低含油污水處理旋流氣浮一體化技術(shù)
油田鉆井液處理是油田開發(fā)和生產(chǎn)中的重要問題。自1990年以來，西方知名的石油公司和水處理設(shè)備制造商開發(fā)了新型高效的加壓水處理技術(shù)和設(shè)備。最驚人的發(fā)現(xiàn)之一是低強度離心力場與懸浮液分離，效果很好，并且提供了緊湊型的懸浮液?；诘蛷姸入x心力場和空氣浮選的一般原理，提出了一種緊湊的氣泡法去除懸浮物裝置。該機具有成本低，效率高，操作方便，適應(yīng)性強等特殊附加動力。同時，與傳統(tǒng)的空氣浮選裝置相比，CFU的尺寸和質(zhì)量也更小，使用壽命更短。與傳統(tǒng)的分離技術(shù)相比，CFU成本低，但具有高生產(chǎn)率和高性能的特點。
一、緊湊型氣浮裝置介紹
國內(nèi)外油田的發(fā)展經(jīng)歷了增產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、油井見水產(chǎn)量遞減三個階段。我國東部的大多數(shù)主要油田都進(jìn)入了高含水率或嚴(yán)重含水率的時期。原油的總含水率超過90％，某些油田達(dá)到98％。油田的發(fā)展從“采油”轉(zhuǎn)變?yōu)椤叭∷薄５孛嫣幚硐到y(tǒng)在中低水位切斷期使用生產(chǎn)設(shè)施，在高水位中斷期間不能滿足流體產(chǎn)量和水基處理要求的快速增長。當(dāng)前油田的發(fā)展主要包括以下方面：第一，集水和污水處理系統(tǒng)的處理能力嚴(yán)重不足，超負(fù)荷處理導(dǎo)致處理效率低下；第二，必須擴(kuò)大現(xiàn)有設(shè)施，改造項目規(guī)模和投資成本非常大，目前的改造過程非常困難；第三，能源消耗和成本增加。在油田低缺水發(fā)展階段建造的大多數(shù)聯(lián)合站都采用兩步脫水過程，而礦井則需要將所有液體輸送到聯(lián)合工廠進(jìn)行長距離加熱和脫水，并且大部分的熱能被消耗在加熱和加熱廢水中。對于輸入液體量為1700×104m3/a，且總水分含量為95％的聯(lián)合工廠，加熱爐的燃料消耗將超過1.45×104噸每年，廢水吸收的熱能約為1.45×104t/a。污水應(yīng)重新排入注水站，這將增加污水處理的成本，減少后續(xù)泵提升的能耗，并增加運行管理和維護(hù)成本。另外，隨著水含量的增加，從井排出的液體的溫度降低，并且熱量和化學(xué)添加劑的消耗增加。
從外觀上看，CFU是一種圓柱形容器，主要由圓柱形容器、圓柱形內(nèi)筒、螺旋導(dǎo)向件、水平盤、油氣缺口和出口、處理后的水出口，沉淀物出口組成。內(nèi)圓柱位于圓柱容器中心的頂部。其目的是提供用于循環(huán)的環(huán)形循環(huán)空間，同時提供用于水、油和氣的通道。它是CFU的主要組成部分。引導(dǎo)排油流的螺旋流的水平盤安裝在圓柱形容器的底部，其主要功能是防止湍流并在圓柱形容器的頂部保持一定量的緩慢流動的油氣。油氣通過儲油罐中的短管排出。處理過的水和沉淀物的出口位于圓柱形容器的底部。沉淀物出口位于圓柱形容器的底部。它可以連續(xù)或間歇地將泥土和沙子排入儲罐，也可以在維護(hù)期間用作排出口。
CFU是基于低強度離心力場和氣旋的通用原理的設(shè)備。在將含油廢水運輸?shù)饺萜髦袝r，油、浮渣等被冷凝并與水分離。CFU的工作原理是在儲罐入口的前面有一個氣液混合器。在將含油廢水排入水箱之前，應(yīng)按原水的約0.1m3/m3的比例注入氮氣。注入氣體的廢水首先進(jìn)入混合器，使氣體均勻地分散在廢水中。含有氣體的污水通過狹縫進(jìn)入水箱，進(jìn)水管逐漸減小，流量增加，液體沿水箱的外壁沿水平方向橫向進(jìn)入水箱，并形成渦旋運動。其中導(dǎo)軌是螺旋形的。此時，離心輪是重力輪的8到10倍。隨著流量增加，流體壓力降低。廢水中的溶解氣體和第一次注入的氮氣變成大氣泡并釋放出來，與小的懸浮顆粒等混合，并一起輸送到循環(huán)中心，并在其水箱的水面上形成一層油和浮渣。處理后的水從轉(zhuǎn)子鰭片和內(nèi)筒之間的通道流到水箱的底部，并通過水平圓形板的防渦流絕緣體從水箱中排出。液體在水箱中停留30秒。為了提高處理效果，在CFU用途中經(jīng)常使用水處理凝結(jié)劑。
二、旋流氣浮一體化技術(shù)應(yīng)用試驗
1.生產(chǎn)水濾器下游
在生產(chǎn)用水過濾罐的下游測試期間，每4小時在CFU入口和第一出口和第二出口處進(jìn)行采樣檢查，共進(jìn)行32次測定，化學(xué)試劑注入濃度為10mg/L。該測試發(fā)現(xiàn)采出水中含有乳化油，該乳化油在水中的百分比較高。在較大范圍的測試過程中，CFU入口也發(fā)現(xiàn)了沙子。沒有測試設(shè)備可以確定體積和含沙量，因此無法確定沙對乳液穩(wěn)定性的影響。由于沙箱和閃蒸器中出水界面的不穩(wěn)定條件，采出水過濾罐下游的水質(zhì)發(fā)生了重大變化，采出水進(jìn)口處的油含量很高，但CFU的性能仍較高除油效果。測試結(jié)果表明，生產(chǎn)過濾罐CFU入口水中的最高油含量變化很大，最高含量達(dá)到3900mg/L，最低含量達(dá)到410mg/L。經(jīng)過兩個階段的CFU處理后，最低的含油量可以在水中處理，最高10mg/L。試驗中，平均除油率為97.5％，最大除油率為99.5％，最低除油率為93.3％。CFU固化效果的圖片，低油含量下的CFU固化效果。進(jìn)水含油量為410mg/L，二級出水含油量為29mg/L，在高含油量，進(jìn)水條件下，二級出水含油量為2500mg/L的CFU處理效果。二級出口水中的油含量為16mg/L。用分離器清潔將增加采出水中油中的沙渣，并增加水中的油含量。洗沙后的CFU工藝觀察還表明，洗沙對CFU的運行影響很小，CFU仍可將水中的油影響含量降低到30mg/L以下，充分證明了CFU的適用性。
2.生產(chǎn)水注水增壓泵下游
與生產(chǎn)過濾罐的下游測試一樣，在采出水增壓泵的下游測試期間，每4小時執(zhí)行一次進(jìn)口和出口一次和二次采樣檢查。監(jiān)測測試過程表明，采出水增壓泵的下游水質(zhì)低于采出水過濾罐的最終水質(zhì)，含量變化范圍較小。然而，由于水離心機和用于注水以產(chǎn)生離心力的輔助泵的剪切力，在用于注水的增壓泵下游的產(chǎn)出水平包含更穩(wěn)定的乳化油。經(jīng)過化學(xué)試劑的各種速度測試后，對CFU處理設(shè)備進(jìn)行了精確調(diào)整。當(dāng)化學(xué)藥劑的注射濃度為5mg/L時，處理效果更好。該藥物破壞了乳狀液的穩(wěn)定性并改善了處理效果，生產(chǎn)注水增壓泵下游水中的油含量相對穩(wěn)定，最大含量為460mg/L，最小含量為380mg/L，平均含量為427mg/L。經(jīng)過兩個階段的CFU處理和化學(xué)注入大量的優(yōu)化，可以將水中的最低除油率加工到90mg/L，最高除油率達(dá)到80％，平均除油率達(dá)到67.2％，顯示出良好的脫油率、除油效果。CFU測試監(jiān)控表明，由于上游工藝條件的影響，F(xiàn)PSO生產(chǎn)中的水質(zhì)差異很大。對兩個測試點的比較表明，上游條件對水處理效果的影響更大，尤其是在注水泵下游的注水點。由于離心機和用于注入離心水的輔助泵的剪切力，水穩(wěn)定的乳化油的小油沙形成使油水分離變得復(fù)雜。
三、試驗結(jié)論
1.由于上游工藝條件，F(xiàn)PSO產(chǎn)生的水質(zhì)發(fā)生了很大變化。與離心機相比，渦旋集成CFU的除油效率更高。在相同條件下，CFU的平均除油效率為97.2％。水中油的去除率為30mg/L。
2.使用內(nèi)置的旋風(fēng)分離器系統(tǒng)來解決所產(chǎn)生的水的問題，從上游附近開始更有效，可以避免泵和其他設(shè)備的剪切力，改善水中油的穩(wěn)定性。
3.在試驗期間，特別是在濾水器生產(chǎn)試驗期間，使用CFU集成式浮式旋風(fēng)分離器顯示出較高的除油效果。此外，它還顯示出在上游工藝變化（例如排沙）過程中的高除油效果。改進(jìn)，具有高穩(wěn)定性和適用性壓縮氣體懸浮液將旋風(fēng)分離技術(shù)與垂直氣流分離技術(shù)有機地結(jié)合在一起，并利用旋風(fēng)分離器的低密度離心力場來增強細(xì)小氣泡與要去除的污染物顆粒的碰撞和附著力，從而增強了傳統(tǒng)的懸浮氣分離工藝。具有液壓保持時間短，安裝面積小，加工效率高等特點。（來源：中油遼河油田分公司曙光采油廠）