[发明专利]油田采出水气浮处理用新型微气泡发生器及其分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种油田采出水气浮处理装置，尤其涉及一种油田采出水气浮处理用新型微气泡发生器及其分析方法。

背景技术

石油开采过程中必然会相伴产生大量的采出水，尤其目前国内外多数主力油田处于开采的中后期，油井采出液中的含水率甚至高达90％以上。无论是达标排放，还是回注地层，或者是回用做锅炉补给水，这些采出水都必须经过处理，而去除其中的油分和悬浮固体(SS)是处理的主要内容和目标。

虽然由于各油田采出水的理化特性不同，相应的处理工艺流程和配套设备也略有不同，但从单元处理技术上来讲，不外乎有重力沉降、离心分离、气浮、粗粒化、过滤、活性炭吸附、膜分离等。其中气浮是一种应用较为普遍的单元处理技术，具有工艺成熟、成本低廉、处理量大等诸多特点，在很多油田的采出水处理工艺流程中得到了广泛应用。例如，辽河油田的“斜板→浮选→过滤”流程，大港油田的“聚结分离→浮选→过滤”流程等，气浮都是其中的关键性单元处理技术。

气浮技术是通过某种方法产生大量的微细气泡，并使其与污水中密度接近于水的固体悬浮物(SS)或液体污染物微粒相粘附，形成密度小于水的多相复合体，然后在浮力作用下上浮至水面形成浮渣层，最后通过去除浮渣层而实现固-液或液-液分离。应用气浮技术的前提条件是产生数量足够、粒径大小符合要求的微细气泡，目前的产生方式有溶气析出气泡、引气制造气泡、微孔发泡、剪切接触发泡和电解析出气泡等几种。

由于油田采出水的来源和性质较为复杂，往往含有大量的固体悬浮物(SS)或机械杂质，容易使溶气析出气泡配套使用的填料式压力溶气罐或饱和溶气罐(Saturator)发生堵塞而影响正常工作，此外还存在操作复杂和运行维护成本较高等不足，因此与溶气析出气泡相比，引气制造气泡在油田采出水处理中应用相对更为广泛，相应的处理设备包括叶轮旋切气浮设备和射流气浮设备等，前者如Tridair Hydraulic^TM诱导气浮系统、(Induced Static Flotation)系统、IGF分离器等都属于此类产品，后者如Tridair^TM Mechanical IGF系统、气浮系统、IGF系统等。令人遗憾的是，叶轮旋切气浮设备和射流气浮设备的最大缺点是所产生的气泡粒径较大，难以将除油效率提升到一个新的高度。因此，就油田采出水气浮处理技术而言，迫切需要结构简单、操作方便和运行维护成本较低且所产生气泡粒径较小的新型微细气泡发生技术。

众所周知，由于油田采出水来自地下数百米甚至数千米的地层深处，其中必然含有一些伴生气的溶解组分，到达地面后在经过油气分离器或三相分离器等集输处理设备实施油、气、水多相分离的过程中，虽然大部分溶解的伴生气会随着环境压力的逐渐降低而以微细气泡的形式析出，但到达采出水达标处理环节时其中仍然会残存相当一部分溶解的伴生气。如果能够研制开发一种设备，对该环节的采出水施以剧烈的震荡消能，就可以使残存的这部分低饱和度溶解伴生气在短时间内以微细气泡的形式从采出水中析出。同时，这些微细气泡自采出水中上浮时会携带油粒、固体悬浮颗粒(SS)等并一起浮升至水面，这样就可以化不利因素为有利条件，大大简化采出水的净化处理工艺流程。这种通过对采出水施以剧烈的震荡消能产生微细气泡的方案构思，可以借助传统加压溶气气浮工艺中溶气释放器的结构理念来实现。溶气释放器作为常规加压溶气气浮工艺中的重要设备，通过将填料式压力溶气罐或饱和溶气罐(Saturator)中的溶气水降压消能，使溶解在水中的气体析出，并以微细气泡的形式释放出来。显然，溶气释放器降压消能效果的好坏将直接影响到所产生气泡的微细度和疏密度，进而影响气浮处理效果。

最早的溶气释放器采用简单锥阀结构，存在降压消能效果差、生成微细气泡数量少、微细度差等问题，因此新型溶气释放器的研制开发率先受到国外关注，并研制出了多种型号的系列化产品，如英国的WRC型和瑞典的AKA型等加压溶气气浮用喷嘴。国内对于溶气释放器的研究起步较晚，但发展较快，目前体系最成熟、市场占有率最高的溶气释放器为同济大学研制的TV型、TJ型和TS型系列。但客观分析不难发现，这些溶气释放器的适用条件大多需要较高的溶气过饱和度和较高的进水压力，而且容易受机械杂质堵塞的影响。