐。来自原油处理系统的含油污水,首先经聚结器() ,在聚结器入口前加入絮凝剂,在聚结器中,通过絮凝和重力分异。较大颗粒原油及悬浮固体上浮并被撇入导油槽。处理后的污水靠位差进入浮选器,设计为加气浮选,由底部加入少量天然气,作为附着小油滴载体与油珠一起上浮到顶部,上部撇油装置将油撇出。处理后的污水由下部出口流出。来自浮选器的污水由泵加压输送到过滤器() ,由上至下通过过滤层(参阅本节前文) ,处理后污水进入缓冲罐( ) 。此时的污水应是处理后的合格水,可用做注入水或动力液,剩余部分排海。埕北油田污水处理系统为双系列,单系列设计最大处理量为 1800m3/d。珠号含油污水处理系统珠号污水处理系统采用分散收集,集中处理的方案,设置在浮式储油轮上。由储油水舱、波纹板隔油器、浮选器及废水泵等组成。来自原油处理系统的含油污水,首先汇集到储油水舱,储油水舱由 4 个舱组成() ,单舱容积 600m3,来水含油小于 3000,在四个储油舱室中 C 舱设有一个 16m3的撇油柜,含油污水在储油水舱内进行重力沉降,较大油滴上浮并收集到撇油柜中,然后排放到污油舱中;经沉降脱水后的污水含油量可降至 300 以下。来自污油水舱中的污水,由废水泵(P-741A/B/C)提取并送入波纹板隔油器 (V- 741A/B) ,波纹板隔油器内装有三组波纹板组,与水流方向成 45°角,通过波纹板组后,污水中细小水滴可以聚结增大并上浮,由上部设置的撇油器撇出。经隔油器处理后的含油污水进入浮选器(X- 741A/B)进行加气浮选。污水即处理结束排海。下下下下下下下、除油舱、波纹板隔油器 3、波纹板隔油器选器 5、浮选器 6、废水泵,其污水处理过程主要集中在旋流器上,西江油田在水力旋流器的应用上取得了较好效果。脱水系统来含油污水增压泵增压泵 污油回收罐旋流器旋流器流量计净化污水排放罐污油泵污油泵去原油处理系统净化污水排放西江油田旋流器处理含油污水流程示意图海水处理一 海水水质作为注水水源的海水,是由海平面以下一定深度提取,海水具有高矿化度,一般为 3500 至 4000,海水中还含有注入油层后会对油层造成伤害的物质,主要有:水中含有丰富的溶解氧;海水中会有一定量细菌;海水中含有大量的藻类及海生物;海水中还有大量的悬浮固体颗粒,这些固体颗粒的含量又受海域、海流、气象等条件影响。这些有害物质的存在,会给注水工艺流程、注水井管理、甚至地层,造成结垢、腐蚀、堵塞等伤害,为此,注海水必须对海水进行处理,达到注水标准以后才能够作为合格的注入水注入油层。二 海水处理及设备1 加氯装置加氯装置是由给水泵、发生器、除氢罐、鼓风机、加压泵、及整流器等组成。从海底门抽取海水,在发生器中电解产生次氯酸钠和氢气,电解后的产物在除氢罐中由鼓风机在上部吹入空气,稀释氢气,并安全排入大气,次氯酸钠溶液由增压泵送至注水管汇中,起到杀菌和海生物的作用。注水管汇空气气26431海水5加氯装置示意图1、给水泵 2、发生器 3、整流器 4、去氢罐 5、鼓风机 6、加压泵2 过滤装置海水过滤一般经多级过滤的方式进行,一般,在海水注入到井口之前设有三至四级过滤,首先,在提升泵入口处,海底门下,有一个较粗的滤网,挡住体积较大的杂物、海生物和藻类,使这些体积较大的物体不至于进入到流程中来;第二级过滤是粗滤器,它可以滤除海水中较大的悬浮固体;第三级为细滤器,它可以滤除大多数颗粒较小的悬浮固体;第四级是在进入井口之前,再增加一级精细过滤器,进一步滤除直径更小的悬浮固体颗粒。海水过滤装置中主要设备是粗、细过滤器。粗滤器粗滤器外壳为一圆筒状,内有一个同心的圆筒金属滤网,镶嵌在容器内,金属滤网壁由外向内网眼变细。海水入口由上部进入,在压力作用下,通过滤网进入到容器与滤网之间的环形空间,由出口排出,杂质及藻类物质被截留于网内;在滤网内设置一“ 毛刷 ”,是用来进行反冲洗的,当进行反冲洗时,电机带动毛刷转动,水流方向与处理过程反向,将截留杂质及藻类物冲刷出粗滤器。362541细滤器细滤器其结构原理基本上与在污水处理系统中介绍滤罐相似,只是内部介质有所不同。3 脱氧装置为脱除海水中存在的对注水流程、井身及地层有害的溶解氧和其它气体,海水处理系统必须设置脱氧装置,脱氧塔装置一般由二级脱氧塔、真空泵、分离罐、空气体射器及其它配套管系、压力表和安全阀等构成。 (见图 3氧塔一般具有真空脱气和化学脱气两种功能。真空脱氧真空脱氧的基本原理是,依靠真空设备提供的真空压力,降低塔内的气体分压,使海水中溶解的气体逸出,并被抽出,从而达到除去海水中的溶解气体的目的。一般真空脱氧可以使海水中含氧量降到 以下。化学脱氧为使海水中的含氧量达到注水要求的 以下,还必须进一步采用脱氧方法。化学脱氧的基本原理是:加入化学药剂,可与溶解氧通过化学反应。4 海水处理流程海水提升泵将海水从海底门提升加压进入海水处理流程,先后经由粗滤器、细滤器、脱氧塔、逐级过滤、脱氧后进入注水增压泵,由海底管线输送至各生产平台,各生产平台将分配来的处理后海水经过注水泵进一步增压后进入注水管汇,由注水管汇分配至各注水井。 地下水处理一 地下水的水质来源及水质海上油田的地下水,采于所在油田区域内浅层水,这取决于油田所在位置是否存在足够量的可采浅层水。渤海海域内由于馆陶组层系发育普遍,具有较厚地层和储量较大的浅层水,所以一般都有足够的水水源。采于地层的水作为注入水水源,其水质一般都具有矿化度较高,含有一定量的铁、锰等离子,以及带有一定量的悬浮固体颗粒等,不同地域,不同层系,其对作为注入水的各种有害物质含量不同。二 地下水处理方法地下水的处理方法,取决于水源中所存在的有害于注水流程及油层等物质的存在,处理目的是除去这些有害物质。海 水 提 升 泵消 泡 剂加 氯 装 置杀 菌 剂助 滤 剂缓 蚀 剂防 垢 剂脱 氧 剂催 化 剂,设置了除砂、粗滤器、细滤器,进行逐级过滤的方式三 地下水处理工艺流程以渤西油田 台为例。渤西油田 台设置了一套完整的注地层水工艺流程。其主要设备有地下水泵、除砂器、粗滤器、细滤器、缓冲罐、注水泵及相匹配的化学注入系统、仪表控制系统、注水管汇及计量系统等。水处理药剂为了不同的目的,在污水处理过程中常常需要使用一些化学添加剂,这些化学药剂总称为水处理剂。常用的水处理剂有:清水剂、絮凝剂、缓蚀剂、阻垢剂、杀菌剂、除氧剂等。一 清水剂油田常说的清水剂,实际上是除油剂,其的作用主要是去除污水中的含油,污水中的油是已油珠的方式存在于水中。油珠的表面,由于吸附了阴离子型表面活性剂( 如羧酸盐型表面活性剂),形成扩散双电层而带负电。清水剂可使它们易于聚结、上浮在除油设备中去除。1 阳离子型聚合物这类聚合物包括无机阳离子型聚合物和有机阳离子型聚合物。无机阳离子型聚合物如羟基铝、羟基铁和羟基锆。它们的多核羟桥络离子有中和油珠表面负电性和桥接油珠的作用,使油珠易于聚结、上浮。有机阳离子聚合物同样有中和油珠表面负电性和桥接油滴的作用,使油珠易于聚结、上浮。2 有分支的表面活性剂有分支的表面活性剂可取代油珠表面原有的吸附膜,使保护作用大大削弱,从而使油珠易于聚结、上浮。二 絮凝剂水中的固体悬浮物可用絮凝剂除去。能使水中固体悬浮物形成絮凝物而下沉的物质叫絮凝剂。污水中的悬浮固体主要为黏土颗粒,它们表面主要带负电,互相排斥,所以它们不易聚结、下沉。为使它们易于聚结下沉,絮凝剂应象清水剂那样起两个作用:一、中和固体悬浮物表面的负电性;二、使失去电性的固体颗粒聚结下沉。起前一个作用的化学药剂为混凝剂;起后一个作用的化学药剂为助凝剂。1 混凝剂混凝剂常使用无机阳离子聚合物,如羟基铝、羟基铁和羟基锆。这些无机阳离子形聚合物可在水中解离,给出多核羟桥络离子,中和固体悬浮物的负电性。此外还使用三氯化铝、硫酸铝、铝酸钠、钾明矾、铵明矾、三绿化铁等通过水解、络合、羟桥作用形成多核羟桥络离子,起到羟基铝、羟基铁和羟基锆相同的作用。2 助凝剂助凝剂常使用有机非离子型和阴离子型的水溶性聚合物,如聚丙烯酰胺、部分水解聚丙烯酰胺、聚乙二醇等,这些水溶性聚合物都是线形聚合物,可通过吸附而桥接在颗粒表面,使他们聚结在一起。使用絮凝剂处理水时,有两点值得注意:注意混凝剂和助凝剂都有一个最佳浓度,大于或小于这个最佳浓度,絮凝效果都不好。注意加入顺序,要先加入混凝剂,接触了固体颗粒表面的负电性,再加入助凝剂。有机阳离子形聚合物,兼有混凝剂和助凝剂的作用,应此可单独使用。三 缓蚀剂1 金属腐蚀金属腐蚀是指金属表面与周围介质发生化学或电化学反应而受到破坏的现象采油油中遇到的腐蚀主要为电化学腐蚀,电化学腐蚀构成电池反应,反应中有腐蚀电流存在。在注水管线中,因水中含有一定数量的溶解氧,使钢表面的微电池,进行如下反应:阳极反应 + +2 2 4e → 4 电池反应 2 2 2+ + 4 + 2 → H) 2↓3H)2 + 2 → + 4 2 2 + ( 3 + 2化膜型缓蚀剂:通过氧化产生致密的保护膜,而起到缓蚀作用。如:重铬酸盐、钼酸盐、亚硝酸盐等。沉淀膜型破乳剂:通过在电化腐蚀的阴极表面形成沉淀膜而起到缓蚀作用。如:硅酸钠、硫酸锌、磷酸钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、三聚磷酸钠等。吸附膜型缓蚀剂:通过在电化腐蚀的阳极和阴极表面形成吸附膜起到缓蚀作用。如:咪唑啉类缓蚀剂。四 阻垢剂结垢就是指在一定条件下,水相中对于某种盐出现了过饱和而发生的析出和沉积过程,析出的固体物质叫做垢,主要是溶解度小的 a 、无机盐。结垢分为三个阶段,即垢的析出、垢的长大和垢的沉积。在这个过程中主要作用机理为结晶作用和沉降作用。油田水结垢通常只有少数几种盐,常见的垢的类型有碳酸钙、碳酸镁、硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶等。引起结垢的主要因素:不配伍水的混合 如含 较高的水与含 高的水混合后,可能产生 淀; 含 水与含 高的水混合后可能出现 淀。由于条件变化引起结垢 由于温度、压力等物理条件发生变化,使水中溶解的一些盐的溶解度下降,达到饱和而析出。如温度升高,或压力下降都有可能造成 淀。阻垢剂是一些化学药品的统称,把少量防垢剂加入水中,通常能起到延缓、减少或抑制结垢的作用。使用防垢剂是油田最为常用的方法,其高效、简便、易行。常用的阻垢剂种类有:磷酸盐:如:。氨基多羧酸盐:如:。磷酸脂盐低分子聚合物 如:学防垢剂的作用机理各种防垢剂可以通过不同的机理起到防垢作用,防垢剂防垢的主要机理有反应+络合(螯合 )机理和吸附机理。反应+络合(螯合) 机理防垢剂在水中解离后的阴离子与成垢的阳离子通过反应+络合(螯合)产生稳定的水溶性的环状结构,起到防垢效果。如 钙离子形成的结构如下:吸附机理防垢剂的吸附可通过两种机理起防垢作用:一是晶格畸变机理,这是由于防垢剂的吸附,使垢表面的正常结垢状态受到干扰(畸变),抑制或部分抑制了晶体的继续长大,使成垢离子处在饱和状态或形成松散的垢为水流带走;另一是静电排斥机理,这是由于防垢剂(非离子型防垢剂除外)在垢表面吸附,能形成如图 9示的扩散双电层,使垢表面带电,抑制了晶体间的聚结,防垢剂也可在结垢表面吸附,形成同样的扩散双电层,使结垢表面带电,从而使晶体也不能在结垢表面沉积,达到防垢的目的。图中 带羧基链节的聚合物在碳酸钙表面产生的扩散双电层。五 除氧剂能除去水中溶解氧的化学药剂叫除氧剂,除氧剂都是还原剂。常用的除氧剂有:亚硫酸盐(铜、锰、镍和钴的二价金属盐作催化剂) 、二氧化硫、联氨等。亚硫酸钠或亚硫酸氢铵22→2 1 反应,实际上常用的比率是10:1。在正常操作温度下,亚硫酸钠或亚硫酸氢铵与氧的反应通常是非常慢的,因此,一般需要加催化剂。硫酸钴是最常用的一种催化剂。二氧化硫222→2 氧需要 4 亚硫酸钠一样,这种反应通常需要某些化学物质如硫酸钴作为催化剂。二氧化硫是气体,它比亚硫酸钠价格低,用量也较少,但它用得不像亚硫酸钠那样普遍。不过,在需要大量脱氧剂的地方还常常使用它。使用二氧化硫作脱氧剂时,不能过量,否则会降低水的 ,产生腐蚀。联氨2→ 氨与氧的反应非常慢,油田一般不使用。由于联氨在90℃以上时会迅速地与氧发生反应,因此主要用于高压锅炉。六 杀菌剂细菌的繁殖会造成金属腐蚀、底层堵塞。少量加入就能杀死细菌的物质叫杀菌剂。一种好的杀菌剂应满足高效、广谱、低毒、稳定、无臭、无刺激性、能和其他化学药剂配伍、使用方便等要求。氧化型杀菌剂:通过氧化作用杀菌。氯酸钠、次氯酸钙、高铁酸钾、高锰酸钾等。他们可在水中产生原子态氧起到杀菌作用。非氧化型杀菌剂吸附型杀菌剂:通过吸附在细菌表面,影响细菌正常的新陈代谢而起到杀菌效果。如季铵化合物。渗透型杀菌剂:这类杀菌剂渗透入细菌的细胞中,破坏细菌体内的生物酶而起到杀菌效果。杀菌剂多复配使用,复配杀菌剂的效果超过单一杀菌剂的效果。杀菌剂必须交替使用,因长期使用一种杀菌剂会使细菌产生抗药性而显著降低杀菌剂的效果。杀菌剂开始使用时浓度要高,在细菌数量处在控制之下时,则可改为低浓度,即能有效地控制细菌的繁殖。杀菌剂可连续投放或间歇加入。连续投放时杀菌剂的浓度一般为10~50,间歇加入时杀菌剂的浓度一般为 100~200。考试题:填空:1.油田含油污水中按照分散情况分为三类:(1)分散油:油珠在污水中的直径较大,为 10~100 微米,易于从污水中分离出来,浮于水面而被除去。(2)乳化油:其在污水中分散的粒径很小,直径为 0 微米,与水形成乳状液,属于 O/W“水包油”型乳状液。这部分油不易除去,必须反相破乳之后才能将其除去。(3)溶解油:油珠直径小于 米。由于油在水中的溶解度很小,这部分油是不能除去的。2.油田注水水质的十一项指标是:悬浮固体含量 粒度中值 含油 细菌 总铁 溶解氧 硫化物 平均腐蚀率量。3.为了不同的目的,在污水处理过程中常常需要使用一些化学添加剂,这些化学药剂总称为水处理剂。常用的水处理剂有:清水剂、絮凝剂、缓蚀剂、阻垢剂、杀菌剂、除氧剂等。4.能使水中固体悬浮物形成絮凝物而下沉的化学药剂叫絮凝剂。污水中的悬浮固体主要为黏土颗粒,它们表面主要带负电,互相排斥,所以它们不易聚结、下沉。为使它们易于聚结下沉,絮凝剂应象清水剂那样起两个作用:一、中和固体悬浮物表面的负电性;二、使失去电性的固体颗粒聚结下沉。起前一个作用的化学药剂为混凝剂;起后一个作用的化学药剂为助凝剂。5.金属腐蚀是指金属表面与周围介质发生化学或电化学反应而受到破坏的现象。采油中遇到的腐蚀主要为电化学腐蚀,电化学腐蚀构成电池反应,反应中有腐蚀电流存在。6.简答题:1.目前海上油田污水处理方法有哪几种?简述起原理。答:沉降法:靠原油颗粒和悬浮杂质与污水的比重差实现油水渣的自然分离,主要用于除去浮油及部分颗粒直径较大的分散油及杂质。混凝法:在污水中加入混凝剂,把小油粒聚结成大油粒,加快油水分离速度,可除去颗粒较小的部分散油。气浮法:向污水中加入气体,使污水中的乳化油或细小的固体颗粒附在气泡上,随气泡上浮到水面,实现油水分离。过滤法:用石英砂、无烟煤、滤芯或其它滤料过滤污水除去水中小颗粒油粒及悬浮物。生物处理法:靠微生物来氧化分解有机物,达到降解有机物及油类的目的。旋流器法:高速旋转重力分异,脱出水中含油。2.海水中存在那些对底层有害的物质?答:海水中含有对油层造成伤害的物质,主要有:水中含有丰富的溶解氧;海水中会有一定量细菌;海水中含有大量的藻类及海生物;海水中还有大量的悬浮固体颗粒。这些有害物质的存在,会给注水工艺流程、注水井管理、甚至地层,造成结垢、腐蚀、堵塞等伤害,为此,注海水必须对海水进行处理,达到注水标准以后才能够作为合格的注入水注入油层。3.简述什么是结垢?油田常见的结垢类型有那些?引起结垢的主要因素是什么?答:结垢就是指在一定条件下,水相中对于某种盐出现了过饱和而发生的析出和沉积过程。油田水结垢通常只有少数几种盐,常见的垢的类型有碳酸钙、碳酸镁、硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶等。引起结垢的主要因素:不配伍水的混合;由于条件变化引起结垢 。4.简述缓蚀剂有类型哪些,简述其缓蚀机理。答:氧化膜型缓蚀剂:通过氧化产生致密的保护膜,而起到缓蚀作用。如:重铬酸盐、钼酸盐、亚硝酸盐等。沉淀膜型破乳剂:通过在电化腐蚀的阴极表面形成沉淀膜而起到缓蚀作用。如:硅酸钠、硫酸锌、磷酸钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、三聚磷酸钠等。吸附膜型缓蚀剂:通过在电化腐蚀的阳极和阴极表面形成吸附膜起到缓蚀作用。如:咪唑啉类缓蚀剂。
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本文标题:油田水处理及相关化学药剂
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