海上油田污水处理系统

目前，含油污水已经成为油田注水的主要水源，针对这种水质，利用含油污水深度处理流程，可以达到理想的处理效果。其核桃壳过滤器在该流程中主要表现出以下优点：核桃壳表面比较粗糙，并有许多空隙，容易吸附污油；核桃壳耐磨损，不易破碎；核桃壳性能稳定，耐酸碱；容易再生，不需加药；原料来源广泛。
doi：10.3969/j.issn.1006-6896.2013.6.030
海上采油平台的含油污水有两种处理方法：一种是处理达到排放标准后排海；另一种是在需要注入水开发的油藏，将含油污水处理达到注入水质量后，注入到地层。本文主要针对含油污水深度处理后注入到地层中，尽可能地减少对海洋环境造成的污染进行研究。
1.含油污水的水质及分离原理
1.1 含油污水的水质
含油污水一般偏碱性，硬度较低，含铁少，矿化度高。根据油粒的大小，将水中的油分成四种类型：第一种是游离油，油粒直径大于50 μm；第二种是分散油，油粒直径在20～50 μm 之间，油珠易于从污水中分离出来，这种状态的油占污水含油量的60%～80%；第三种是乳化油，油粒直径小于20 μm，与水形成乳状液，属于水包油型乳状液，这部分油不易除去，必须反相破乳之后才能将其除去，其含量占污水含油量的10%～15%；第四种是溶解油，油以分子状态溶解于水中，油粒直径不能测量，油在水中的溶解度很小，为5～15 mg/L，这部分不能除去，其占污水含量的0.2%～0.5%。
1.2 油水分离的原理
从含油污水中分离油，针对不同油粒直径，有三种分离方法：
第一种方法，对于直径大于50 μm 的油粒，利用油水之间的密度差，油粒在水的浮力作用下，上浮到收油设备的表面，将油和水分离，油粒的上浮速度可用斯托克定律计算。依据斯托克定律公式可以得出以下结论：油滴的尺寸越大，其直径的平方越大，因此它的上升速度越大，也就是说，油滴的尺寸越大，上升到收集表面所需的时间越短，从而使油、水分离变得容易；油滴和水相之间的相对密度差越大，油滴的垂直上升速度越大，油越轻，水越容易处理；温度越高，水的黏度越低，油滴的垂直运动速度越大，所以在较高的温度条件下进行处理比温度低时容易。如平台上经常用的斜板隔油器，就是利用此原理将油水分离的。
第二种方法，针对粒径较小的分散油，由于油粒粒径较小，上浮速度较慢，所以借助外力将油粒从水中分离出来。如水力旋流器，水力旋流器是借助离心力将油、水分离。
第三种方法，过滤，实际上是将油吸附到过滤介质上。如核桃壳过滤器，可以从水中分离出分散油及乳化油，为了提高回收油的效率，往往还在设备的上游加入化学药剂。
2 .含油污水的处理流程
含油污水处理流程的确定主要取决于油的密度和处理后的要求：密度轻的油，油水之间的密度差大，容易处理，处理级数少；对注水要求严格的，处理级数就多。依据污水处理后要求的水质标准，按照高峰污水处理量、地层水性质和污水水质处理要求，结合海上空间面积来选择经济、合理的污水处理设备和流程。
渤中油田含油污水处理流程如下：来自生产分离器和电脱水器的含油污水与加入的化学药剂(分别是防腐剂、防垢剂、杀菌剂、絮凝剂和反向破乳剂)一起进入斜板隔油器，在斜板隔油器里进行第一次分离，分离出50 μm 以上的游离油，分离出的污油通过污油泵送回闭排罐，含油污水则被生产水泵送到水力旋流器进行二级分离；水力旋流器处理后的污油靠自身的压力进入闭排罐，这时的含油污水中的油粒径大部分在20 μm 以下，含油污水进入核桃壳过滤器中进行第三级分离；核桃壳过滤器主要是将污水中的油吸附到过滤介质上，能够除去乳化油和分散油，从核桃壳出来的水，已经达到了注水水质的要求，可以靠自身压力去注水泵，注入地层。其中核桃壳过滤器中介质的再生靠反冲洗罐内水的反冲洗来达到，反冲洗出来的水进入后反冲洗水罐，用来冲洗斜板隔油器，这个反冲洗的过程靠核桃壳过滤器的自动控制阀门来实现。
3.核桃壳过滤器
渤中油田用的核桃壳过滤器是一种含油污水自动过滤器，此设备共有三个罐，共用一个控制系统，具有自动、手动两种控制方式，采用核桃壳和蛇纹石作为过滤介质，滤速快、过滤精度高。
3.1 结构及工作原理
核桃壳过滤器主要由三个过滤罐、管汇、自动控制系统(仪表风管汇、差压管线和控制电路)、底座、操作平台、梯子、电伴热和保温等部分组成。来水从过滤罐进水口经配水管进入滤层并从滤罐的出水口排出，当来水中的悬浮固体颗粒被滤料截留到一定程度、过滤压差达到0.15 MPa 或过滤时间达到1 420 min 时程序进入反洗流程，其反洗时间为20 min，若过滤时间未达到1 420 min，而罐体进、出口压差达到0.15 MPa 时，则停止过滤并进入反洗流程。
3.2 自动控制流程
接通电源，按下“通电"按钮，控制柜面板上的电源指示灯亮；之后拨动工作方式选择开关，使工作方式指示灯“自动"亮；扭动过滤罐选择开关，选择相应的过滤罐，按下“启动"按钮，对应的过滤罐即可按“流程方框图"中的顺序在设定时间或差压控制条件下自动循环运行；再按下“停止"按钮，则关闭该过滤罐对应的所有阀及电机，自动停止工作。
4.结语
目前，含油污水已经成为油田注水的主要水源，针对这种水质，利用上文所述的含油污水深度处理流程，可以达到理想的处理效果。其核桃壳过滤器在该流程中主要表现出以下优点：
(1)核桃壳表面比较粗糙，并有许多空隙，容易吸附污油；核桃壳耐磨损，不易破碎；核桃壳性能稳定，耐酸碱；容易再生，不需加药；原料来源广泛。
(2)在油田开发后期，采出液中的含水率在不断上升，产生的含油污水量也在不断增大，用于污水处理的费用在不断增加，因此如何降低污水的处理费用，提高处理后的水质标准，受到人们的广泛关注。采用核桃壳过滤器可以提高除油效率，减少污水处理的后期投入费用，提高处理后的水质指标。
(3)处理污水的效果，还取决于所选用的配套药剂，因此加强研制开发成本低的配套药剂也很重要；同时为提高处理水的水质，油田污水处理工艺还要与其他污水处理方法结合使用。