申请日2019.12.25
公开(公告)日2020.04.17
IPC分类号C02F9/14; C02F103/10
摘要
本发明公开了一种油田化学驱采出水的深度处理系统及处理方法，包括气浮沉降罐、微生物一体化反应器、斜板溶气气浮装置、三级过滤罐等主要处理设备组成，再配以计量装置、缓冲罐(池)等附属配套设备。该深度处理系统是一套具有操作简单、技术可靠，安全平稳等特点的深度水成套处理系统。利用该深度处理系统可使得化学驱采出水最终处理后满足油田含聚污水低渗透层回注水水质指标，即出水含油量≤5mg/L，悬浮固体含量≤5mg/L，悬浮颗粒直径中值≤2μm，直接回注地下或作为深度水配制驱油剂注入体系。
权利要求书
1.一种化学驱油田采出水的深度处理系统，其特征在于，包括：
对采出水进行油、泥、水三相进行初步分离的气浮沉降罐;
进行油、水、泥三相二次分离的微生物一体化反应器;
用于去除生物膜并进行油、泥、水三相分离的斜板溶气气浮装置;和
进行油、泥、水三相最终分离的三级过滤罐;
所述气浮沉降罐、微生物一体化反应器、斜板溶气气浮装置、三级过滤罐通过水相出口和水相进口依次连接，气浮沉降罐和微生物一体化反应器还设有油相出口，均与收油罐相连，微生物一体化反应器和斜板溶气气浮装置设有泥相出口，均与污泥干化池相连。
2.根据权利要求1所述深度处理系统，其特征在于，所述微生物一体化反应器包括箱体，箱体一侧的上部设有水相进口，与气浮沉降罐的水相出口连接;对侧的上部设有水相出口，与一缓冲罐的水相进口连接;箱体底部设有泥相出口，与污泥干化池连接;上部设有油相出口，与收油罐连接;顶部设有排气口;微生物一体化反应器的水相进口还与盛放有营养剂的加药装置相连，用于向微生物一体化反应器中添加营养剂;优选的，所述营养剂含50mg/L～100mg/L的葡萄糖、亚硫酸钠(或硫酸钠)、亚硝酸钠(硝酸钠)、磷酸二氢钾等，亚硫酸钠、亚硝酸钠、磷酸二氢钾与葡萄糖的比例为BOD5：SO32-(SO42-)：N：P=200：100：5：1，其中BOD5为加入葡萄糖后水相中的有机物含量;
优选的，所述缓冲罐的水相出口经第一提升泵与斜板溶气气浮装置的水相进口相连;所述斜板溶气气浮装置和三级过滤罐之间依次设有缓冲池和第二提升泵，缓冲池的水相出口与第二提升泵相连。
3.根据权利要求2所述深度处理系统，其特征在于，所述微生物一体化反应器为类折流板反应器，所述箱体内沿水流方向依次设有厌氧室、缺氧室、好氧室和沉淀室，厌氧室、缺氧室、好氧室和沉淀室由若干折流板隔开且依次串联，所述厌氧室与气浮沉降罐的水相出口连接，沉淀室与缓冲罐的水相进口连接;优选的，厌氧室、缺氧室、好氧室中设有填料床，填料床中填充有活性污泥与填料的混合物;更优选的，活性污泥在每一厌氧室、缺氧室或好氧室中的投加量为其单格容积的20%～30%。
4.根据权利要求3所述深度处理系统，其特征在于，所述厌氧室、缺氧室、好氧室和沉淀室顶部均设有移动盖板及排气口;好氧室内设有与风机连接的、给好氧室提供空气的曝气释放器;优选的，厌氧室设有三个，以产酸菌和硫酸盐还原菌等嗜盐、嗜碱微生物为优势菌群，其中的填料为悬浮填料，其填充率分别为各厌氧室单格容积的20%-40%，25%-45%，30%-50%;缺氧室设有一个，以反硝化细菌等嗜盐、嗜碱微生物为优势菌群，其中的填料为悬浮填料，其填充率为缺氧室单格容积的40%-60%;好氧室设有两个，以硝化细菌、氨氧化细菌等嗜盐、嗜碱微生物为优势菌群，其中的填料为组合填料，其水平间距为150mm-200mm。
5.根据权利要求4所述深度处理系统，其特征在于，所述沉淀室及其相邻的好氧室之间设有回流管，回流管经回流泵与缺氧室底部设置的回流口连通。
6.根据权利要求1-5任一所述深度处理系统，其特征在于，所述三级过滤罐的水相出口与回注站或配注站连接，包括一级石英砂单层滤料过滤罐、二级石英砂-磁铁矿双层滤料过滤罐、三级海绿石-磁铁矿双层滤料过滤罐;一级单层石英砂过滤罐的出水水质为含油量≤20mg/L，悬浮固体含量≤20mg/L，悬浮颗粒直径中值≤5μm，二级石英砂-磁铁矿双层滤料过滤罐的出水水质为含油量≤10mg/L，悬浮固体含量≤10mg/L，悬浮颗粒直径中值≤3μm，三级海绿石-磁铁矿双层滤料过滤罐的出水水质为含油量≤5mg/L，悬浮固体含量≤5mg/L，悬浮颗粒直径中值≤2μm。
7.一种油田化学驱采出水的深度处理方法，其特征在于，使用权利要求1-6任一所述的深度处理系统，将待处理的油田化学驱采出水排入气浮沉降罐进行油、水、泥三相初步分离，使油相排至收油罐，泥相排至污泥干化池，水相排入微生物一体化反应器中;同时向微生物一体化反应器中加入营养剂，水相和营养剂混合后依次填充厌氧室、缺氧室、好氧室和沉淀室，分别控制厌氧室、缺氧室和好氧室的氧化还原电位，使得不同嗜盐、嗜碱微生物大量繁殖成为优势菌群，以降解采出水中的有机物，进一步去除水相中的油相和悬浮固体杂质，油相和泥相分别排至收油罐和污泥干化池，水相排入斜板溶气气浮装置;斜板溶气气浮装置进行固液分离，泥相排至污泥干化池，水相排入三级过滤罐;经三级过滤罐过滤后，完成油田化学驱采出水的深度处理，最终出水水相的含油量≤5mg/L，悬浮固体含量≤5mg/L，悬浮颗粒直径中值≤2μm。
8.根据权利要求7所述深度处理方法，其特征在于，经气浮沉降罐初步分离的水相排入微生物一体化反应器，通过加药装置向微生物一体化反应器中加入营养剂后依次进行厌氧、缺氧、好氧的反应，降解油田化学驱采出水中的表面活性剂、聚合物和石油等有机物，使得油、水、泥三相分离;油相和泥相分别排至收油罐和污泥干化池，水相排入斜板溶气气浮装置;
具体为：
厌氧一室：水力停留时间3h～6h，上向流区流速0.6m/h～2.0m/h，折流区冲击流速2.40mm/s，上向流区填装悬浮填料，填充率20%-40%;
厌氧二室：水力停留时间3h～6h，上向流区流速0.6m/h～2.0m/h，折流区冲击流速2.40mm/s，上向流区填装悬浮填料，填充率25%-45%;
厌氧三室：水力停留时间3h～6h，上向流区流速0.6m/h～2.0m/h，折流区冲击流速2.40mm/s，上向流区填装悬浮填料，填充率30%-50%;
缺氧室：水力停留时间3h～6h，上向流区流速0.6m/h～2.0m/h，折流区冲击流速2.40mm/s，上向流区填装悬浮填料，填充率40%-60%;
好氧一室：水力停留时间3h～6h，上向流区填装组合填料，组合填料的间距为150mm-200mm，气液比(10～15):1;
好氧二室：水力停留时间3h～6h，上向流区填装组合填料，组合填料的间距为150mm-200mm，气液比(10～15):1，回流比为50%～100%。
9.根据权利要求7或8所述深度处理方法，其特征在于，待处理的油田化学驱采出水进入气浮沉降罐，沉降时间为6h～10h，水体下向流速0.15mm/s～0.35mm/s，回流比20%-40%，进行油、泥、水初步分离;
优选的，进入斜板溶气气浮装置的水力停留时间15min-35min，回流比20%～30%，回流水溶气压力0.4MPa-0.5MPa，去除脱落的生物膜，同时进行油、泥、水三相分离。
10.根据权利要求7或8或9所述深度处理方法，其特征在于，所述三级过滤罐中一级石英砂单层滤料过滤罐中滤料级配为0.5mm～1.2mm，滤速8m/h～10m/h，出水中含油量≤20mg/L，悬浮固体含量≤20mg/L，悬浮颗粒直径中值≤5μm;二级石英砂-磁铁矿双层滤料过滤罐中上层石英砂滤料级配为0.8mm～1.2mm，下层磁铁矿滤料级配为0.4mm～0.8mm，滤速为6m/h～8m/h，出水中含油量≤10mg/L，悬浮固体含量≤10mg/L，悬浮颗粒直径中值≤3μm;三级海绿石-磁铁矿双层滤料过滤罐中上层海绿石滤料级配为0.5mm～0.8mm，下层磁铁矿滤料级配为0.25mm～0.5mm，滤速为4m/h～6m/h，出水中含油量≤5mg/L，悬浮固体含量≤5mg/L，悬浮颗粒直径中值≤2μm，出水直接回注地下或作为深度水配制和/或稀释聚合物母液。
说明书
一种化学驱油田采出水的深度处理系统及处理方法
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，特别是涉及化学驱油田采出水的深度处理系统及处理方法，其中该深度处理系统及处理方法可用于化学驱采出水，尤其适用于复杂化学驱采出水，如高含聚采出水、二元复合驱采出水、三元复合驱采出水。
背景技术
在油田开发后期为了提高原油采收率，会选择某些注入井，通过其向地下注入含有碱、表面活性剂和聚合物的化学驱油剂用于开采原油，这种采油方式称为三元复合驱驱油技术(简称三元复合驱)，含有碱、表面活性剂和聚合物的化学驱油剂称为三元复合驱油剂体系，简称三元复合体系。三元复合驱驱油具体为：通过注入井向地下注入三元复合体系，由于三元复合体系可提高原油的稠化能力、降低原油的界面张力，因而具有洗油等能力，在驱油过程中各组分与地层中矿物质发生的反应可发挥协同效应，表现为：三元复合体系注入地下后对原油发挥吸附和捕集作用，从而将地层中的原油溶解、携带。这一过程中三元复合体系与原油形成油水气混合液(即采出液)，由抽油机经采出井提升至地面，然后进行气与油、水的三相分离，分别得到天然气、原油和含油污水(即三元复合驱采出水)。分别采用聚合物、含聚合物和表面活性剂(或含聚合物和碱)的二元复合驱油剂体系作为驱油剂驱油，得到的含油污水，即为含聚采出水、二元复合驱采出水。由于聚合物是化学驱驱油的基础，因此，以上聚合物驱、二元复合驱、三元复合驱统称为化学驱。
采出水通常需通过注水井回注地下。将采出水回注地下一方面能够补充地层亏空，另一方面可解决污水排放的环保问题。此外采出水还可进一步驱油，从而提高驱油采收率。然而，为了防止污染环境和堵塞地层，采出水需要经处理达到油田回注水水质控制指标中要求的含油量、悬浮固体含量、粒径中值(中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T5329-2012碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法中的规定)等指标后，才能作为回注水通过注水井回注地下。
此外，为了节约水资源，采出水用于配置驱油剂注入体系，即采出水用于配制或稀释聚合物驱油剂、二元复合驱油剂、三元复合驱油剂，即：使用采出水或清水作为聚合物的溶剂将聚合物溶解配制得到聚合物母液，然后再用采出水稀释聚合物母液得到驱油剂。用于配制和/或稀释聚合物母液的采出水也被称作“深度水”。采出水需要满足油田含聚污水低渗透油层回注水控制标准的水质(即含油量≤5mg/L，悬浮固体含量≤5mg/L，悬浮颗粒直径中值≤2μm)后才能用作深度水。因此，采出水需要经过处理才能用作深度水，将采出水处理成深度水的过程称为深度处理。
虽然化学驱驱油技术和水驱相比可提高采收率，例如三元复合驱驱油技术和水驱相比可提高采收率20%以上，但是也会产生大量难以处理的采出水，采出水乳化程度高、处理难度大，尤其是含三元复合驱，相比聚合物驱、二元复合驱，三元复合驱采出水乳化程度最高，处理难度最大。
然而，现有化学驱采出水的深度处理工艺不成熟，造成区块调水量大，地面工程费用高，因此还是沿用水驱采出水的深度处理工艺，即在“两级沉降+单级过滤”处理的基础上再增加两级过滤。但是用此深度处理工艺处理的出水达标率低或无法满足深度水水质指标的要求，也就是说，目前没有成熟的将化学驱采出水处理成深度水的处理系统和方法。最终使得深度水水源短缺、注采不平衡。
因此，研发一套能够用于油田化学驱采出水的深度处理系统和方法势在必行。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，第一方面，提供一种深度处理处理系统，可将化学驱采出水，尤其是三元复合驱这样成分复杂的采出水处理成深度水。该化学驱油田采出水的深度处理系统，包括：
对采出水进行油、泥、水三相进行初步分离的气浮沉降罐;
进行油、水、泥三相二次分离的微生物一体化反应器;
用于去除生物膜并进行油、泥、水三相分离的斜板溶气气浮装置;和
进行油、泥、水三相最终分离的三级过滤罐;
所述气浮沉降罐、微生物一体化反应器、斜板溶气气浮装置、三级过滤罐通过水相出口和水相进口依次连接，气浮沉降罐和微生物一体化反应器还设有油相出口，均与收油罐相连，微生物一体化反应器和斜板溶气气浮装置设有泥相出口，均与污泥干化池相连。
所述微生物一体化反应器包括箱体，箱体一侧的上部设有水相进口，与气浮沉降罐的水相出口连接;对侧的上部设有水相出口，与一缓冲罐的水相进口连接;箱体底部设有泥相出口，与污泥干化池连接;上部设有油相出口，与收油罐连接;顶部设有排气口;微生物一体化反应器的水相进口还与盛放有营养剂的加药装置相连，用于向微生物一体化反应器中添加营养剂;优选的，所述营养剂含50mg/L～100mg/L的葡萄糖、亚硫酸钠(或硫酸钠)、亚硝酸钠(硝酸钠)、磷酸二氢钾等，亚硫酸钠、亚硝酸钠、磷酸二氢钾与葡萄糖的比例为BOD5：SO32-(SO42-)：N：P=200：100：5：1，其中BOD5为加入葡萄糖后水相中的有机物含量;
优选的，所述缓冲罐的水相出口经第一提升泵与斜板溶气气浮装置的水相进口相连;所述斜板溶气气浮装置和三级过滤罐之间依次设有缓冲池和第二提升泵，缓冲池的水相出口与第二提升泵相连。
所述微生物一体化反应器为类折流板反应器，所述箱体内沿水流方向依次设有厌氧室、缺氧室、好氧室和沉淀室，厌氧室、缺氧室、好氧室和沉淀室由若干折流板隔开且依次串联，所述厌氧室与气浮沉降罐的水相出口连接，沉淀室与缓冲罐的水相进口连接;优选的，厌氧室、缺氧室、好氧室中设有填料床，填料床中填充有活性污泥与填料的混合物;更优选的，活性污泥在每一厌氧室、缺氧室或好氧室中的投加量为其单格容积的20%～30%。
所述厌氧室、缺氧室、好氧室和沉淀室顶部均设有移动盖板及排气口;好氧室内设有与风机连接的、给好氧室提供空气的曝气释放器;优选的，厌氧室设有三个，以产酸菌和硫酸盐还原菌等嗜盐、嗜碱微生物为优势菌群，其中的填料为悬浮填料，其填充率分别为各厌氧室单格容积的20%-40%，25%-45%，30%-50%;缺氧室设有一个，以反硝化细菌等嗜盐、嗜碱微生物为优势菌群，其中的填料为悬浮填料，其填充率为缺氧室单格容积的40%-60%;好氧室设有两个，以硝化细菌、氨氧化细菌等嗜盐、嗜碱微生物为优势菌群，其中的填料为组合填料，其水平间距为150mm-200mm。
所述沉淀室及其相邻的好氧室之间设有回流管，回流管经回流泵与缺氧室底部设置的回流口连通。
所述三级过滤罐的水相出口与回注站或配注站连接，包括一级石英砂单层滤料过滤罐、二级石英砂-磁铁矿双层滤料过滤罐、三级海绿石-磁铁矿双层滤料过滤罐;一级单层石英砂过滤罐的出水水质为含油量≤20mg/L，悬浮固体含量≤20mg/L，悬浮颗粒直径中值≤5μm，二级石英砂-磁铁矿双层滤料过滤罐的出水水质为含油量≤10mg/L，悬浮固体含量≤10mg/L，悬浮颗粒直径中值≤3μm，三级海绿石-磁铁矿双层滤料过滤罐的出水水质为含油量≤5mg/L，悬浮固体含量≤5mg/L，悬浮颗粒直径中值≤2μm。
第二方面，本发明提供一种油田采出水的深度处理方法，使用上述深度处理系统，将待处理的油田化学驱采出水排入气浮沉降罐进行油、水、泥三相初步分离，使油相排至收油罐，泥相排至污泥干化池，水相排入微生物一体化反应器中;同时向微生物一体化反应器中加入营养剂，水相和营养剂混合后依次填充厌氧室、缺氧室、好氧室和沉淀室，分别控制厌氧室、缺氧室和好氧室的氧化还原电位，使得不同嗜盐、嗜碱微生物大量繁殖成为优势菌群，以降解采出水中的有机物，进一步去除水相中的油相和悬浮固体杂质，油相和泥相分别排至收油罐和污泥干化池，水相排入斜板溶气气浮装置;斜板溶气气浮装置进行固液分离，泥相排至污泥干化池，水相排入三级过滤罐;经三级过滤罐过滤后，完成油田化学驱采出水的深度处理，最终出水水相的含油量≤5mg/L，悬浮固体含量≤5mg/L，悬浮颗粒直径中值≤2μm。
经气浮沉降罐初步分离的水相排入微生物一体化反应器，通过加药装置向微生物一体化反应器中加入营养剂后依次进行厌氧、缺氧、好氧的反应，降解油田化学驱采出水中的表面活性剂、聚合物和石油等有机物，使得油、水、泥三相分离;油相和泥相分别排至收油罐和污泥干化池，水相排入斜板溶气气浮装置;
具体为：
厌氧一室：水力停留时间3h～6h，上向流区流速0.6m/h～2.0m/h，折流区冲击流速2.40mm/s，上向流区填装悬浮填料，填充率20%-40%;
厌氧二室：水力停留时间3h～6h，上向流区流速0.6m/h～2.0m/h，折流区冲击流速2.40mm/s，上向流区填装悬浮填料，填充率25%-45%;
厌氧三室：水力停留时间3h～6h，上向流区流速0.6m/h～2.0m/h，折流区冲击流速2.40mm/s，上向流区填装悬浮填料，填充率30%-50%;
缺氧室：水力停留时间3h～6h，上向流区流速0.6m/h～2.0m/h，折流区冲击流速2.40mm/s，上向流区填装悬浮填料，填充率40%-60%;
好氧一室：水力停留时间3h～6h，上向流区填装组合填料，组合填料的间距为150mm-200mm，气液比(10～15):1;
好氧二室：水力停留时间3h～6h，上向流区填装组合填料，组合填料的间距为150mm-200mm，气液比(10～15):1，回流比为50%～100%。
待处理的油田化学驱采出水进入气浮沉降罐，沉降时间为6h～10h，水体下向流速0.15mm/s～0.35mm/s，回流比20%-40%，进行油、泥、水初步分离;
优选的，进入斜板溶气气浮装置的水力停留时间15min-35min，回流比20%～30%，回流水溶气压力0.4MPa-0.5MPa，去除脱落的生物膜，同时进行油、泥、水三相分离。
所述三级过滤罐中一级石英砂单层滤料过滤罐中滤料级配为0.5mm～1.2mm，滤速8m/h～10m/h，出水中含油量≤20mg/L，悬浮固体含量≤20mg/L，悬浮颗粒直径中值≤5μm;二级石英砂-磁铁矿双层滤料过滤罐中上层石英砂滤料级配为0.8mm～1.2mm，下层磁铁矿滤料级配为0.4mm～0.8mm，滤速为6m/h～8m/h，出水中含油量≤10mg/L，悬浮固体含量≤10mg/L，悬浮颗粒直径中值≤3μm;三级海绿石-磁铁矿双层滤料过滤罐中上层海绿石滤料级配为0.5mm～0.8mm，下层磁铁矿滤料级配为0.25mm～0.5mm，滤速为4m/h～6m/h，出水中含油量≤5mg/L，悬浮固体含量≤5mg/L，悬浮颗粒直径中值≤2μm，出水直接回注地下或作为深度水配制和/或稀释聚合物母液。
本发明提供了化学驱油田采出水的深度处理系统及处理方法，由气浮沉降罐、微生物一体化反应器、斜板溶气气浮装置和多级过滤罐等主要处理设备组成，是一套处理效果好、操作简单、安全可靠的成套深度处理系统。该深度处理系统和方法一则填补了油田化学驱采出水深度处理技术领域的空白，避免外排污染环境和罚款所带来的环保问题和经济成本问题;二则解决了化学驱采油大规模开发的同时，深度水水源短缺的问题，实现了注采平衡，同时为低渗透层油田实施复杂化学驱驱油开发提供地面配套技术支持;三则实现了化学驱采出水的自身循环、自身利用、自身产水回注自身区块这一总体目标，节省了大量的地面调水工程投资。
利用该深度处理系统处理化学驱采出水，尤其是三元复合驱采出水可使得最终出水达到含油量≤5mg/L、悬浮固体含量≤5mg/L，悬浮颗粒直径中值≤2μm的标准，既保证了三元复合驱的顺利实施，还能在保证化学驱采出水经处理后水质达标的前提下，获得巨大的经济效益和社会效益。（发明人赵秋实;古文革;陈忠喜;舒志明;房永;徐德会;杜丹）
