[發明專利]油田采出水氣浮處理用新型微氣泡發生器及其分析方法

在審

• 申請號: 201610945390.9
• 申請日: 2016-10-26
• 公開（公告）號: CN106629955A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 陳家慶;丁國棟;安杉;蔡小壘;王強強
• 申請（專利權）人: 北京石油化工學院
• 主分類號: C02F1/24
• 分類號: C02F1/24;C02F1/40;G06F17/50;C02F103/10
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司11260
• 代理人: 鄭立明,趙鎮勇

技術領域

本發明涉及一種油田采出水氣浮處理裝置，尤其涉及一種油田采出水氣浮處理用新型微氣泡發生器及其分析方法。

背景技術

石油開采過程中必然會相伴產生大量的采出水，尤其目前國內外多數主力油田處于開采的中后期，油井采出液中的含水率甚至高達90％以上。無論是達標排放，還是回注地層，或者是回用做鍋爐補給水，這些采出水都必須經過處理，而去除其中的油分和懸浮固體(SS)是處理的主要內容和目標。

雖然由于各油田采出水的理化特性不同，相應的處理工藝流程和配套設備也略有不同，但從單元處理技術上來講，不外乎有重力沉降、離心分離、氣浮、粗粒化、過濾、活性炭吸附、膜分離等。其中氣浮是一種應用較為普遍的單元處理技術，具有工藝成熟、成本低廉、處理量大等諸多特點，在很多油田的采出水處理工藝流程中得到了廣泛應用。例如，遼河油田的“斜板→浮選→過濾”流程，大港油田的“聚結分離→浮選→過濾”流程等，氣浮都是其中的關鍵性單元處理技術。

氣浮技術是通過某種方法產生大量的微細氣泡，并使其與污水中密度接近于水的固體懸浮物(SS)或液體污染物微粒相粘附，形成密度小于水的多相復合體，然后在浮力作用下上浮至水面形成浮渣層，最后通過去除浮渣層而實現固-液或液-液分離。應用氣浮技術的前提條件是產生數量足夠、粒徑大小符合要求的微細氣泡，目前的產生方式有溶氣析出氣泡、引氣制造氣泡、微孔發泡、剪切接觸發泡和電解析出氣泡等幾種。

由于油田采出水的來源和性質較為復雜，往往含有大量的固體懸浮物(SS)或機械雜質，容易使溶氣析出氣泡配套使用的填料式壓力溶氣罐或飽和溶氣罐(Saturator)發生堵塞而影響正常工作，此外還存在操作復雜和運行維護成本較高等不足，因此與溶氣析出氣泡相比，引氣制造氣泡在油田采出水處理中應用相對更為廣泛，相應的處理設備包括葉輪旋切氣浮設備和射流氣浮設備等，前者如Tridair Hydraulic^TM誘導氣浮系統、(Induced Static Flotation)系統、IGF分離器等都屬于此類產品，后者如Tridair^TM Mechanical IGF系統、氣浮系統、IGF系統等。令人遺憾的是，葉輪旋切氣浮設備和射流氣浮設備的最大缺點是所產生的氣泡粒徑較大，難以將除油效率提升到一個新的高度。因此，就油田采出水氣浮處理技術而言，迫切需要結構簡單、操作方便和運行維護成本較低且所產生氣泡粒徑較小的新型微細氣泡發生技術。

眾所周知，由于油田采出水來自地下數百米甚至數千米的地層深處，其中必然含有一些伴生氣的溶解組分，到達地面后在經過油氣分離器或三相分離器等集輸處理設備實施油、氣、水多相分離的過程中，雖然大部分溶解的伴生氣會隨著環境壓力的逐漸降低而以微細氣泡的形式析出，但到達采出水達標處理環節時其中仍然會殘存相當一部分溶解的伴生氣。如果能夠研制開發一種設備，對該環節的采出水施以劇烈的震蕩消能，就可以使殘存的這部分低飽和度溶解伴生氣在短時間內以微細氣泡的形式從采出水中析出。同時，這些微細氣泡自采出水中上浮時會攜帶油粒、固體懸浮顆粒(SS)等并一起浮升至水面，這樣就可以化不利因素為有利條件，大大簡化采出水的凈化處理工藝流程。這種通過對采出水施以劇烈的震蕩消能產生微細氣泡的方案構思，可以借助傳統加壓溶氣氣浮工藝中溶氣釋放器的結構理念來實現。溶氣釋放器作為常規加壓溶氣氣浮工藝中的重要設備，通過將填料式壓力溶氣罐或飽和溶氣罐(Saturator)中的溶氣水降壓消能，使溶解在水中的氣體析出，并以微細氣泡的形式釋放出來。顯然，溶氣釋放器降壓消能效果的好壞將直接影響到所產生氣泡的微細度和疏密度，進而影響氣浮處理效果。

最早的溶氣釋放器采用簡單錐閥結構，存在降壓消能效果差、生成微細氣泡數量少、微細度差等問題，因此新型溶氣釋放器的研制開發率先受到國外關注，并研制出了多種型號的系列化產品，如英國的WRC型和瑞典的AKA型等加壓溶氣氣浮用噴嘴。國內對于溶氣釋放器的研究起步較晚，但發展較快，目前體系最成熟、市場占有率最高的溶氣釋放器為同濟大學研制的TV型、TJ型和TS型系列。但客觀分析不難發現，這些溶氣釋放器的適用條件大多需要較高的溶氣過飽和度和較高的進水壓力，而且容易受機械雜質堵塞的影響。