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(定稿)油田污水处理设备概述-毕硕义421

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定稿 油田 污水处理 设备 概述 毕硕义 421
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东北石油大学秦皇岛分校毕业论文油田污水处理设备概述学科专业: 油田化学学 生: 毕硕义指导教师: 008 年 9 月 论文完成日期:2011 年 4 要对于注水方式开发的油田,经过一段时间开发后,油井生产的原油含水率将不断上升,因为油田含油污水里含有一定数量的原油和其它物质,若不能及时处理、利用、任意排放将会给人们的生活带来严重的灾害。本文首先介绍了油田污水处理在生活生产的重要作用,介绍了主要的油田污水处理的具体设备和现状,并结合几个油田中油田污水处理设备实例,来具体说明设备的作用,提出了油田污水处理设备的问题和不足,最后对油田污水处理设备的未来进行了展望。关键词:油田污水处理;处理设备;含油污水;过滤器;采出水处理;录摘 要 ...............................................................................................................录 .............................................................................................................. 章 概述 .................................................................................................... 油田污水的意义 ................................................................................ 油田污水处理的基本工艺 ................................................................ 章 油田污水处理设备的发展现状 ........................................................ 除油设备 ............................................................................................ 混凝沉降设备及过滤设备 ................................................................ 泥浓缩设备 ........................................................................................ 其它设备 ............................................................................................ 章 油田污水处理设备应用实例 ............................................................ 大庆油田污水处理设备应用实例 .................................................... 胜利油田污水处理设备应用实例 .................................................... 章 油田污水处理设备大发展前景展望 .............................................. 油田污水处理设备应用过程中的问题与不足 .............................. 油田污水处理设备未来未来发展趋势 ..........................................大科技攻关力度应用新技术开发新设备 ........................立并不断完善统一有序的油田水处理设备市场 ............行继续引进与开拓国际市场并举的方针 ........................ 章 总结 .........................................................................................................................................................................................................谢 ............................................................................................................ 章 田污水的意义对于水压驱油的油田,特别是采用早期注水方式开发的油田,经过一段时间开发后,将会使油井生产的原油含水随着时间推移,含水率迅速上升,因为在这种水里含有一定数量的原油和其它物质,若不及时处理、利用、任意排放将会给人们生活和生产带来严重的灾害。总之,对油田污水进行处理具有以下几方面的意义:1.保护环境,有利人们身体健康因为经过原油脱水后的污水里含有大量的原油和其它物质污水任意排放,将会严重污染环境,污染大气,破坏生态平衡,不但会引起大量生物死亡而目还要影响人们身体健康。2.保护地下水资源地下水资源在地球上来说是非常宝贵的,虽然从表面上来看,地球表面 71%被水覆盖,但真正可利用的地下水和地面水(即淡水)总共才占总水量的 有许多地方由于工业的迅速发展和人日的增长,使生产用水和工业用水感到紧张以致不得不定量供应。油田进行污水处理和回注,提高了水的利用效率,保护了地下水资源。假若不是采用回注污水,那么地下水源早就濒临枯竭了,那原油生产也保不住了。3.方便生产,方便生活假若含油污水不按规定处理回注,随意乱放,那么矿区就会形成遍地是污水,到处有污油,人和车都不好行走,生产和生活都很不方便。4.节约原油化验密闭流程脱水器中放出来的污水,一般含油在 右。这是一个不小的数字,因此,为节约能源及防止环境污染等,这些原油应该回收。5.造成污油遍地皆是,容易引起火灾,对安全生产构成很大的威胁。田污水处理的基本工艺原油脱出的采油污水首先加入氧化剂,对污水中硫化物进行部分氧化处理,再加入沉淀剂,对污水中剩余的二价硫进行沉淀去除;加入有机高分子絮凝剂,对污水中的沉淀物、油等物质进行絮凝处理;加杀菌剂进行杀菌处理,同时进行沉降分离;经过粗过滤,再经精细过滤,达到注水水质标准;滤后水进行光电杀菌处理,在处理后水进入净水罐前,加入缓蚀阻垢剂进行缓蚀阻垢处理,净水罐水用于回注。它解决了高含硫、高细菌含量、高矿化度的采油污水处理问题,达到低渗透油田回注用水水质标准,保护了环境,节约了水资源 [1]。 章 油田污水处理设备的发展现状油田污水处理设备包括油田回注污水处理设备和污水外排达标处理设备,主要建设在联合站内的污水处理系统中或污水处理站,是油田地面工程的重要组成部分。油设备除油设备是采油污水处理中广泛应用的设备,它的主要作用是除去污水中的残余原油,以防油珠注入地下堵塞地层。油田污水处理过程中常见的除油设备有以下几种:1.立式除油罐立式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。这种设备对污水中含油>100 时除油效果较好,可达 98%以上,缺点是污水停留时间长,容积大。目前有两种强化措施可进一步提高除油效率,即降低立式除油罐的高度,加大除油罐面积;在罐内沉降区安装蜂窝斜管或斜板。2.横向流除油器该设备是在斜板除油器的基础上发展起来的,由含油污水的聚结区和分离区两部分组成,具有独特结构、水流流态及高效的性能,已应用于大庆油田。3.压力组合除油装置为了提高除油构筑物单位容积处理能力及防止氧进入含油污水处理系统,在粗粒化及斜板除油技术基础上采用压力除油、压力沉降及除油、沉降合一等几类设备,由于采用了聚结技术、斜管分离技术等,提高了分离效率。设备体积小,目前已有定型设备销售。4.气浮选设备1986 年,大港油田采用仿 司的四级叶轮浮选机,投入运行后除油效果良好。后来,中原、胜利、辽河、司的叶轮浮选机,各油田设计院消化引进设备,也相继设计出这类浮选机,在油田获得广泛应用。5.旋流分离器旋流分离器能实现油水分离,是国外 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特点。国外对含油污水的处理已开发出一些新的设备,如新型密闭浮选箱、水力旋流器、各种组合式油水分离器等。凝沉降设备及过滤设备混凝沉降设备主要作用是实现污水中的水、悬浮物分离。目前应用较多的有斜管(板)沉降罐,其水流方向为同向流形式,污水中的悬浮物通过化学混凝剂变成大颗粒加速沉降,实现净化污水的目的。一种新型的逆向流沉降罐正在江汉石油学院研究试验之中,已取得较好的室内效果,可望推广使用。过滤设备是油田污水处理中的关键设备,也是污水处理的最后一关。各油田和设计生产单位都把过滤技术和设备作为研究的重点,技术水平提高较快,目前以压力过滤罐为主。油田污水处理过程中常见的混凝沉降设备有以下几种:1.多层滤料过滤器早期的单一石英砂过滤已被淘汰。采用无烟煤、磁铁、石英砂滤料的深床过滤技术,目前广泛应用于油田污水处理中。近年来发展起来的全自动双滤料过滤器,已由江汉石油机械厂开发并生产,在胜利、青海、辽河等油田得到应用。2.核桃壳过滤器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 100 时过滤效果良好。污水中含油过高时,污油易将滤料污染使其板结而失去效果,种设备目前国内石油机械企业生产较多,已成为污水处理中主要的过滤设备。3. 微孔过滤器。国内开发这类产品最初用于清水处理中,后应用于油田注清水过滤中,可控制悬浮固体颗粒直径达到 2 μm 以下,目前有桂林、吉林等厂家生产此类设备。4.滤心过滤器这类装置多用于注水井口过滤,是控制水质的最后一类。中原文南、胜利、渤南等油田引进这种装置。其缺点是滤心价格过高,不能再生,易污染,影响了这种过滤器的推广。5.陶瓷膜过滤装置这类装置主要应用于低渗透油田注清水的处理过程中,用于处理含油污水尚没有成功的报道。浓缩设备污水处理中产生的含油污泥从污水处理系统中排出后,含有大量的粘性泥质、细菌、油污等,目前各油田均采取措施进行浓缩处理。油田污水处理过程中常见的污泥浓缩设备有以下几种:1.带式压榨过滤机这种设备处理含油污泥需首先加入絮凝剂,国内已有多家单位生产此种设备。新疆油田采油二厂采用河南商城的带式压榨机处理污泥效果良好。缺点是处理量小,滤带易被油污染,污泥含水率仍较高。2.厢式压滤机这种装置处理的污泥其含水率可下降为 50%,浓缩效果好,已在中原、大港、胜利等油田成功运用,此种设备属国内化工行业成熟装置。缺点是笨重、投资较大,不能连续生产。3.高速离心机此种设备利用高速旋转作用,使污泥浓缩,生产效率高,可连续生产。胜利油田草桥污水站引进的此类设备,处理污泥效果良好。转部件易损坏,目前国产设备与国外设备尚有一定差距。它设备油田污水处理过程中常见的其它设备有以下几种:1.脱氧装置国内油田普遍采用的是真空脱氧塔。华北油田设计院在吐哈油田污水工程中采用了两级平衡法真空脱氧塔,胜利油田与北京化工大学合作,开发了超重力场脱氧装置,用于海洋油田脱水注氧工程。2.洗井车该设备首先由吉林油田研制并投入运用。河南油田开发出集注水和水处理于一体的污水处理车,用于洗井水回收等。我国油田水处理设备,经过多年的改进完善,已能基本满足油田水处理工程建设的需要,但是存在的问题也不容忽视。石油规划总院受原总公司开发生产局委托,在开展“含油污水处理及注水系统综合治理” 导向技术研究时,曾于 1995 年 11 月至 1996 年 10 月对全国 14 个油田的80 余座污水处理站及注水站进行了现场调查。结果表明注水水质达标率低,其原因除了管理不善之外,油田水处理设备也存在不少问题,主要表现在国产浮选机运动部件损坏频繁,液位控制自动化水平低,仪表不耐用,除悬浮物效果不好;压力除油罐内聚结材料不能及时更换,影响处理效果;水力旋流器国产设备稳定性差,内壁不耐磨,有的站尚未达到预期设计指标,结构参数有待改进;适合油田含油污水精细过滤的设备尚不过关;有的机械搅拌式核桃壳过滤器质量不佳,搅拌机损坏频繁,滤料反冲洗不彻底。我国的油田水处理设备与国外发达国家相比,还有不少差距。产品质量、耐用程度和自动化水平等,国产设备显然不及引进设备。在处理效率方面,国外“ 银带” 过滤器用于含油污水处理的设计滤速高达 33 m/h,除油率在 90%以上,而国产机械搅拌式核桃壳过滤器的设计滤速只有 25 m/h,除油率一般在 80%以上。国内油田水处理设备的研究则主要靠各油田设计院、江汉机械研究所和石油大学等,究工作便基本告一段落,然后将技术转让给制造厂家生产、销售。研究与生产、销售结合不够紧密,缺乏不断的跟踪、改进和完善 [2]。第 3 章 油田污水处理设备应用实例中国大部分油川己进入开发中后期,产出液的平均综合含水率己超过 80%,导致大量的采油污水产生。探讨和摸索新技术、新工艺,有效地处理采油污水使之达到回注及外排的要求,成为油川开发的重要任务。庆油田污水处理设备应用实例大庆油田已经开发建设 40 多年,油田综合含水率已达到了 40%,每年产生 4 亿多立方米污水,这些污水如果不能进行有效地处理,将严重影响油田的正常生产。大庆油田设计院水处理与油田化学研究室(简称水化室) ,全力攻克水处理技术难关,多年来,完成科研项目 273 项,被大庆油田公司授予功勋集体、十大标杆单位,为科研人员树立了典范。大庆油田设计院水化室科研人员以油田水质现状和存在的问题为突破口,投身科研实践解决油田水处理问题。2002 年以来,大庆油田部分联合站中相继出现了含硫化物污油,严重威胁到处理设施的正常运行。水质超标严重,难以满足二、三次加密井水质要求,外围油田水质状况对于特低渗透油藏水质要求差距也很大。如何解决含硫化物污油的处理问题,成了迫在眉睫的技术难题。水化室迅速成立了项目组,对 186 座处理站水质现状展开了调查,开始进行联合站含硫化物污油回收处理技术研究,经过 6 个多月的奋战,终于解决了联合站含硫化物污油回收处理的技术难题,通过在第一采油厂北二联合站等污油回收处理中推广应用,累计回收处理含硫化物污油 3 万多吨,000 多万元。大庆油田设计院重视人才,积极为科技人员创造条件,加速了人才成长。同时,在科研攻关中,形成了拔尖人才领军、核心人才支撑、骨干力量跟进的态势,确保了油田生产的顺利进行。院副总工程师、油田公司化学专业技术专家、清华大学博士后吴迪为了突破药剂配方设计和研制的难点,带领同事们经过近两年的奋战,终于研制成功了性能良好的新型油水分离剂,首次实现了化学剂带动处理工艺的简化,获得直接经济效益 6570 多万元,该成果荣获大庆油田公司 2004 年技术创新一等奖。几年来,吴迪先后提出了凝油粘壁温度、油珠聚结温度等化学领域新概念,研制成功 20 多种油田水处理药剂配方,获国家专利 2 项,有 4 项获中国专利博览会金奖和铜奖,先后有 16 个项目获中国石油股份公司和大庆油田公司技术创新奖,累计为油田创经济效益近 2 亿元。多年来,水化室一直在科研攻关模式上进行大胆创新,不断深化项目经理制,形成了以课题组为单元的管理机制,瞄准世界前沿技术,抢占技术制高点。大庆油田三元复合驱油采油效果明显,同时也给采出水处理工艺系统带来了一系列的技术问题,成为大规模工业化推广的技术瓶颈。面对这项世界级技术难题,水化室成立了项目组,经过 8 个多月的奋战,课题终于得到了攻克。2003 年,设计院里承担了大庆油田公司"十一五" 重大现场试验项目特高含水期原油低温集输处理工艺技术试验研究攻关工作,为了尽快攻克低温水处理技术难题,水化室项目组成员经过 180 多个日夜苦战,取得了突破性进展,实现了原油凝固点温度进行低温含油污水处理。目前,该研究成果已应用在萨北和喇嘛甸区块的低温集输处理工艺当中,实现全年不加热集油油井 5616 口,季节性停掺水油井 4948 口,掺低温水油井 14532 口,年经济效益 7200 万元以上 [3]。利油田污水处理设备应用实例胜利油田经过 30 多年的开发建设,大部分油田已经进入开发后期,采出液综合含水率高于 90%。采油产生的废水受地层结构、开采工艺、注水条件的影响不能全部回注,部分需要外排的废水约为 70000 m3/d。这部分需要外排的废水在经过各联合站的一级处理(物理法)后,再经过各污水达标排放处理工程的二级处理(生化法)实现达标排放。油田的采油污水达标排放处理工程概况如下其他工业废水相比,胜利油田采油废水具有水温高(40 ℃ ~60 ℃) 、氯离子浓度高、总盐度高、可生化性差的特点。采用一般的生物法水处理工艺,处理效果初期可以满足外排水的水质要求,后期往往由于设备结垢等问题的出现,影响处理效果,甚至导致整个污水处理工程的停产。11 月 8 日,在胜利油田孤东采油厂污水处理现场,一座两米多高的装置正在“吃污水吐清水” 。正在设备出口处取样分析的胜利油田技术检测中心环境监测总站治理研究室主任孙恩呈蹲下身捧起水,笑着对记者说:“这些经过处理的水,我们都用来刷牙洗脸,水质不比家里的自来水差。 ”还采油污水“清白之身”的,是胜利油田技术检测中心开展的采油污水深度处理及综合利用技术。经过一年的研究和攻关,目前这项技术已经取得新突破。油田在注水开发过程中,采油污水会和原油一起被采出地面。一般情况下,这些采油污水经过处理后,会被重新回注到地下。但是,随着老油田进入开发中后期,含水越来越高,采油污水日渐增多,无法全部回注,只能通过达标处理后外排。由于采油过程中要使用化学药剂,采油污水的水质逐渐变差,达标外排难度越来越大。同时,随着注聚合物开采原油的份额不断增长,胜利油田每年用于配聚合物的清水量也逐年增长,造成清水资源的极大消耗。能不能研制出一举两得的新技术,把回注不完的采油污水变成达标水,从而替代清水进行配注聚合物呢?2008 年起,胜利油田技术检测中心开始对“采油污水深度处理及综合利用技术” 进行攻关。研究人员经反复室内试验,在传统工艺的基础上,采用“双膜” 工艺,对采油污水进行深度处理,一举获得成功。经过深度处理后的采油污水,不仅实现稳定达标排放,而且各项指标完全达到要求,能够替代清水进行聚合物配注。于这种水黏度较高,与清水相比,更有利于增强开发效果。目前,这项技术正处于小试阶段。孙恩呈介绍,工程付诸实施后,仅孤东一处,每天即可节约清水 7000 立方米,每年减排 50 吨 [4]。第 4 章 田污水处理设备应用过程中的问题与不足综上所述,现在应用的各种油田污水处理设备还存在着很多问题和不足,主要体现在以下几个方面:1.污水处理过程中水质调节剂、絮凝剂、杀菌剂等水处理剂的投加量大,污泥的产量高,增加了污泥排放以及处理、处置的难度。2.管线、设备的腐蚀现象严重,药剂的缓蚀率只能暂缓药剂投放段的腐蚀,并不能从根本上降低整体的腐蚀水平。3.药剂投加量大,使生产成本过高,有时为了降低运行成本,不得不减少或暂停药剂的投加,造成出水水质不稳定,为注水带来很多麻烦。4.站内药剂投加的操作及维护往往不能按设计实施,使得设计思路的综合效应无法实现,这是水处理站运行效率不高的原因之一。5.我国许多油田水处理站的自动化程度不高,手动操作多,工人劳动强度大,而目一般比较笨重,不易操作处理,生产效益低。从我国各方要油田污水处理回注站所采用的净水工艺可以看出,我国油田污水处理回注的整体技术、工艺、处理水平低,不能及时引进、有借鉴国外先进的处理经验,这也是我国大部分油田污水处理回注站处理效率低、水质无法达标的主要原因之一 [5]。田污水处理设备未来未来发展趋势我国已经建立了一个比较完整的油田水处理设备研究和制造体系。在 21 世纪来临之际,有必要在以下几方面继续作出努力。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。立并不断完善统一有序的油田水处理设备市场石油、石化两大集团公司重组后,建立一个跨集团公司、跨行业、跨所有制的统一有序、公平竞争的油田水处理设备市场,是必然的趋势。当前有的产品供大于求,竞争激烈;有的产品质量不高。油田水处理设备生产厂家,只有不断开发新产品,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。在市场竞争的条件下,优胜劣汰是必然规律。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,包括强化市场准入管理,规范市场行为,定期组织力量对油田在用设备进行处理效率及处理水质监测,对比是否达到订货合同规定的技术指标要求等,评出优劣。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。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000 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 [6]。第 5 章 总结油田污水处理设备是一个比较复杂的系统工程,工艺的选择及复杂程度与来水的水质和处理后的指标是密不可分的,必须加强对注人水水质指标的技术经济性研究。从技术经济的角度对油田污水处理工艺技术进行改进,不仅满足了油田开发生产的需要,而且可以节省投资,提高油田整体经济效益。我国油田污水处理设备经过多年的发展,已基本能满足油田污水处理工程建设的需要,但也存在许多问题不容忽视。主要问题是传动部件易损坏,设备自动化水平低;一次仪表不耐用;除机杂效果差;过滤罐滤料易损失;水力旋流器稳定性差;精细过滤装置不能再生;核桃壳滤料易被油污染而板结失效等。目前国内油田采出水一般采用除油—混凝—过滤的“三段式” 处理流程,应注重高效多功能一体化采出水处理设备的研究开发,入社会力量开展高效水处理设备的研究工作,提高设备的科技含量,提高我国油田污水处理装置的技术水平。参考文献[1] 黄志潜.略论石油集团公司装备制造的现状与发展前景.石油机械.1999,27(1):1~6[2] 陈国华. 水体油污治理.北京:化学工业出版社.2002[3] 杨云霞,张晓健.我国主要油田污水处理技术现状及问题.油气田地面工程.2001,20(1):4~6[4] 卢明昌.胜利油田采出水处理技术的现状与发展.石油机械.2003,31(5):59~67[5] 朱泽民.沉降罐的优化设计.油气田地而工程.1999,18(2):29~30.[6] 姚薇,何策,肖莉.油田含油污水的旋流混合反应澄清罐.石油特刊.200348(5):61~谢此片论文得以完成,首先要感谢于彦龙老师的细心指导。于师开阔的视野,为我提供了极大的发挥空间,在这段时间里让我明白了做任何事情要严谨细致、一丝不苟,对人要宽容、宽厚,于老师宽厚待人的学者风范更是令我无比感动。感谢各位老师在这几年一直在生活中、组织上给予我的教导和无私的帮助,让我在东北石油大学秦皇岛分校这个大舞台上有锻炼的能力、自我完善的平台。在此文即将完成之际,我衷心的感谢在此过程中帮助过我的每个人,在这里请接收我最诚挚的谢意!由于时间仓促、自身等原因,文章错误疏漏之处在所难免,恳请各位老师斧正。com
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