油田水处理(在用) 25页

第一节油田污水的来源水是石油生成、运移和储集过程中的主要天然伴生物。石油的开采经历了三次采油阶段：一次采油:油藏勘探开发初期，原始地层能量将部分油气水液体驱向井底，举升至地面，以自喷方式开采.采出液含水率很低二次采油有注水开发和注气开发等方式。高压水驱动原油。存在问题：经过一段时间注水后注入水将随原油采出，且随开发时间的延长，采出油含水率不断上升。三次采油注聚合物等驱油。油田含油污水来源原油生产过程中的脱出水:原油脱水站、联合站内各种原油储罐的罐底水、含盐原油洗盐后的水。洗井水为提高注水量、有效保护井下管柱，需定期对注水井进行洗井作业。为减少油区环境污染，将洗井水建网回收入污水处理站。钻井污水、井下作业污水、油区站场周边工业废水等全部回收处理净化，减少污染，满足环保要求。原水:未经任何处理的油田污水。初步净化水:经过自然除油或混凝沉降除油后的污水。滤后水:经过过滤的污水。净化水:凡是经过系统处理后的污水都叫净化水。第二节污水处理利用的意义1、含油污水不合理处理回注和排放的影响油田地面设施不能正常运作造成地层堵塞而带来危害造成环境污染，影响油田安全生产2、油田注水开发生产带来的问题注入水的水源油田注水开发初期，注水水源为浅层地下水或地表水（宝贵的清水），过量开采清水会引起局部地层水位下降，影响生态环境。对环境的影响随着原油含水量的不断上升，大量含油污水不合理排放会引起受纳水体的潜移性侵害，污染生态环境。二、腐蚀防护与环境保护油田含油污水特点：矿化度高溶解有酸性气体腐蚀处理设施、注水系统溶解氧三、合理利用污水资源水源缺乏的办法之一：提高水的循环利用率油田污水经处理后代替地下水进行回注是循环利用水的一种方式。若污水处理回注率100％，即油层中采出的污水和地面处理、钻井、作业过程中排出的污水全部处理回注，则注水量只需要补充由于采油造成地层亏空的水量，因而节约大量清水资源和取水设施的建设费用，提高油田注水开发的总体技术经济效益。第三节水质标准一、油田开发对注水水质的要求油田注水的服务对象：致密岩石组成的油层要求：保证注水水质，达到“注得上，注得进，注得够”。对净化采出水的具体要求:化学组分稳定，不形成悬浮物；严格控制机械杂质和含油；有高洗油能力；腐蚀性小；尽量减少采出水处理费用。油层条件对注水水质的要求：低渗透油田注水水质标准。目前，陆上低渗透油藏为35％左右，且每年新探明的石油地质储量中低渗透油层所占的比重越来越大。二、净化污水回注水质标准1、注水水质基本要求注水水质确定：根据注入层物性指标进行优选。具体要求：对水处理设备、注水设备、输水管线腐蚀性小；不携带超标悬浮物、有机淤泥、油；与油层流体配伍性良好，即注入油层后不使粘土发生膨胀和移动。2、注水水质标准由于各油田或区块油藏孔隙结构和喉道直径不同，相应的渗透率也不相同，因此，注水水质标准也不相同。下表为石油天然气行业标准《碎屑岩油藏注水水质推荐指标》SY／T5329－94水质主控指标。3、注水水质辅助性指标辅助性指标包括：溶解氧水中溶解氧时可加剧腐蚀。腐蚀率不达标时，应首先检测氧浓度。油田污水溶解氧浓度<0.05mg/l，特殊情况不超过0.1mg/l；清水中溶解氧含量要小于0.5mg/l。硫化氢硫化物含量过高，说明细菌增生严重，引起水中悬浮物增加。油田污水中硫化物含量应小于2.0mg/l。侵蚀性二氧化碳=0，稳定侵蚀性二氧化碳含量>0，可溶解CaCO3垢，但对设施有腐蚀\n<0，有碳酸盐沉淀析出pH控制在70.5为宜。铁当水中含有亚铁离子时，铁细菌可将其转化为三价铁离子，生成氢氧化铁沉淀，水中含有硫化物（H2S）时,生成FeS沉淀，使水中悬浮物增加。第四节油田水中的杂质一、原水杂质分类按油田污水处理的观点，原水中的细小杂质分为五大类。1、悬浮固体颗粒直径范围1～100m，此部分杂质主要包括：泥沙：0.05～4mm的粘土、4～60mm的粉砂、大于60mm的细砂；各种腐蚀产物及垢：Fe2O3、CaO、MgO、FeS、CaSO4、CaCo3等；细菌：硫酸盐还原菌（SRB）5～10mm，腐生菌（TGB）10～30mm；有机物：胶质、沥青质和石蜡等重质油类。2、胶体粒径为110－3～1m，主要由泥砂、腐蚀结垢产物和微细有机物构成，物质组成与悬浮固体基本相似。3、分散油与浮油原水中一般约有1000mg/l的原油，偶尔有2000～1000mg/l的峰值含油量，其中90％左右为10～100mm的分散油和大于100mm的浮油。4、乳化油原水中有10％左右的（110－3～10m）的乳化油。5、溶解物质在污水中处于溶解状态的低分子及离子物质。主要包括：溶解在水中的无机盐类基本上以阳离子和阴离子的形式存在，粒径在110－3m以下，如Ca2＋、Mg2＋、K＋、Na+、Fe2＋、Cl－、HCO3－、CO32－等，还包括环烷酸类等有机溶解物。溶解的气如溶解氧、二氧化碳、硫化氢、烃类气体等，粒径一般为（3～5）10－4m二、原水杂质分析在水处理过程中，主要是从堵塞和腐蚀的角度来考察重要的水中的离子及其物理性质。还要计算总溶解固体量（TDS）：离子浓度总和测试余氯含量（杀菌剂）或水质处理化学药剂含量：监控其在系统中的效能。总体上讲，油田污水是一种含有固体杂质、液体杂质、溶解气体以及溶解盐类等较复杂的多相体系。1、阳离子（1）钙油田盐水的主要成分，含量高达30000mg/L,能很快与碳酸根或硫酸根离子结合，沉淀生成附着的垢或悬浮固体，是造成地层堵塞的主要原因。（2）镁镁离子浓度比钙离子低得多。能形成碳酸镁（MgCO3）垢。纯的碳酸镁很难获得，溶解度是碳酸钙的50倍，在Ca-Mg碳酸盐垢的混合物中，只有极少量的MgCO3。（3）钠油田水中的主要成分，通常不会引起什么问题。（4）铁地层水中天然铁含量很低。其存在标志着有金属腐蚀。存在形式：溶液中以离子形式存在（高铁（Fe3＋）或低铁（Fe2＋））作为沉淀出来的铁化合物悬浮在水中（5）钡与硫酸根离子结合生成及其难溶的BaSO4。（6）锶与钡和钙一样，能与SO42-形成难溶的SrSO4。比BaSO4好溶一些，但发现的常常是BaSO4和SrSO4的混合垢。2、阴离子（1）氯根主要来源是NaCl，Cl-是个稳定成分，其浓度用作水中含盐量的度量。Cl-浓度高更容易引起腐蚀。（2）CO32-和HCO3-能够生成不溶解的垢。CO32-浓度表示的碱度称为酚酞碱度，HCO3-浓度表示的碱度称为甲基橙碱度。（3）SO42-与钙、钡或锶反应生成不溶解的垢，也是硫酸盐还原菌的“食物”。3、其它性质（1）pH值碳酸钙和铁的化合物的溶解度很大程度上取决于pH值。大多数油田水的pH值在4～8之间pH值越高，结垢趋势越大；若pH值较低，则结垢趋势减小，但其腐蚀性增大。pH值的测定：可采用高压pH值电极进行在线测试。（2）悬浮固体a、含量用膜过滤器过滤出的固体数量来衡量水中固体悬浮物含量。常用滤膜孔径为0.45的过滤器来测定。b、颗粒大小的分布可用于过滤器性能的监测。c、颗粒形状通过光学或扫描电镜测定，通常与颗粒大小分布结合使用。d、悬浮固体的化学组分对化学组分的测定，可以确定其起因（腐蚀产物、垢的颗粒、地层砂等），对清除堵塞的设计很重要。（3）浊度水“混浊”程度的一个度量，反映注水过程中地层堵塞的可能性。意味着水中含有不溶物质，如分散油或气泡。通常用测定浊度来监视过滤器的性能。（4）总溶解固体量（TDS，总矿化度）已知体积的水中所溶解物质的总量总矿化度高对抑制油层粘土膨胀有利，但易结垢，更易引起腐蚀。对水中溶解氧含量敏感。测定方法：通过水分析报告给出的阳离子、阴离子的浓度总数计算，或是通过将蒸发的水样进行干燥后称重残余物测定。（5）温度水温度影响结垢趋势、pH值、气体在水中的溶解度。水温过低原水不易处理，水温增高，腐蚀加剧.水的相对密度也是温度的函数。\n（6）相对密度相对密度的大小是水中溶解的固体总量的直接标志。由于实际水中含有溶解的固体，因而相对密度＞1。（7）溶解氧影响水的腐蚀性；若水中存在溶解的铁，会与氧形成铁的氧化物沉淀，造成堵塞；助长需氧细菌的生长（8）溶解的CO2影响水的pH值、腐蚀率、碳酸钙结垢的程度。（9）硫化物（H2S）水中存在H2S会增加水的腐蚀性。自然存在于水中或由硫酸盐还原菌（SRB）产生。（10）细菌总数细菌存在引起腐蚀、地层堵塞。测定和监视硫酸盐还原菌（SRB）的数目，还要测定粘泥生成菌（TGB）及细菌总数。（11）油含量水中含油会降低注水效率，表现为在油层中产生“乳状块”是一些固体如硫化铁的极好粘结剂，加重堵塞。第二章油田污水处理工艺第一节工艺流程简介一、重力式流程自然（或斜板）除油—混凝沉降—压力（或重力）过滤流程。重力式流程在20世纪七八十年代国内各陆上油田较普遍采用。1、该流程处理过程脱水转油站来的原水，经自然收油初步沉降后，加入混凝剂进行混凝沉降，再经过缓冲、提升、进行压力过滤，滤后水加杀菌剂，得到合格的净化水，外输用于回注。滤罐反冲洗排水用回收水泵均匀地加入原水中再进行处理。回收的油送回原油集输系统或者用作原料。2、流程特点处理效果良好。对原水含油量、水量变化波动适应性强自然除油回收油品好投加净化剂混凝沉降后净化效果好若处理规模较大时：压力滤罐数量较多、操作量大处理工艺自动化程度稍低当对净化水质要求较低，且处理规模较大时，可采用重力式单阀滤罐提高处理能力。二、压力式流程旋流（或立式除油罐）除油—聚结分离—压力沉降—压力过滤流程。压力式流程是20世纪80年代后期和90年代初发展起来的。它加强了流程前段除油和后段过滤净化。1、流程处理过程脱水站来的原水，若压力较高，可进旋流除油器；若压力适中，可进接收罐除油，为提高沉降净化效果，在压力沉降之前增加一级聚结（亦称粗粒化），使油珠粒径变大，易于沉降分离。或采用旋流除油后直接进入压力沉降。根据对净化水质的要求，可设置一级过滤和二级过滤净化。2、流程特点处理净化效率较高，效果良好，污水在处理流程内停留时间较短旋流除油装置可高效去除水含油，聚结分离使原水中微细油珠聚结变大，缩短分离时间，提高处理效率。适应水质、水量波动能力稍低于重力式流程流程系统机械化、自动化水平稍高于重力式流程，现场预制工作量大大降低可充分利用原水来水水压，减少系统二次提升。三、浮选式流程接收（溶气浮选）除油—射流浮选或诱导浮选—过滤、精滤流程。浮选式流程主要是借鉴20世纪80年代末、90年代初从国外引进污水处理技术的基础上，结合国内各油田生产实际需要发展起来的。1、流程处理过程流程首端采用溶气气浮，再用诱导气浮或射流气浮取代混凝沉降设施，后端根据净化水回注要求，可设一级过滤和精细过滤装置。2、流程特点处理效率高；设备组装化、自动化程度高，现场预制工作量小；广泛用于海上采油平台；陆上油田，尤其是稠油污水处理中有较多应用。流程动力消耗大，维护工作量稍大。四、开式生化处理流程隔油—浮选—生化降解—沉降—吸附过滤流程。该流程适用条件：针对部分油田污水采出量较大，但回用量不够大，必须处理达标外排而设计的。1、流程处理过程原水经过平流隔油池除油沉降，再经过溶气气浮池净化，然后进入曝气池、一级、二级生物降解池和沉降池，最后提升经砂滤或吸附过滤达标外排。2、流程净化效果一般情况，经过开式生物处理流程净化，排放水质可以达到《污水综合排放标准》GB8978—1996要求。应注意的是：少部分油田污水水温过高，若直接外排，将引起受纳水体生态平衡的破坏—排放前淋水降温；少部分矿化度高的油田污水，进行除盐软化，降低含盐量，以免引起受纳水体盐碱化。第二节除油一、自然除油1、基本原理物理法除油，根据油水密度不同，达到油水分离。该种方法：忽略了进出配水口水流的不均匀性忽略油珠颗粒上浮中的絮凝等因素的影响，认为油珠颗粒是在理想状态下进行重力分离a、假定过水断面上各点的水流速度相等，且油珠颗粒上浮时的水平分速度等于水流速度；b、油珠颗粒以等速上浮；c、油珠颗粒上浮到水面即被去除。含油污水在重力分离池中的分离效率（除油效率）为：\n式中：E—油珠颗粒的分离效率；u—油珠颗粒上浮速度；Q/A—面负荷率；Q—处理流量；A—除油设备水平工作面积。表面负荷率Q/A是一个重要参数。当Q一定时，加大表面积A，可以减小油珠颗粒上浮速度u，意味着更小直径的油珠颗粒被分离出来，从而提高除油效率或增加设备的处理能力。Stokes公式式中：u－颗粒的浮升速度，m/s；w、o－分别表示颗粒及水的密度，kg/m3；g－重力加速度，m/s2；－污水的粘度，Pa﹒s；d－颗粒的粒径，m。Stokes公式说明的问题（1）颗粒与水的密度差（w-o）愈大，它的浮升速度愈大，成正比关系。当w>o时，u>0，颗粒上浮；当w20m的颗粒。2、装置结构自然除油设施一般兼有调储功能，油水分离效率不够高，通常工艺结构采用下向流设置。二、斜板（管）除油斜板（管）除油是目前最常用的高效除油方法之一，是一种物理法除油。1、基本原理斜板（管）除油基本原理是“浅层沉淀”，又称“浅池理论”。若将水深为H的除油设备分隔为n个水深为H/n的分离池，当分离池长度为原除油区长度的1／n时，处理水量与原分离区相同，且分离效果完全相同。为便于浮升到斜板（管）上部油珠的流动和排除，把浅的分离池倾斜一定角度（一般为45°～60°）。除油效率：假设除油设备高度为H，油珠颗粒分离时间为t，则表面负荷率表示为Q/A＝H/t，则分离效率为公式表明：重力分离除油设备的除油效率是分离高度的函数。H减小，E增大。2、斜板除油装置立式和平流式两种，油田上常用的是立式斜板除油罐和平流式斜板除油罐。（1）立式斜板除油罐结构形式与普通立式除油罐基本相同，主要区别是在普通除油罐中心反应筒外的分离区一定部位加设了斜板组。对斜板材质要求：在污水中长期浸泡不软化、不变形、耐油、耐腐蚀。工作过程：含油污水从中心反应筒出来，在上部分离区进行初步的重力分离，较大油珠颗粒分离出来。污水通过斜板区进一步分离分离后的污水在下部集水区流入集水管，汇集后由中心柱管上部流出。斜板区分离出的油珠颗粒上浮至水面，进入集油槽后由出油管排出到收油装置。常用的斜板规格立式斜板除油罐的主要设计参数：斜板间距80～100mm斜板倾角45°～60°斜板水平投影负荷1.5×10－4～2.0×10－4m3/(s﹒m2)其它设计数据与普通除油罐基本相同。\n实践证明：在除油效率相同条件下，与普通立式除油罐相比，同样大小的斜板除油罐的除油处理能力可提高1.0～1.5倍。（2）平流式斜板隔油池平流式斜板隔油池是在普通的隔油池中加设斜板构成。一般是由钢筋混凝土做成池体，池中波纹斜板大多呈45°安装。隔油池原理：隔油池是用自然上浮法分离、去除含油废水中可浮油的处理筑物。构造：废水从池的一端流入池内，从另一端流出。在流经隔油池的过程中，由于流速降低，密度小于1.0而粒径较大的油类杂质得以上浮到水面上，密度大于1.0的杂质则沉于池底。在出水一侧的水面上设集油管。工作过程：进入的含油污水通过配水堰、布水栅后均匀而缓慢地从上而下经过斜板区，油水泥在斜板中分离。油珠颗粒沿斜板组的上层板下，向上浮升滑出斜板到水面，通过活动集油管槽收集到污油罐再送去脱水；泥砂沿斜板组下层斜板面滑向集泥区落到池底，定时排除；分离后的水，从下部分离区进入折向上部的出水槽，然后排出或送去进一步处理，而由于高程布置的原因，污水进入下一步处理工序，往往需要用泵进行提升。三、粗粒化（聚结）除油粗粒化：含油污水流经装有填充物（粗粒化材料）的装置后，使油珠由小变大的过程。这样，更容易用重力分离法将油除去。粗粒化处理的对象：水中的分散油。2、粗粒化的机理有两种观点：润湿聚结；碰撞聚结润湿聚结理论建立在“亲油性”粗粒化材料的基础上。当含油污水流经亲油性材料组成的粗粒化床时，分散油珠在材料表面润湿吸附，材料表面几乎全被油包住，再流来的油珠更容易润湿附着在上面，油珠不断聚结扩大并形成油膜，在浮力和反向水流冲击作用下，油膜开始脱落，在水相中仍形成油珠，但比聚结前的油珠粒径大，从而达到粗粒化的目的。具有该种特性的聚结材料：聚丙烯塑料球，无烟煤等碰撞聚结理论建立在疏油材料基础上。由粒状的或纤维状的粗粒化材料组成的粗粒化床，其空隙均构成互相连续的通道，如无数根直径很小交错的微管。当含油污水流经该床时，由于粗粒化材料是疏油的，两个或多个油珠有可能同时与管壁碰撞或互相碰撞，其冲量足可以将它们合并为一个较大的油珠，达到粗粒化目的。具有该种特性的聚结材料：蛇纹石，陶粒等。需澄清的问题无论是亲油的或是疏油的材料，两种聚结同时存在。亲油材料以“润湿聚结”为主，也有碰撞聚结。原因是污水流经粗粒化床，油滴之间也存在碰撞。疏油材料以“碰撞聚结”为主，也有润湿聚结。原因是当疏油材料表面沉积油泥时，该材料便有亲油性。无论是亲油性材料还是疏油性材料，只要粒径合适，都有较好的粗粒化效果。3、粗粒化材料（聚结板材）的选择分类：形状：粒状（重复使用）；纤维状（一次性使用）材质：天然的（无烟煤、蛇纹石、石英砂等）人造的（聚丙烯塑料球、陶粒等）选用原则：耐油性好，不能被油溶解或溶胀；具有一定的机械强度，且不易磨损；不易板结，冲洗方便；一般主张用亲油性材料；尽量采用相对密度大于1的材料；粒径3～5mm为宜；货源充足，加工运输方便，价格便宜。目前，国内各油田工业化的粗粒化装置大多是粒状材料。各种材料性能见下表。常用聚结板材的特性：聚丙烯、塑料钢塑料聚结板属润湿聚结范畴；纯聚丙烯板材，当吸油接近饱和时，纤维周围会产生油水界面引起的分子膜状薄油摸，吸油趋于平衡，影响聚结效果；玻璃钢材质吸油时，对油水界面引起的分子膜状薄油模影响较小，吸油功能可保持良好，但板材加工难度大；碳钢、不锈钢聚结板材属碰撞聚结范畴，板材表面经过特殊处理后，亲水性能良好。不锈钢板聚结效果优于碳钢板，其运行寿命大于碳钢板，但不锈钢板造价远高于碳钢。4、粗粒化（聚结）装置单一式一般为立式结构：下部配水，中部装填粗粒化材料上部出水组合式一般为卧式结构：前端为配水部分中部为粗粒化部分中后部为斜板（管）分离部分后部为集水部分聚结分离器采用卧式压力聚结方式与斜板（管）除油装置结合除油。其工艺原理图见图。工作过程：原水进入装置前端，通过多喇叭口均匀布水，水流方式横向流经三组斜交错聚结板，使油珠聚结，悬浮物颗粒增大，然后再横向上移，自斜板组上部均布，经斜板分离，油珠上浮聚集，固体悬浮物下沉集聚排除，净化水由斜板下方横向流入集水腔。\n四、气浮除油1、基本原理气浮：在含油污水中通入空气（或天然气），使水中产生微细气泡，有时还需加入浮选剂或混凝剂，使污水中颗粒为0.25～0.35m的乳化油和分散油或水中悬浮颗粒粘附在气泡上，随气体一起上浮到水面并加以回收，从而达到含油污水除油除悬浮物的目的。具体过程：通入空气→产生微细气泡→SS附着在气泡上→上浮应用：自然沉淀或上浮难于去除的悬浮物，以及比重接近1的固体颗粒。2气浮的理论基础水中颗粒与气泡粘附的条件水、气、固三相混合体系中，不同介质表面因受力不均衡而存在界面张力，气泡与颗粒或絮体一旦接触，由于界面张力存在会产生表面吸附作用。2）润湿周边：三相间的吸附界面构成的交界线。与润湿接触角有关系。3）亲水吸附与疏水吸附泡沫的稳定性(1)不稳定的后果：气泡浮到水面后，水分很快蒸发，泡沫极易破灭，会使已经浮到水面的污染物又脱落回到水中。(2)方法：投加起泡剂（表面活性物质）达到易起气泡的稳定的目的。改变疏水性能向水中投加浮选剂，可以使颗粒由亲水性物质变为疏水性。结合方式（气浮中气泡对絮体和颗粒单体的结合方式）分为：气泡顶托；气泡裹携；气泡吸附3、气浮除油（除悬浮物）装置按气体被引入水中的方式分为两类：溶解气气浮选装置；分散气气浮选装置（1）溶解气气浮选装置溶气气浮原理：使空气在一定的压力作用下，溶解于水并到达过饱和状态，再减至常压释放，气体便以微小气泡的形式逸出。A、容器真空气浮常压空气溶于水，负压析出。特点：整个气浮池在负压下操作，空气溶解容易，动力设备和电能消耗少。缺点：所有设备均要密封在气浮池内，构造复杂，生产中使用不多。B、加压溶气气浮工作原理：在加压条件下，使空气溶于水，形成空气过饱和状态。然后减至常压，使空气析出，以微小气泡释放于水中，实现气浮，此法形成气泡小，约20～100μm，处理效果好，应用广泛。其气浮工艺有三种形式：全溶气法电耗高，但气浮池溶积小。部分溶气法(应用比较广泛)省电，溶气罐小。但若溶解空气多，需加大压力回流加压溶气法适用于SS高的原水，但气浮池容积大。组成：空气饱和设备、空气释放器、气浮池加压溶气气浮法的特点：加压条件下，空气的溶解度大，能提供足够的微气泡，确保气浮效果。减压释放，产生气泡不仅微细（20-100µm），粒径均匀，密集度大，而且上浮稳定，对液体扰动小。特别适合于疏松絮凝体，细小颗粒的固液分离。工艺设备和流程较为简单，便于管理维护。对回流加压，处理效果显著、稳定，节约能耗。溶解气气浮选装置工艺过程使气体在压力状态下溶于水中，再将溶气水引入浮选器首端或底部均匀配出，待压力降低后，溶入水中的气体便释放出来，使被处理水中的油珠和悬浮物吸附到气泡上，上浮聚集被去除。（2）分散气浮选装置A、旋转型浮选装置机械转子旋转，在气液界面上产生液体漩涡，漩涡气液界面随着转速升高，可扩展到分离室底部以上。在漩涡中心的气腔中，压力低于大气压，引起分离室上部气相空间的蒸气下移，通过转子与水相混合，形成气水混合体。在转子的旋转推动下向周边扩散，形成与油、悬浮物混合、碰撞、吸附、聚集、上浮被去除的循环过程。大多数旋转式分散气浮选装置设有四个浮选单元室。含油污水依次流经四个浮选单元室，水中含油和悬浮物逐级被去除净化。B、喷射型浮选装置该装置每个浮选单元均设置一个喷射器，利用泵将净化水打入浮选单元的喷射器，喷射器内的喷嘴局部产生低气压，引起气浮单元上部气相空间的气体流向喷射器喷嘴，气、水在喷嘴出口后的扩散段充分混合，射流进入浮选单元中下部，与被处理的污水混合，形成油、悬浮物比B型能耗高，气耗大。五、旋流除油1、基本原理利用油水密度差，在液流调整旋转时受到不等离心力的作用而实现油水分离。2、旋流除油装置—水力旋流器工作过程：\n含油污水切向或螺旋向进入圆筒涡旋段，并沿旋流管轴向螺旋态流动，在同心缩径段，由于圆锥截面的收缩，使流体增速，并促使已形成的螺旋流态向前流动，由于油水的密度差，水沿着管壁旋流，油珠移向中心，流体进入细锥段，截面不断收缩，流速继续增大，小油珠继续移到中心汇成油芯。流体进入平行尾段，由于流体恒速流动，对上段产生一定的回压，使低压油芯向溢流口排出。水力旋流器分离效率的影响因素：离心力和介质阻力离心力：油旋流管中心向器壁辐射的力。球形液滴所受的离心力为：按斯托克斯公式求得的介质阻力为：忽略重力不计，当离心力与介质阻力相等时，油滴的径向速度为：油滴在重力场内的浮升速度：分离因数Kc，是离心加速度与重力加速度的比值。统计计算表明：水力旋流器的分离因数在500～2000之间。油滴直径流量随着流量的增加，离心力也相应增加。对特定的旋流器，在保证分离效率的前提下，存在最大流量和最小流量的工作范围。流量过小，离心力不足，影响油滴聚集；流量过大，油芯容易不稳定。进出口压差过大，对油滴产生剪切作用。例如：一根直径35mm的旋流管，最佳流量范围100～200m3/d。密度两种液体的密度差越大，旋流产生的离心力越大，分离效率越高。3、对旋流除油的要求应产生非常强烈的旋流，使分散相有足够的径向迁移；旋流器直径要小，并有足够大的长径比；油芯附近的液流层必须稳定，避免油水两相重混；旋流器应具有很小的圆锥角，导流口能使液流产生好的旋转，且旋转轴与旋转器几何轴线重合。第三节混凝沉降一、基本概念混凝：水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程称为混凝，是凝聚和絮凝的总称。凝聚过程：水中胶体失去稳定性的过程，即脱稳。混凝絮凝过程：脱稳胶体中粒子及微小悬浮物聚集过程。混凝过程涉及：①水中胶体的性质；②混凝剂在水中的水解；③胶体与混凝剂的相互作用。二、水中胶体的稳定性1、概念胶体稳定性：是指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。2、胶体稳定性分类动力学稳定性：无规则的布朗运动强，对抗重力影响的能力强。聚集稳定性：①胶体带电相斥（憎水性胶体）；②水化膜的阻碍（亲水性胶体）在动力学稳定性和聚集稳定两者之中，聚集稳定性对胶体稳定性的影响起关键作用。胶体颗粒双电层结构滑动面上的电位：称为电位，决定了憎水胶体的聚集稳定性；也决定亲水胶体的水化膜的阻碍，当ξ电位降低时，水化膜减薄及至消失。3、DLVO理论胶体颗粒之间的相互作用决定于排斥能与吸引能，分别由静电斥力与范德华引力产生。胶体颗粒的相互作用势能与距离之间的关系，见图2。当胶体距离xoc时，吸引势能占优势；当oa7时最易生成垢。H2SH2S与铁反应生成腐蚀产物—硫化铁，其溶解度极小，通常形成薄薄一层附着紧密的垢。所谓“黑水”就是悬浮的硫化铁。氧铁与氧结合能形成许多化合物。其中，Fe(OH)2、Fe(OH)3和Fe2O3是常见的铁垢。“红水”是由水中含有的氧与铁作用的产物—氧化铁的悬浮颗粒形成的三、结垢原因1、不相容论各种水单独使用时，在系统条件下稳定且不结垢。混合使用后，溶解在各种水中的离子之间发生反应，可能生成不溶解的产物—垢。显然，把两种或多种不相容的地面水混合注入地层是不合理的。2、热力学条件变化论\n在油田生产过程中，当压力、温度、pH值、流速以及溶解离子含量发生变化时，会增加结垢趋势。3、吸附论结垢分为三个阶段：垢的析出，垢的长大，垢的沉积。垢具有晶体结构，设备、管线具有粗糙表面时，成垢离子会吸附在表面上，并以其为结晶中心，不断长大，沉积成致密的垢。也可以把腐蚀产物、细菌作为结晶中心形成垢。四、垢的鉴别下列方法可初步判断垢的组成。1、判断方法一把垢样浸于有机溶液中，溶去有机烃类物质，若溶剂颜色变深，说明其中含有机质。2、判断方法二检查垢样是否带有磁性，若有磁性且磁性较强，表明含有Fe2O3。3、判断方法三把垢样放入15％的盐酸中，若发生强烈反应，并有臭鸡蛋气味放出，表明含有大量FeS；若放出的气体无味，表明垢样中以CaCO3为主；若酸液颜色变黄，表明垢样中含有铁的氧化物。4、判断方法四若垢样不与15％的盐酸溶液反应，则表明含有CaCO3、SrSO4、BaSO4。5、判断方法五若垢样溶于水，表明垢样以NaCl为主。五、防垢1、避免混合不相容的水注入两种不相容的水，要消除不相容问题，有两种做法：分开系统两种水通过各自的注入系统进入不同的井组。连续注入两种水分别处于两套储罐，交替注入。在注入管线中的混合区很小，产生的沉积体积不足以导致注入井堵塞。2、水的稀释通常会结垢的注入水可以用另外一种水稀释，形成在水系统条件下稳定的水。3、控制pH值降低pH值会增加铁化合物和碳酸盐的溶解度，但会使水的腐蚀性变大而出现腐蚀问题。pH值对硫酸盐垢的溶解度影响很小。这并不是广泛用来控制垢的方法。只有在稍微改变pH值即可防止结垢时才有实用意义。必须精确控制pH值，而这在油田生产中往往是困难的。4、去除结垢组分清除溶解在水中的气体采用化学和（或）机械方法把水中的溶解气如H2S、CO2和O2除去，避免生成不溶的铁化合物（硫化物、氧化物）。若仅仅从水中除去CO2，会使结垢更为严重。适宜的做法：把pH值降得足够低，使所有的CO32－和HCO3－转变成CO2，这样除去CO2就可防止碳酸钙垢生成。软化方法离子交换法Ca2＋、Mg2＋沉淀软化法SO42－、HCO3－蒸馏法上述几种方法很少用于防止注入水结垢。采用上述方法软化油田水，中心问题是处理量极大，耗资过大。5、化学防垢（1）化学防垢机理分散作用低分子量的聚合物一般具有较高的电荷密度，可产生离子间斥力；共聚物还具有表面活性功能，在水溶液中把胶体颗粒包围，呈稳定状态。胶体颗粒的核心也包括CaCO3、CaSO4等晶体，因此起到防垢的作用。螯合和络合作用防垢剂把形成沉淀的金属离子（Ca2+、Mg2+、Ba2+）变成可溶性的螯合离子或络合离子，抑制金属离子和阴离子CO32-、SO42-）结合生成沉淀。如ATMP和EDTA就属于此类防垢剂。絮凝作用阻垢剂把水中含有的CaCO3及CaSO4晶核的胶体颗粒吸附在高分子聚合物的长链上，结合成矾花悬浮在水中，发挥阻垢作用。如聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠等。晶体变形作用在形成晶体垢的过程中，有机高分子聚合物进入晶体结构，破坏晶体的正常生长，使晶体发生畸变，改变原来的规则结构，晶体不再继续增大，从而防止或减轻结垢。（2）油田常用防垢剂防垢剂的作用：延缓、减少或抑制结垢。绝大多数常用的防垢剂的作用是防止垢晶体的增长，即\n防垢剂必须在水中垢的细小结晶刚从水中形成时就起作用。无机磷酸盐磷酸三钠（Na3PO4）、焦磷酸四钠（Na4P2O7）、六偏磷酸钠（(NaPO3)6）、三聚磷酸钠（Na5P3O10）。药剂价格低，防CaCO3垢较有效。易于水解产生正磷酸盐，与钙离子反应生成不溶解的磷酸钙；随水温的升高，水解速度加快。最高使用温度为80℃。有机磷酸及其盐氨基三甲叉膦酸（ATMP）、乙二胺四甲叉膦酸（EDTMP）、羟基乙叉二磷酸钠（HEDP）。不易水解投加量较低有较好的防垢效果与其它污水处理药剂配伍性较好使用温度高达100℃以上聚合物聚丙烯酸（PAA）、聚丙烯酰胺（PMA）、聚马来酸酐（HPMA）等。HPMA防止CaSO4、BaSO4垢效果好。复配型复合物几种作用不同的单剂按一定比例混合，只要相互间不发生反应，无抵消作用，且发挥各自特点，都可复配成复合物使用。（3）阻垢剂的选择与评价阻垢剂的评价采用实验室的试验测定相对效果，用阻垢率P来表示。阻垢剂的选择阻垢剂的选择要考虑以下因素：若已选取了有效的防垢剂，则必须保证两条准则：（a）在水中垢晶刚刚形成时，添加的防垢剂必须能最有效地阻止垢晶进一步增长—防垢剂必须投加于产生问题部位的上游。（b）防垢剂必须连续投加于水中，这样才能防止从水中沉淀的垢晶增长。注意：无论是连续注入防垢剂，还是“间歇式处理”方法，均应保证对系统连续投加防垢剂第三节杀菌剂一、污水处理系统中常见的细菌及其危害1、硫酸盐还原菌（SRB）还原菌厌氧条件下将硫酸盐还原成硫化物的细菌。生长繁殖环境pH值范围：5.5～9.0，最适宜pH值为6.5～7.5；温度：中温型—20～40℃，高于45℃停止生长。高温型—55～60℃。生存部位：污水管线的滞留点（弯头、阀门、垢下）、污水罐罐壁及底部、过滤器滤料中SRB的危害腐蚀污水管线及处理设备（硫酸盐还原菌在厌氧条件下将水中的硫酸盐还原成硫化氢）；腐蚀产物硫化亚铁（FeS）使水质变差，增加污水处理难度SRB及FeS随水注入地层，引起地层堵塞。SRB腐蚀机理用系列反应式表示：2、粘泥生成菌（腐生菌TGB）粘泥生成菌在有氧条件下，能形成粘膜的细菌，习惯称为腐生菌。生存环境主要存在于：低矿化度的污水处理系统；含油污水与清水混注系统（清水含溶解氧，含油污水含有机化合物，混合后矿化度降低，温度25～35℃，具有粘泥生成菌生长繁殖的适宜环境条件）。危害形成肉眼可见的菌膜和悬浮物，堵塞污水管线、水处理设备和地层。二、杀菌剂种类和杀菌机理1、杀菌剂种类无机杀菌剂：氯，次氯酸钠，臭氧按杀菌剂的化学成分有机杀菌剂：戊二醛，季铵盐有机氯类，二硫氰基甲烷按杀菌机理：氧化性杀菌剂，非氧化性杀菌剂氧化性杀菌剂氯、臭氧等均为强氧化剂，通过强氧化作用破坏细菌细胞结构，或氧化细胞结构中的一些活性基团杀菌。非氧化性杀菌剂（如季铵盐）降低表面张力，选择性地吸附在菌体上，在细胞表面形成一层高浓度的离子团，直接影响细胞膜的正常功能。三、杀菌剂的选择与投加1、杀菌剂的选择\n根据不同的水质、细菌的种类，特别是pH值。当pH值较高时，不宜用氯气等氧化性杀菌剂，而季铵盐类杀菌剂pH值越高越好。当水中含有Fe2＋和H2S时，不宜使用氧化性杀菌剂，否则不仅会增加氧化性杀菌剂用量，而且影响污水处理的水质。与其它水处理剂配伍，不能发生反应相互抵消其效果。具有良好的溶解性，加入后不影响水质加入后，不能增加水中的胶体颗粒数，能均匀溶解水中，且清澈透明。同一污水处理系统应间隔选用不同种类的杀菌剂，以免细菌产生抗药性高效低毒，易降解，无环境污染。2、杀菌剂的投加投加方法连续投加：控制细菌数量的增加间歇冲击投加：大剂量投加杀灭大量细菌两者结合加药点一般设在污水处理系统的远端，如进站来水处（除油罐前）。为确保注水水质，一般在污水处理的滤后或注水泵进口设加药点。加药量连续式投加：开始浓度较高，细菌数量控制下来后，采用相对较低的加药浓度。有效浓度由室内评价和现场细菌分析确定。间歇冲击投加：定期使用较高浓度的杀菌剂通过污水处理系统灭菌。加药周期、加药量、加药时间，根据室内评价和现场细菌分析而定，通过现场实践进行调整。细菌数量监控污水处理系统加入杀菌剂后，要定期取样，按常规方法进行细菌计数，随时调整加药方式和加药浓度，确保杀菌剂杀菌效果。第四节混凝剂一、混凝剂的定义、性能混凝剂定义能使水中固体悬浮物形成絮凝物而下沉的物质。混凝剂的性能中和固体悬浮颗粒表面负电荷——凝聚剂使失去负电荷的固体悬浮颗粒迅速聚结下沉——絮凝剂1、絮凝剂主要是有机非离子型和阴离子型的水溶性聚合物，如聚丙烯酰胺、聚乙二醇、羧甲基淀粉、羧乙基淀粉、羧乙基纤维素等。絮凝剂具有巨大的线性分子结构，每个分子上有多个链结，通过吸附作用桥接在水中固体颗粒表面，使其聚结下沉2、凝聚剂羟基铝无机阳离子聚合物羟基铁羟基锆性能：适应的pH值范围广，形成矾花大，形成速度快，沉降快，投量少，净化效果好，且不受水温影响。铁盐：三氯化铁，硫酸亚铁等无机盐凝聚剂铝盐：三氯化铝，硫酸铝，钾明矾等铁盐性能：适应的pH值范围广，形成矾花大、比重大，沉降快，且不受水温影响，净化效果好。铝盐性能：形成的矾花小、比重轻、沉降慢，适应的pH值范围小。二、混凝净化应注意的问题1、最佳投药浓度在实验室进行筛选评价实验，找出最佳浓度。2、加药顺序先加凝聚剂，解除固体悬浮颗粒表面的负电荷，再加絮凝剂。当絮凝剂是有机阴离子型聚合物时，更应注意。有机阳离子型聚合物兼有凝聚剂和絮凝剂的双重作用，可单独作为混凝剂。随着污水处理剂的不断更新发展，现场多用复合型混凝剂或无机高分子混凝剂，既起凝聚作用，又起絮凝作用第五节除氧剂一、除氧剂作用机理油田常用的除氧剂多为亚硫酸盐。除氧机理利用水中的溶解氧，把SO32－氧化成SO42－，把溶解氧除去。除氧反应的影响因素pH值：越高，反应越快催化剂（镍盐和钴盐）：加快除氧剂与溶解氧的反应速度使用氧化剂前，应注意的问题1、亚硫酸盐除氧剂具有强腐蚀性和毒性，除氧剂的储运和投加过程必须采用相应的安全措施，采用防腐储罐和耐腐蚀加药泵；2、亚硫酸盐除氧剂增加了系统中的SO42－，使硫酸盐结垢的趋势增加，应采用或加强相应的防垢措施；3、加药前要进行配伍性实验；投加时，应把除氧剂的加药点同与其配伍性差的水处理剂的加药点设置在不同位置，尽量提高除氧效果；4、污水处理系统中溶解氧含量随季节或混入的清水含量而变化。加除氧剂前要检测污水溶解氧含量，根据化学反应式求出理论加药量，加上富余量就是实际投加量。二、油田污水处理系统常用除氧剂1、二氧化硫（SO2）供应方式在具有压力的钢瓶里，以液化气形式提供给现场。用量；每除掉1份溶解氧需要4份二氧化硫。主要特点；优点：价格低缺点：需要特殊的气体处理设备，需分别加入催化剂。\n作用大大加快亚硫酸盐与除氧剂的反应速度。有效的催化剂比较有效的催化剂是二价金属离子，如铜（Cu2＋）、钴（Co2＋）、锰（Mn2＋）、镍（Ni2＋）等。其中，钴（Co2＋）是最有效的催化剂，最常用于油田污水处理系统中。除氧催化剂的使用可直接加入到除氧剂中，也可加到除氧剂加药点的上游。第四章油田污水腐蚀与防护油田污水中金属腐蚀的影响因素石油地面工程的防腐蚀方法一、油田污水中金属腐蚀的影响因素影响因素很多，概括起来分为：化学因素，物理因素，生物因素。1、pH值污水的pH值对金属腐蚀腐蚀的影响速度的影响，取决于该金属的氧化物在水中的溶解度对pH值的依赖关系。2、阴离子金属的腐蚀速度与水中阴离子的种类有密切关系。增腐排序：NO3－