一种油气田采出水改性处理回用的系统及方法与流程

本发明涉及油气田采出水处理技术领域，具体涉及一种油气田采出水改性处理回用的系统及方法。

背景技术：

油气资源是当今世界上最主要的能源之一。油气行业注水开发油气田，随着油气开采量的不断加大导致油气田采出水产量增加。油气工业在产油气的同时也会给环境带来不利影响。油气田采出水是在油气田的开采过程中经过加工，将含水原油气中的水分离出来的产物，是油气田最大的副产品。油气田采出水中含有大量的有机物、无机盐离子、油脂、腐蚀物以及放射性产物，其外排会给生态环境造成持续污染。因此，油气田采出水的处理已经给油田的持续稳定高产带来挑战，而且其管理也成为环境监督部门的重要课题。

随着开采时间的延长，油气田采出水量也会逐渐增加。油气田采出水不合理处理回注和排放，不仅使油田地面设施不能正常运作，而且会因地层堵塞而带来危害，同时也会造成环境污染，影响油田安全生产，因此必须合理的处理利用油气田采出水。随着国家环保法规对采出水排放标准的提高以及水资源的日益紧张，采出水的处理及回注是解决油田采出水出路的根本途径。

目前，油气田采出水的处理技术主要分为物理法、化学法、生物法等。但这些处理方法都存在处理工艺复杂、处理费用高、处理后直接排放造成水资源浪费等问题。在水资源弥足珍贵的油气田区，将油气田采出水改性处理后代替清水进行回注采油气，是油气田循环利用水资源的一种有效方式。对油气田采出水进行处理使其达到回注标准后回注地层，可有效保持地层压力、维持产能，这样，一方面可有效解决油气田采出水在管道输送时产生自身结垢堵塞管道的工程实际问题，另一方面可以减少污水排放、节省大量清水资源和取水设施的建设费用，使油气田采出水资源变废为宝，从提高油气田注水开发的总体技术经济效益，具有十分重要的工程实用和推广价值。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种油气田采出水改性处理回用的系统。

本发明的目的之二在于提供一种油气田采出水改性处理回用的方法。

本发明实现目的之一所采用的方案是：一种油气田采出水改性处理回用的系统，沿着水处理进程依次连通设置有沉淀池、ph调节池、一级过滤罐、二级过滤罐、树脂罐、清水调节池，所述二级过滤罐与清水调节池连通；所述沉淀池的上清液排入ph调节池；所述ph调节池的出水依次排入一级过滤罐、二级过滤罐；所述二级过滤罐的出水排入树脂罐；所述树脂罐和二级过滤罐的出水进行一定比例勾兑，出水送入所述清水调节池以回用。

优选地，所述沉淀池是由混凝沉淀池和斜管沉淀池组成的集成一体化处理设备。

优选地，所述一级过滤罐内自下而上分别填充有砾石、石英砂及无烟煤滤料；所述砾石粒径为0.8-4.0mm，填充高度为0.25～0.35m；所述石英砂粒径为0.6-1.8mm，填充高度为0.35～0.45m；所述无烟煤粒径为0.5-1.2mm，填充高度为0.35～0.45m。

优选地，所述二级过滤罐内自下而上分别填充有砾石、石英砂及无烟煤滤料；所述砾石粒径为0.8-4.0mm，填充高度为0.25～0.35m；所述石英砂粒径为0.6-1.8mm，填充高度为0.35～0.45m；所述无烟煤粒径为0.5-1.2mm，填充高度为0.35～0.45m。

优选地，所述树脂罐中的树脂为弱酸性氢型阳离子交换树脂，所述树脂的参数如下：外观形态为球状颗粒，骨架为聚丙烯酸-二乙烯基苯，官能团为羧基，粒度范围为600～850μm，全交换容量为450mol/m3，含水量为46-52％，装载密度为770-870g/l。

优选地，所述ph调节池通过二级提升泵与所述一级过滤罐连通。

优选地，所述树脂罐中树脂填充高度为树脂罐的1/3～1/2。

本发明实现目的之二所采用的方案是：一种油气田采出水改性处理回用的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将油气田采出水输送至沉淀池，沉淀采出水中成垢阳离子；

步骤2：沉淀池的上清液排入ph调节池，调其ph至中性；

步骤3：将ph调节池的出水输送至一级过滤罐，经过滤后滤液排入二级过滤罐；

步骤4：二级过滤罐的出水排入树脂罐；

步骤5：二级过滤罐和树脂罐的出水，经过按一定比例勾兑后流入清水调节池，回用。

优选地，所述步骤2中，沉淀池的上清液中，钙离子＜440mg/l、镁离子＜192mg/l、锶离子＜32mg/l、钡离子＜41mg/l。

优选地，所述步骤5中，二级过滤罐和树脂罐的出水勾兑比例为1:2-2.3。

本发明的油气田采出水改性处理回用的系统，采用“混凝沉淀”、“二级过滤”、“离子交换”相结合的方式高效去除油气田采出水中的成垢阳离子；由沉淀池将化学沉淀剂和絮凝沉淀剂优化组合的方式加入，有效沉淀采出水中钙、镁、锶、钡等成垢阳离子；由一级过滤罐和二级过滤罐组成的精细过滤装置，能有效去除沉淀物和悬浮物；树脂吸附离子交换法具有技术成熟、设备简单、运行管理方便、成垢阳离子去除程度高、运行费用低等优点，有效解决了实际工程上采出水管道输送时的自结垢堵塞管道问题和无法回注循环利用问题。

本发明的油气田采出水改性处理回用的方法，将多种成垢阳离子去除工艺进行组合处理油气田采出水，有效解决了实际工程上采出水管道输送时的自结垢堵塞管道问题和无法回注循环利用问题，可以减少污水排放、节省大量清水资源和取水设施的建设费用，使油气田采出水资源变废为宝，从提高油气田注水开发的总体技术经济效益，具有十分重要的工程实用和推广价值。

附图说明

图1为本发明实施例1的系统结构图；

图2为本发明实施例2的方法流程图。

图中，1.一级提升泵，2.沉淀池，3.ph调节池，4.二级提升泵，5.一级过滤罐，6.二级过滤罐，7.树脂罐，8.清水调节池。

具体实施方式

为更好的理解本发明，下面的实施例是对本发明的进一步说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

如图1所示，一种油气田采出水改性处理回用的系统，沿着水处理进程依次连通设置有沉淀池2、ph调节池3、一级过滤罐5、二级过滤罐6、树脂罐7、清水调节池8，所述二级过滤罐6与清水调节池8连通；所述沉淀池2的上清液排入ph调节池3；所述ph调节池3的出水依次排入一级过滤罐5、二级过滤罐6；所述二级过滤罐6的出水排入树脂罐7；所述树脂罐7和二级过滤罐5的出水进行一定比例勾兑，出水送入所述清水调节池8以回用。

本实施例中，所述沉淀池2是由混凝沉淀池和斜管沉淀池组成的集成一体化处理设备，采出水中的成垢阳离子在一定量化学沉淀剂及絮凝沉淀剂的作用下沉淀，后经斜管沉淀池沉淀出水。

本实施例中，所述一级过滤罐5为粗过滤罐，罐内自下而上分别填充有砾石、石英砂及无烟煤滤料；所述砾石粒径为0.8-4.0mm，填充高度为0.25～0.35m；所述石英砂粒径为0.6-1.8mm，填充高度为0.35～0.45m；所述无烟煤粒径为0.5-1.2mm，填充高度为0.35～0.45m。

本实施例中，所述二级过滤罐6为细过滤罐，罐内自下而上分别填充有砾石、石英砂及无烟煤滤料；所述砾石粒径为0.8-4.0mm，填充高度为0.25～0.35m；所述石英砂粒径为0.6-1.8mm，填充高度为0.35～0.45m；所述无烟煤粒径为0.5-1.2mm，填充高度为0.35～0.45m。

本实施例中，所述树脂罐7中的树脂为弱酸性氢型阳离子交换树脂，所述树脂的参数如下：外观形态为球状颗粒，骨架为聚丙烯酸-二乙烯基苯，官能团为羧基，粒度范围为600～850μm，全交换容量为450mol/m3，含水量为46-52％，装载密度为770-870g/l。通过弱酸性氢型阳离子交换树脂的选择性阳离子交换作用，高选择性吸附污水中残留的钙、镁、锶、钡等成垢阳离子，实现残留结垢阳离子的彻底去除。

本实施例中，所述ph调节池3通过二级提升泵4与所述一级过滤罐5连通。

本实施例中，所述树脂罐7中树脂填充高度为树脂罐的1/3～1/2。

清水调节池(8)，用于调节二级过滤罐(6)和树脂罐(7)出水的比例；通过勾兑的方式以适应工程上采出水改性回用的用水要求。

本发明的油气田采出水改性处理回用的系统的工作流程如下：

以油气田采出水为系统进水，进水经一级提升泵1提升至沉淀池2，沉淀池2内采出水中的成垢阳离子在一定量化学沉淀剂及絮凝沉淀剂的作用下沉淀去除，上清液自流入ph调节池3，通过加酸调其ph至中性，消除残余成垢阳离子的结垢条件，出水经二级提升泵4提升至一级过滤罐5，一级过滤罐5内自下而上分别填充一定比例的砾石、石英砂及无烟煤滤料，出水中的沉淀物及悬浮物进行粗过滤，滤液自流入二级过滤罐6，通过二级过滤罐6内砾石、石英砂及无烟煤滤料对出水中残留的沉淀物及悬浮物进一步进行精细过滤，出水自流入所述树脂罐7，树脂罐7内填充一定比例的弱酸性氢型阳离子交换树脂，吸附污水中残留的钙、镁、锶、钡等成垢阳离子，实现残留成垢阳离子的彻底去除，二级过滤罐6和树脂罐7的出水，经过按一定比例勾兑后流入清水调节池8，以满足实际工程回用需求；弱酸性氢型阳离子交换树脂吸附饱和后需要再生，先用质量分数3％～5％、2～3倍树脂体积的hcl溶液淋洗，平均流速为2bv/h，淋洗时间为1.0～1.5h，后用去离子水淋洗，平均流速为10bv/h，淋洗时间为1h，淋洗至中性；再用质量分数为3～5％、3～4倍树脂体积的naoh溶液淋洗，平均流速为4bv/h，淋洗时间为1.0～1.5h，后用去离子水淋洗，平均流速为10bv/h，淋洗时间为1h，淋洗至中性。

实施例2

如图2所示，一种油气田采出水改性处理回用的方法，包括以下步骤：

步骤1：以油气田采出水为系统进水，启动一级提升泵1，将采出水提升至沉淀池2，沉淀采出水中的钙、镁、锶、钡等成垢阳离子，出水钙离子＜440mg/l、镁离子＜192mg/l、锶离子＜32mg/l、钡离子＜41mg/l；

步骤2：沉淀池2的上清液排入ph调节池3，通过加酸调其ph至中性，消除残余成垢阳离子的结垢条件；

步骤3：启动二级提升泵4，将所述ph调节池3出水提升至所述一级过滤罐5，通过砾石、石英砂及无烟煤滤料对出水中的沉淀物及悬浮物进行粗过滤，滤液自流入所述二级过滤罐6，通过砾石、石英砂及无烟煤滤料对出水中残留的沉淀物及悬浮物进一步进行精细过滤，出水自流入所述树脂罐7；

步骤4：所述树脂罐7中树脂填充高度为树脂罐的1/3～1/2，通过弱酸性氢型阳离子交换树脂的高选择性阳离子交换作用，吸附污水中残留的钙、镁、锶、钡等成垢阳离子，实现残留结垢阳离子的彻底去除；

步骤5：二级过滤罐6和树脂罐7的出水，经过按一定比例勾兑后流入清水调节池8，以满足实际工程回用需求，具体的二级过滤罐6和树脂罐7的出水勾兑比例为1∶2-2.3。

树脂的再生通过以下步骤完成：吸附饱和的树脂先采用质量分数为3～5％的hcl溶液淋洗、去离子水淋洗至中性，再用质量分数为3～5％的naoh溶液淋洗、去离子水淋洗至中性，进行脱附再生；用于再生的hcl溶液体积为2～3倍的树脂体积，hcl溶液进行树脂再生时的平均流速为2bv/h，再生时间为1.0～1.5h，淋洗用去离子水的平均流速为10bv/h，淋洗时间为1h；用于再生的naoh溶液体积为3～4倍的树脂体积，naoh溶液进行树脂再生时的平均流速为4bv/h，再生时间为1.0～1.5h，淋洗用去离子水的平均流速为10bv/h，淋洗时间为1h。

本发明的系统可实现plc全自动控制。

本发明采用了“混凝沉淀”、“粗细过滤”、“离子交换”相结合的方式高效去除油气田采出水中的成垢阳离子，具体技术原理如下：

混凝沉淀设备是由混凝沉淀池和斜管沉淀池组成的一套集成一体化的处理设备，化学沉淀剂的加入将采出水中钙、镁、锶、钡等成垢阳离子沉淀，絮凝沉淀剂的加入，其水解产物一方面提供大量正电荷，中和胶体颗粒表面负电荷，从而降低颗粒间的排斥能峰，降低胶粒的ξ电位，实现胶粒“脱稳”，一方面产生吸附架桥作用，促进胶体的凝聚，再一方面产生网捕、卷扫作用，从而使胶体颗粒脱稳、相互碰撞、凝聚，形成絮凝体(矾花)，通过沉淀去除，采用化学沉淀剂和絮凝沉淀剂优化组合的方式加入，起到将采出水中钙、镁、锶、钡等成垢阳离子有效沉淀的效果；粗细过滤采用的是一级粗过滤和二级精细过滤的粗、细组合过滤方式，过滤罐内装填一定比例的砾石、石英砂及无烟煤滤料过滤填料，在一定的压力下把未完全沉降及含有悬浮物的进水通过一定厚度的滤料，较为彻底去除水中悬浮物和胶体使水澄清；树脂罐内填充弱酸性氢型阳离子交换树脂，高选择性吸附污水中残留的钙、镁、锶、钡等成垢阳离子，实现残留结垢阳离子的彻底去除，树脂吸附饱和后依次用hcl溶液、去离子水、naoh溶液、去离子水对其进行脱附再生，将树脂所吸附的成垢阳离子离子和其他杂质洗脱除去，使之恢复原来的组成和性能，二级过滤罐和树脂罐的出水，经过按一定比例勾兑后流入清水调节池，以满足实际工程回用需求。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。