一种用于油田回注水除油、除杂的装置和方法

技术领域

本发明属于油田回注水除油除杂技术领域，具体涉及一种用于油田回注水除油、除杂的装置和方法。

背景技术

随着经济迅速发展，科技不断进步，现我国大多数的油田已经步入开采利用的后期，特别是低渗透油田的开发，需要注入大量的水，才能维持较好的渗透压力；对油田进行开采，开采出来的原油中含水率逐年增加，采出水量也随之升高，主要采用除油除悬浮物为主对采出水进行处理。特别是三元复合驱采出水，它的特点是：粘度大、驱油剂含量高、碱度高、矿化度高、颗粒细小、油水沉降分离困难等。

“二级沉淀”+“二级过滤”的传统处理工艺设备处理能力降低，沉降时间过长、出水水质不合格，已不能满足回注水的指标要求；因此必须运用新工艺、新材料，对除油设备加以改进，开发除油能力强的新型除油设备来满足生产需求。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种用于油田回注水除油、除杂的装置和方法，以解决现油田回注水的处理工艺陈旧，使用沉降、气浮、过滤等传统方法，满足不了达标提升的要求。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：用于油田回注水除油、除杂的装置，包括污水沉降罐，与污水沉降罐连接的卧式油水分离器，与卧式油水分离器连接的过滤器，与过滤器连接的臻精油水分离器，与臻精油水分离器连接的精密过滤器；

所述污水沉降罐包括内罐和外罐，所述内罐内设有旋流分离器，所述油田回注水注入旋流分离器分离器分离为水，油和泥浆；

所述卧式油水分离器包括旋液分离器，与旋液分离器排水口连接的粗粒化滤芯分离元件，与粗粒化滤芯分离元件连接的“W”型波纹板聚结器。

本发明更深一步的技术方案，所述污水沉降罐上设有进液管，所述进液管穿过外罐，内罐与旋流分离器连通。

本发明更深一步的技术方案，所述内罐的上端设有连通至外罐外侧的排油管，所述内罐的中部设有连通至外罐内的导水管，所述内罐的底部设有连通至外罐外侧的排泥管，所述外罐上设有连通至外罐外侧的排水管。

本发明更深一步的技术方案，所述旋液分离器与排水管连通，旋液分离器，粗粒化滤芯分离元件和“W”型波纹板聚结器之间均通过管道连通。

本发明更深一步的技术方案，所述过滤器包括一级过滤器和二级过滤器，所述一级过滤器和二级过滤器用于除去水中的悬浮物。

本发明更深一步的技术方案，所述臻精油水分离器包括旋流器，与旋流器排水口连接的一级破乳聚结滤芯分离元件，与一级破乳聚结滤芯连接的二级破乳聚结滤芯分离元件。

本发明更深一步的技术方案，还包括用于存放分离出的油的污油罐，用于存放分离出的泥渣的泥渣池。

本发明还包括一种用于油田回注水除油、除杂装置的方法，

(1)油田回注水站三相分离罐出水通过泵提升至污水沉降罐，污水沉降罐利用旋流技术把三相分离罐出水中的悬浮物、浮油和大颗粒分散油分离，然后通过卧式油水分离器；

(2)卧式油水分离器利用旋流、粗粒化、W形波纹板聚集分离技术把水中的微小分散油聚集长大，从而从水中分离出来，然后通过过滤器；

(3)过滤器将水中的悬浮物、固体颗粒物拦截，使其从水中分离，然后通过臻精油水分离器；

(4)臻精油水分离器利用破乳分离材料的破乳聚集功能使水中乳化油破乳，变成分散油，再通过聚结材料聚集长大，最后从水中分离，然后通过过滤器；

(5)精密过滤器的过滤精度为1微米，保证处理后的水中SS小于5mg/L，中值粒径小于5微米。

本发明更深一步的技术方案，

所述(1)的具体步骤包括：

来自炼油、石化、装置等各种含油污水汇集到污水处理站后，由容积式污水泵直接输入进液管，通过进液管进入安装在中罐内的旋流分离器内，污水在此分离器内进行旋液分离，利用油水的密度差产生离心力场，油和轻相物汇集中间，然后向上进入内罐的上端，并通过排油管进入污油罐；水和固相物往下走分别进入内罐的中部和下部，分离后的水通过导水管进入外罐和内罐之间储存，并通过排水管进入卧式油水分离器，固相物通过排泥管排至泥渣池；

或，所述(2)的具体步骤包括：

含油污水首先由污水输送泵输入卧式油水分离器的旋液分离器内，含油污水在旋液分离器依靠液力流动产生低速旋转，由于油与水有不同密度差而产生的离心力场不同，利用该离心力对含油污水进行预处理；通过粗粒化滤芯分离单元，捕捉到水中15-20微米以上的细小油粒，使其逐渐变大后脱离粗粒化滤芯分离单元；经过“W”型波纹板聚结器，含油污水在“W”型波纹板聚结器中经过曲折的流道后，使液体在实现层流的同时达到均匀布水，同时脱离粗粒化滤芯分离单元的油珠继续碰撞长大，使其从水中分离出来，最终保证出水油含量稳定在50mg/l以下，最后进入过滤器。

本发明更深一步的技术方案，

所述(4)的具体步骤包括：

处理水由输送泵送入臻精油水分离器，液体在一定的压力和速度下进入旋流器中，产生中低速旋转，油与水的不同密度差产生不同的离心力场，而利用离心力对含油污水进行处理，轻相物进入设备上部的储油包，杂质重相物下沉，处理水进入一级破乳聚结滤芯分离单元，和二级破乳聚结滤芯分离单元，一级破乳聚结滤芯和二级破乳聚结滤芯采用的一种亲油憎水/亲水疏油组合纤维编制的多孔破乳膜材料制成的滤芯元件，捕捉打破细小油粒的平衡状态，逃逸的微细油珠颗粒聚集在亲油疏水纤维表面，聚结长大，从而从水中的分离，然后进入精密过滤器。

本发明用于油田回注水除油、除杂的装置和方法的有益之处：

1、采用纯物理方式除油、除杂工艺，无二次固废产生；收到的污油可以回炼或销售，可以抵消设备的投资费用，环保节能。

2、根据污油在含油污水中的不同状态，采用不同的分离技术，分步进行处理，从浮油--分散油--乳化油一级一级处理，得到符合标准的回注水。

3、装置的运行成本较低，耗电量少，无机械传动装置，无易损件，设备的维护成本低；卧式油水分离器的滤芯，只需在线反冲，不需要更换；过滤器滤芯的使用只需定期反冲，使用寿命为3-5年；臻精油水分离器油水分离滤芯使用周期为12-24月。

4、根据现有不同油田回注水实际要求，对油田回注水联合站现有处理老工艺进行升级调整改造，适应现行回注水的油含量、悬浮物含量和中值粒径指标的新要求。

附图说明

图1为本发明实施例的连接结构示意图；

图2为本发明实施例污水沉降罐的内部结构示意图；

图3为本发明实施例卧式油水分离器的内部结构示意图；

图4为本发明实施例臻精油水分离器的内部结构示意图；

部件标号说明：

图中：

污水沉降罐1，内罐11，外罐12，旋流分离器13，进液管14，排油管15，导水管16，排泥管17，排水管18，

卧式油水分离器2，旋液分离器21，粗粒化滤芯分离单元22，“W”型波纹板聚结器23，一级过滤器3，

二级过滤器4，

臻精油水分离器5，旋流器51，一级破乳聚结滤芯分离单元52，二级破乳聚结滤芯分离单元53，

精密过滤器6，

污油罐7，

泥渣池8。

具体实施方式

下面结合附图对其具体实施方式作进一步阐述。

实施例1：

如图1-4所示，

用于油田回注水除油、除杂的装置，包括污水沉降罐1，与污水沉降罐连接的卧式油水分离器2，与卧式油水分离器2连接的一级过滤器3和二级过滤器4，所述一级过滤器3和二级过滤器4用于除去水中的悬浮物。与二级过滤器4连接的臻精油水分离器5，与臻精油水分离器5连接的精密过滤器6；还包括用于存放分离出的油的污油罐7，用于存放分离出的泥渣的泥渣池8。

所述污水沉降罐1内置罐中罐，主要去除浮油和大颗粒分散油，包括内罐11和外罐12，所述内罐11内设有旋流分离器13，所述油田回注水注入旋流分离器13分离器分离为水，油和泥浆；所述污水沉降罐1上设有进液管14，所述进液管14穿过外罐12，内罐11与旋流分离器13连通。所述内罐11的上端设有连通至外罐12外侧的排油管15，所述内罐11的中部设有连通至外罐12内的导水管16，所述内罐11的底部设有连通至外罐12外侧的排泥管17，所述外罐12上设有连通至外罐12外侧的排水管18，内罐11的上部还设有收集排油器，收集排油器与排油管15连通。

污水沉降罐1集污水调节、均质和除油功能于一体，彻底解决了均质池池面收油的难题及池底排泥的困难，可以替代含油废水一级处理系统中占地较大的调节池，均质池和除油效率低下的斜板隔油池。特别是改善了污水处理厂的环境质量，基本消除了污水处理厂现场的恶臭气味。具有较好的适应性，高效性和稳定性。在进口含油量大于10000mg/l状态下，经过该罐中罐预处理后排出的含油污水中含油量均在150mg/L(不含乳化溶解油)以下，除油能力稳定，高效，同时具有良好的自动收油，排油，排泥效能。

污水沉降罐主要设计参数：污水进水压力：0.1-0.3MPa；进水流速：1-2.5m/s；罐内污泥沉降速度：0.4-1.2mm/s；进水油含量：2000mg/l；出水的含油量：

<200mg/l；工作温度：60℃；排油方式：手动/自动；排泥方式：手动/自动；伴热方式：水蒸汽(0.4MPa)；

所述卧式油水分离器2采用旋流、粗粒化、W形波纹板技术组合，去除＞20微米的分散油，适用于石油化工行业综合含油污水除油处理、油田采油回注水的除油处理、原油脱水含油污水处理、炼油化工的原油脱硫污水处理、硫磺回收装置酸性水除油污水处理、清洗原油储罐的含油污水处理及港口、码头的含油污水处理等。包括旋液分离器21，与旋液分离器21排水口连接的粗粒化滤芯分离单元22，与粗粒化滤芯分离单元22连接的“W”型波纹板聚结器23。所述旋液分离器21与排水管18连通，旋液分离器21，粗粒化滤芯分离单元22和“W”型波纹板聚结器23之间均通过管道连通。还包括浮油收集器，浮油收集器自动将油收集排至集油包内，当集油包内的油层达到一定液位时，由设置在集油包内的油液位传感器将信号送至控制柜，自动开启电动阀(同时也具备有人工手动开启功能)将油排至污油罐内。

设备上还装有压力表、温度计仪表和安全阀超压保护装置。为了适应不同地区冬季不同工况使用要求，设备内还装有伴热和维修使用的蒸汽加热系统装置，以使设备能在冬季正常的运行。设备配套设有PLC自动控制箱，具有油水分离器的全部自动控制功能和远程DCS集中控制操作功能及灯光显示电视画面监控，并随时可转换成手动操作控制，性能可靠。

卧式油水分离器的主要参数为：处理介质密度1000kg/m

WYS-XX型卧式油水分离器是一种单缸四腔卧式的含油污水处理密闭装置，设备上的管路和配套管道均采用化工工业用的钢管，管路阀门均采用钢制。并且为了设备的可靠工作，内部重要部分均采用不锈钢材质制作，同时在设备的内、外部均采取了必要的防腐措施，完全可满足石油化工工业环境的使用要求。

所述臻精油水分离器5用乳化膜的特性，打破水包油的平衡，再利用亲油疏水纤维的聚集功能，使污水中的乳化油分离，从而达到去除乳化油的功能。包括旋流器51，与旋流器51排水口连接的一级破乳聚结滤芯分离单元52，与一级破乳聚结滤芯52连接的二级破乳聚结滤芯分离单元53。还包括浮油收集器，PLC控制箱以及阀门、仪表。

臻精油水分离器5的罐体由碳钢材料制作，内涂防腐涂料。旋流器51由不锈钢材料经特殊加工制成，用于分离含油污水中的大颗粒分散油和各种机械杂质等固体悬浮物，起到含油污水的预处理作用。因为利用了水力旋流原理，所以其分离效率是斜板平流沉淀的几十倍。一级破乳聚结滤芯分离单元52对于2-10微米的细小油粒进行预破乳聚集分离，二级破乳聚结滤芯分离单元53对于0.1-2微米的微细油粒进行破乳、聚集分离。一、二级滤芯元件材料用于捕捉0.1-10微米微细油珠的破乳聚结组合膜，精度不同，处理水通过该膜时，先破乳再聚结，使其逐步聚合变成大油珠，从油水中分离出来，进入设备顶部的浮油收集器中。

臻精油水分离器5的处理水输送可采用重力自流(水位高于0.08MPa)或者污水泵输送。可依据使用的现场条件配备防爆电机和防爆自动化控制设施，以满足特殊环境的使用要求。还装有压力显示仪表和超压自动保护装置。设备上的电气控制箱根据用户的需要与设备自动排油阀配套整体提供。所配套的电气控制箱，具有运行自动控制显示功能。

旋流器51的主要功能是先把处理水进行预处理，分离大颗粒分散油。一级破乳聚结滤芯采用的一种亲油憎水/亲水疏油组合纤维编制的多孔破乳膜材料制成的滤芯元件，捕捉打破细小油粒(2-10微米)的平衡状态，逃逸的微细油珠颗粒聚集在亲油疏水纤维表面，聚结长大，从而从水中的分离。二级破乳聚结滤芯材料性质同一级滤芯，但更精密。把处理水中的乳化油(0.1-2微米)失衡破乳，油分子脱离水分子包裹，油分子之间同质相聚，再通过聚集材料的聚集功能，加速聚集变成大油珠，从水中分离。两组一、二级滤芯组合使用可破乳聚结处理水中0.1-10微米的微细油珠，使其逐渐变大后脱离滤芯元件，从而达到油水分离之目的，保证了其排出水中油含量指标，以满足后续处理工序使用的进水指标要求。

分离出的轻质油，被收集聚合在设备顶部的集油腔室内，当油层在设备中达到一定油层厚度后，由浮油收集器自动将油收集排至油收集腔内，当腔内油层达到一定液位时，由设备配套的一种先进射频导纳液位传感器将信号输至PLC控制柜，自动开启电动阀(也可人工手动开启)将油排至污油收集柜(污油罐)，作为综合利用；为了保证液流在设备内能均匀布水、层流，不形成液流死区，在设备内还配备了一套完整的液流层流布水系统，以确保含油污水在设备内始终形成层流状态。设备内还安装了超压自动保护、温度显示、液位自动显示、反冲洗等安全保护阀门及仪表，保证设备能长期可靠稳定运行，实现自动化无人操作。

一级过滤器和二级过滤器利用过滤滤芯对污水中的悬浮颗粒进行分离，滤芯表面经过特殊光滑处理，不易粘附在滤芯表面，减少了反冲洗的频次。主要包括壳体、滤芯支撑装置、滤芯、反洗装置及各功能管口等。

含有固体颗粒的废水由过滤器进液口进入过滤器内，以外进内出的方式进出滤芯，将介质中含有的固体颗粒拦截在滤芯外表面，滤后清液由滤芯内部到达设备净液区，设备净液区与净液出口连通，滤后净液通过设备出口进入下一工序。设备内滤芯分区设置，每个区域对应一个滤后净液出口，过滤期间所有净液出口阀门均为打开状态。设备安装配管时，所有净液出口管可汇总为一个净液出口总管。随着过滤的进行，截留在滤芯外部的滤饼层不断增厚，导致设备进出口压差逐渐增大，当增大到设定值(建议设定100KPa)时，可停止设备运行，对滤芯进行在线反清洗。

过滤器所用滤芯选用的滤材全是耐腐蚀、耐高温、耐超低温并经过特殊工艺光滑处理的合金材料制造而成的，能完全满足长期使用效果和反清洗。空隙率高达65％-95％，特别适用于大流量、低阻力、高黏度、高含尘量的流体过滤。滤芯表面第一层滤材是经过特殊光滑处理的，处理后的摩擦系数非常低(相当于粗糙度0.4左右)，使得被处理后的颗粒杂质不会轻易挂在滤芯的外表面，故该滤芯就具有了特别好的反吹性，极易被反吹气体吹掉，在第一次吹扫、清洗后该滤芯的使用效率可以达到95％以上。

一级过滤器3和二级过滤器4表面光滑处理，固体颗粒不易附着，并在滤饼形成后易脱落；大流通能力，压力损失小；耐高温、高压：滤芯金属丝各接触点是在高温条件下金属原子相互渗透而粘结在一起的，具有很高的强度及韧性。且在高压下微孔不会变形，这就保证了使用过程中过滤精度的稳定性。滤芯呈圆桶状折叠式，全熔透焊，强度高，最大可承受压差10bar；滤芯有很高的孔隙率(孔隙率可达85％以上)和极好的透气性；高纳污量：独特的立体多层次深度过滤结构，对污染物的纳容量相当高，是烧结粉末材料的3～5倍。抗磨损、耐冲击性能好。清洗再生效率高，清洗时间短。滤芯可以再生循环再生使用，在正常工况下可使用3-5年。

精密过滤器利用高精度滤芯对经过除油处理的油田回注水进行过滤，废水中大部分的焦粉等悬浮物从水中分离，保证回注水中中值粒径的指标要求。

经过整个装置处理后的油田回注水，水中石油类含量指标＜10mg/L，SS＜5mg/L，中值粒径＜5μm。

实施例2：

本发明还包括一种用于油田回注水除油、除杂装置的方法，

(1)来自炼油、石化、装置等各种含油污水汇集到污水处理站后，由容积式污水泵直接输入进液管，通过进液管进入安装在中罐内的旋流分离器内，污水在此分离器内进行旋液分离，利用油水的密度差产生离心力场，油和轻相物汇集中间，然后向上进入内罐的上端的收集排油器，并通过排油管进入污油罐；水和固相物往下走分别进入内罐的中部和下部，分离后的水通过导水管进入外罐和内罐之间储存，并通过排水管进入卧式油水分离器，固相物通过排泥管排至泥渣池；

(2)含油污水首先由污水输送泵输入卧式油水分离器的旋液分离器内，含油污水在旋液分离器依靠液力流动产生低速旋转，由于油与水有不同密度差而产生的离心力场不同，利用该离心力对含油污水进行预处理；通过粗粒化滤芯分离单元，捕捉到水中15-20微米以上的细小油粒，使其逐渐变大后脱离粗粒化滤芯分离单元；经过“W”型波纹板聚结器，含油污水在“W”型波纹板聚结器中经过曲折的流道后，使液体在实现层流的同时达到均匀布水，同时脱离粗粒化滤芯分离单元的油珠继续碰撞长大，使其从水中分离出来，最终保证出水油含量稳定在50mg/l以下，最后进入过滤器。

(3)过滤器将水中的悬浮物、固体颗粒物拦截，使其从水中分离，然后通过臻精油水分离器；

(4)处理水由输送泵送入臻精油水分离器，液体在一定的压力和速度下进入旋流器中，产生中低速旋转，油与水的不同密度差产生不同的离心力场，而利用离心力对含油污水进行处理，轻相物进入设备上部的储油包，杂质重相物下沉，处理水进入一级破乳聚结滤芯分离单元，和二级破乳聚结滤芯分离单元，一级破乳聚结滤芯和二级破乳聚结滤芯采用的一种亲油憎水/亲水疏油组合纤维编制的多孔破乳膜材料制成的滤芯元件，捕捉打破细小油粒的平衡状态，逃逸的微细油珠颗粒聚集在亲油疏水纤维表面，聚结长大，从而从水中的分离，然后进入精密过滤器。

(5)精密过滤器的过滤精度为1微米，保证处理后的水中SS小于5mg/L，中值粒径小于5微米。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。