油田采油廢水回注處理技術(shù)研究新進(jìn)展

[摘要]隨著國家節(jié)能減排力度的加強(qiáng)，海洋平臺(tái)污水排放標(biāo)準(zhǔn)將越發(fā)嚴(yán)格，污水回注處理將是今后海洋平臺(tái)污水的唯一出路，文章首先分析了含油污水的性質(zhì)，然后重點(diǎn)介紹了污水回注處理過程中常用的四種技術(shù)(氣浮選分離技術(shù)、離心旋流分離技術(shù)、精細(xì)過濾技術(shù)及膜分離技術(shù))及其原理，并介紹了他們最新的研究和應(yīng)用情況，最后對今后含油污水回注處理技術(shù)的發(fā)展方向發(fā)表了個(gè)人的看法。

隨著開采時(shí)間的推移，中國海洋石油的大部分油田相繼進(jìn)入二次開采(即注水開采)階段，二次開采階段的到來一方面增大了對注水量的需求，另一方面也大大增加了油田采出水的量，這些廢水如果不經(jīng)過處理就直接排放的話勢必會(huì)對海洋環(huán)境造成極其惡劣的影響。相反，如果這些廢水經(jīng)處理后用于回注，不但滿足了日益增大的注水量的需求，還減少了對環(huán)境的污染;同時(shí)由于油田采油廢水中具有與油藏的良好配伍性，將這些污水深度處理之后用于回注對提高油田的采收率具有積極的作用。

1采油廢水的性質(zhì)

采油廢水是指從地層中隨原油一起被開采出來的水，經(jīng)歷了原油處理的大部分流程，因此污水中雜質(zhì)種類及性質(zhì)都和油藏的地質(zhì)條件，注水水質(zhì)等有很大的關(guān)系。這種污水是一種含有固體雜質(zhì)、液體雜質(zhì)、溶解氣體和溶解鹽類等復(fù)雜的多相體系。采油廢水中的油的存在形式主要有5種：

(1)浮油,其粒經(jīng)一般大于100μm，以連續(xù)相的形式漂浮于水面，形成油膜或油層;

(2)分散油，以微小的油滴懸浮于水中，不穩(wěn)定，靜置一段時(shí)間后通常變成浮油，油滴的粒經(jīng)一般介于10~100μm之間;

(3)乳化油，粒徑為0.001~10μm，具有一定的穩(wěn)定性，單純用靜止沉降法無法去除，是采油廢水的主要處理對象。

(4)溶解油，以一種化學(xué)方式溶解的微粒分散油，油粒直徑小于0.001μm，一般原水中此部分油僅占總含油量的1%以下，在處理過程中也有一定比例的去除,但不作為污水處理的主要對象;

(5)固體附著油，吸附于廢水中固體顆粒表面的油，這種油會(huì)隨著固體顆粒的去除而去除。

2含油廢水回注處理技術(shù)研究新進(jìn)展

在含油污水回注處理中使用和研究得比較多的技術(shù)主要有氣浮選技術(shù)，離心旋流分離技術(shù)，精細(xì)過濾技術(shù)以及最近新發(fā)展起來的膜分離技術(shù)，這幾種技術(shù)由于其設(shè)備體積小，效率高，效果好，因此得到了廣泛的應(yīng)用和研究。

2.1氣浮選技術(shù)

氣浮選技術(shù)基本原理是在含油污水中通入大量微小氣泡，并利用其作為載體與污水中的油珠和懸浮絮粒相互粘附，形成整體密度小于水的浮體上浮至水面，使污水中的油珠和懸浮狀等物質(zhì)與污水分離，達(dá)到凈化污水的目的。

在污水處理中，根據(jù)水中形成氣泡的方式的不同可將氣浮法分為四種類型，即溶氣氣浮法，誘導(dǎo)氣浮法、電解氣浮法和化學(xué)氣浮法。任連鎖、鄭杰等人[1]采用二級(jí)串聯(lián)電氣浮技術(shù)來處理油田污水，并對前置預(yù)處理、一級(jí)自然電氣浮、二級(jí)自然電氣浮和絮凝劑及其投加方法對處理效果的影響進(jìn)行了研究，取得電氣浮處理技術(shù)的主要影響因素，并在安徽油田歐北聯(lián)合站進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)二級(jí)電氣浮出口污水中含油量低于20mg/L，基本達(dá)到該油田的注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);另外電氣浮技術(shù)還有很好的殺菌消毒作用。杜新勇、王飛[2]等人利用溶氣浮選技術(shù)對河南油田下二門聯(lián)合站分離器出口污水進(jìn)行處理研究，發(fā)現(xiàn)：(1)氣浮選技術(shù)處理聯(lián)合站三相分離器出口污水具有明顯效果，污水含油可由1000±300mg/L降至30mg/L以下。(2)氣浮選技術(shù)用于去除污水中懸浮物時(shí)，須有藥劑配合方可顯出效果。(3)提高溶氣量并不能改善原油和懸浮物的浮選效果，反倒提高了處理水中的含氧量，說明溶氣量有一臨界值。于振民[3]采用撫順石油化工研究院開發(fā)的一種新型葉輪氣浮設(shè)備對中石化煉油事業(yè)部污水處理廠的污水進(jìn)行了試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)葉輪氣浮機(jī)可以達(dá)到與溶氣浮選池相近的除油和除COD效果。與溶氣浮選池相比，葉輪氣浮機(jī)采用低能耗的自引式氣液混合機(jī)作為微氣泡發(fā)生器，并且不需要溶氣回流水，停留時(shí)間短，具有能耗低、占地小，結(jié)構(gòu)簡單、操作與維護(hù)方便等特點(diǎn)，可以作為溶氣浮選的替代技術(shù)。文昌奮進(jìn)號(hào)PFSO上使用兩級(jí)氣浮選技術(shù)處理經(jīng)水力旋流器處理后的生產(chǎn)污水，進(jìn)口含油量大于100mg/L，出口含油小于15mg/L，達(dá)到了排放的要求。

2.2離心旋流分離技術(shù)

離心分離是使裝有廢水的容器高速旋轉(zhuǎn)，形成離心力場，因顆粒、油和污水的密度不同，受到的離心力也不同。密度大的受到較大離心力作用被甩向外側(cè)，密度小的廢水則留在內(nèi)側(cè)，各自通過不同的出口排出，達(dá)到分離污染物的目的。含油廢水經(jīng)離心分離后，油集中在中心部位，而廢水則集中在靠外側(cè)的器壁上，這樣就達(dá)到了油水分離的目的。

液-液分離器是基于固液分離旋流器發(fā)展而來的。其始于1967年英格蘭海南岸的“TorreyCanyon”油輪遇難事件，1984年液-液旋流器在海洋平臺(tái)上試驗(yàn)成功[4]，次年在英國北海油田和澳大利亞巴氏海峽油田的海上石油開采平臺(tái)使用，正式進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用階段。液-液分離旋流器經(jīng)歷了一個(gè)由單錐到雙錐以及改進(jìn)的單錐，由靜態(tài)到動(dòng)態(tài)的發(fā)展過程，其分離技術(shù)目前主要呈現(xiàn)出兩個(gè)研究發(fā)展趨勢：一是以英國Southampton大學(xué)為代表的靜態(tài)旋流分離技術(shù);二是以法國TOTALCEP和NEYRTEC為代表的動(dòng)態(tài)旋流分離技術(shù)[5]。在靜態(tài)旋流分離方面,英國Southampton大學(xué)的研究人員主要以含油污水的旋流凈化為對象，在A型旋流管的基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)，先后推出了B、C、D、E直到1985年發(fā)展出了F型旋流管，單管條件下的臨界粒徑為60μm，兩管串聯(lián)時(shí)的臨界粒徑為40μm，三管串聯(lián)時(shí)的臨界粒徑為30μm。繼F型旋流管之后，他們又通過對液滴粒徑分布、油水密度差等介質(zhì)特性參數(shù)，壓力比、處理量等工況參數(shù)及入口截面、特征直徑、長徑比、幾何形狀等結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)選研究，相繼發(fā)展出了G型和K型旋流管。G型旋流管的結(jié)構(gòu)更簡單、分離能力更強(qiáng)、操作彈性也更大。而K型旋流管在結(jié)構(gòu)上采用了全新的幾何形狀，進(jìn)一步在高效與低阻方面取得新的突破，其在低壓區(qū)性能更佳，分離效果更好，現(xiàn)場的實(shí)用表明在氣舉采油等惡劣分離條件和系統(tǒng)壓力僅0.2MPaG的低壓場合下，K型旋流管仍能有效工作。與此同時(shí)，國內(nèi)也對旋流器進(jìn)行了大量的研究工作，不過研究的重點(diǎn)主要是分離操作參數(shù)對分離效果的影響和分離器內(nèi)部流場的研究。西南石油大學(xué)艾志九和牛貴峰[6]采用數(shù)值模擬方法對各種入口對應(yīng)的分離效率進(jìn)行比較，結(jié)果表明采用對稱入口和曲線入口，過渡平穩(wěn),大大降低了液流的局部湍流程度，提高了分離性能。趙立新和蔣明虎[7]以及薛紅兵[8]等均對操作參數(shù)對水力旋流器分離性能的影響開展了相應(yīng)的研究工作，得到和MartinThew、Young等基本一致的研究結(jié)果。崔運(yùn)[9]靜等采用了先進(jìn)的LDV技術(shù)來測量內(nèi)流場，獲得較好的測量結(jié)果，基本上揭示了旋流器的速度分布等內(nèi)流場特性，并將測量結(jié)果進(jìn)行分析比較，希望得出最佳參數(shù)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化設(shè)計(jì)。2.3精細(xì)過濾技術(shù)

編輯：王媛媛