申请日2009.10.31
公开(公告)日2010.05.19
IPC分类号C02F103/10; C02F1/74
摘要
本发明公开了一种利用空气对油田污水进行预氧化处理的方法。该方法包括步骤：将空气引入油田污水中，在油田污水中形成游离氧或溶解氧;利用游离氧或溶解氧的氧化能力，将油田污水中亚铁离子氧化成铁离子，铁离子水解生成Fex(OH)m(3x-m)+胶体沉淀，同时将硫化物氧化成单质硫;通过絮凝、沉降和过滤去除单质硫。该法提高了处理后油田污水的热力学稳定性，使其在向配水间、井口的输送过程中水质不发生变化，悬浮物含量不增加，在井口仍能达标;在预氧化过程中，不使用化学药剂，具有不额外产生污泥、无污染，有利于节约资源和成本，符合“绿色化学”工艺;本发明预氧化过程，操作简便安全，易于调控和实现自动化，对水量大小有广泛的适应性，便于推广和应用。
翻译权利要求书
1.一种利用空气对油田污水进行预氧化处理的方法，其特征在于包括以下操作步骤：
将空气引入油田污水中，在油田污水中形成游离氧或溶解氧;利用游离氧或溶解氧的氧化能力，将油田污水中亚铁离子氧化成铁离子，铁离子水解生成Fex(OH)m(3x-m)+胶体沉淀，同时将硫化物氧化成单质硫;然后通过絮凝、沉降和过滤去除单质硫。
2.根据权利要求1所述的一种利用空气对油田污水进行预氧化处理的方法，其特征在于：所述空气的有效成分为氧气;所述硫化物为硫化氢、硫氢根离子和硫离子。
3.根据权利要求1所述的一种利用空气对油田污水进行预氧化处理的方法，其特征在于：所述将空气引入油田污水是采用将压缩空气引入油田污水中。
4.根据权利要求1所述的一种利用空气对油田污水进行预氧化处理的方法，其特征在于：所述将空气引入油田污水是利用油田污水的流动动力将空气吸入油田污水中。
5.根据权利要求4所述的一种利用空气对油田污水进行预氧化处理的方法，其特征在于：所述吸入是在油田污水流经狭窄处时，油田污水的高流速将空气吸入油田污水中。
6.根据权利要求4所述的一种利用空气对油田污水进行预氧化处理的方法，其特征在于：所述吸入是利用沉降罐液位与出水管中液位差，油田污水从沉降罐向出水管溢流时向下的冲击动力将空气吸入油田污水中。
说明书
一种利用空气对油田污水进行预氧化处理的方法
技术领域
本发明涉及一种利用空气对油田污水进行预氧化处理的方法，属于油田采出水处理领域。
背景技术
在油田的原油开采过程中，从地下采出的含水原油称“采出液”或“产出液”，从采出液分离出来的水称为“油田采出水”，也称“油田产出水”或“油田污水”。
在油田进入注水开发阶段后，会产生大量的油田污水。油田污水是一种集悬浮固体、油、溶解气体和溶解盐于一体的多相体系，其中含有悬浮固体、胶体粒子、分散油及浮油、乳化油等杂质，与水形成溶胶状态的细小胶体微粒。出于环境保护和节约资源的考虑，需要对这些污水进行处理，设法将悬浮固体、胶体、分散油及浮油除去，以便回注地层重复使用。在污水处理过程中，仅仅利用重力自然沉降不能除去这些微粒，必须通过化学作用使溶胶以不同的方式脱稳、凝聚或絮凝，变成较大的颗粒后才能沉降分离。同时，杀灭细菌、降低污水的腐蚀性和结垢倾向。
目前油田污水主要采用“三段式”流程处理，即收油、沉降和过滤。Fe2+、H2S、HS-、S2-在污水中的溶解度较大，通过上述的沉降和过滤无法将其除去。但Fe2+会逐渐被氧化形成Fex(OH)(3x-m)m+胶体颗粒;同时，Fe2+还能与硫酸盐还原菌(SRB)的还原产物S2-作用，形成(FeS)x黑色胶体沉淀。有关化学反应如式(1)和(2)。
Fe2++O2→Fex(OH)(3x-m)m+↓ (1)
xFe2++xS2-→(FeS)x (2)
Fex(OH)(3x-m)m+胶体和(FeS)x胶体在污水中主要以悬浮固体和垢的形式存在，即生成新的悬浮固体(SS)，使水质恶化。因此按此流程处理的油田污水不能全部达到油田注入水的各项标准(SY/T 5329-94《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》)要求，即使有些指标在污水处理站能达标，但由于处理后污水的热稳定性差，会沿流程恶化，到达注水井时，水质也不达标，堵塞地层。因此，要想提高处理后污水的热力学稳定性，就需要设法除去污水中的Fe2+、H2S、HS-、S2-等还原性物质。
化学“预氧化”和电化学“预氧化”均可将污水中的Fe2+氧化成具有凝聚作用的三价铁离子，使其成为对污水净化有益的组分，同时可将H2S、HS-、S2-、FeS等硫化物氧化成单质硫，随后通过絮凝、沉降、过滤而分离去除，提高处理后污水的热力学稳定性。同时，使污水中的悬浮物、乳化油等杂质小颗粒聚集成大颗粒，形成体积大、密度高、沉降快的絮体，从水体中完全沉降、分离出来。最终达到净化水质，杀灭细菌、控制腐蚀、抑制结垢，使处理后污水的各项指标均能满足油田注入水。化学“预氧化”通过向污水中添加、使用如氯气、氯的含氧酸及其盐、双氧水等氧化剂实现预氧化目的。该方法在污水处理过程中需要大量消耗化学氧化剂，这对生产油气的油田而言极其危险;电化学“预氧化”指向污水通电电解实现预氧化目的，如专利CN 1562781A《一种电解处理油田污水的方法》所述，但该方法需要消耗电能。
目前在国内，已经有相关研究人员对油田污水进行曝气处理，但是其目的是使经曝气处理后的污水代替清水来配制聚合物溶液，而本发明是使污水中的还原性物质如Fe2+、H2S、HS-和S2-氧化，并通过絮凝沉降从污水中分离，提高污水热力学稳定性，最终达到稳定水质的目的，因此目前尚无利用空气(氧气)对油田污水进行“预氧化”处理的报道。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种利用空气对油田污水进行预氧化处理的方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种利用空气对油田污水进行预氧化处理的方法，包括以下操作步骤：
将空气引入油田污水中，在油田污水中形成游离氧或溶解氧;利用游离氧或溶解氧的氧化能力，将油田污水中亚铁离子氧化成铁离子，铁离子水解生成对污水处理有益的成分Fex(OH)m(3x-m)+胶体沉淀，同时将硫化物氧化成单质硫;然后通过絮凝、沉降和过滤去除单质硫。
所述空气的有效成分为氧气;所述硫化物为硫化氢(H2S)、硫氢根离子(HS-)和硫离子(S2-)。
所述将空气引入油田污水是采用将压缩空气引入油田污水中(如图1所示)。
所述将空气引入油田污水是利用油田污水的流动动力将空气吸入油田污水中。
所述吸入是在油田污水流经狭窄处时，油田污水的高流速将空气吸入油田污水中;依据文丘里原理，当流量一定时，流速与截面积呈反比。流速越高，压力越低。污水流动在流经细颈处时，就可将空气吸入污水处理系统中，如图2所示。
所述吸入是利用沉降罐液位与出水管中液位差，油田污水从沉降罐向出水管溢流时向下的冲击动力将空气吸入油田污水中;由扩散泵的工作原理可知，液体流动时可将周围气体分子携带者一起流动。污水从沉降罐向下溢流的冲击力可将空气携带吸入污水处理系统中，如图3所示。
本发明通过氧化作用除去污水中的Fe2+、H2S、HS-、S2-和各种硫化物等还原性物质，包括使Fe2+转化成有净水作用的Fex(OH)(3x-m)m+;同时将H2S、HS-、S2-和各种硫化物转化成单质硫，并通过絮凝、沉降、过滤将它们从污水中分离出去。由于处理后污水中不含质Fe2+、H2S、HS-、S2-以及各种硫化物等，从而避免处理后污水在向井口输送过程中，重新生成Fex(OH)(3x-m)m+、(FeS)x等杂质，以达到提高处理后油田污水热力学稳定性的目的，使处理后污水在向配水间、注水井的输送过程中，水质不发生变化，处理后的污水不仅能在污水处理站达标(SY/T 5329-94)，而且在外输至井口时也能达标。
本发明可单独实施，其流程如图4所示：将空气引入从三相分离器分离出的油田污水中，对还原性物质进行预氧化，然后进行絮凝、沉降和过滤，即可外输、回注地层。
当空气的氧化能力不足以将污水中的还原性物质全部氧化，本发明可作为前级氧化与化学预氧化(图5)或电化学预氧化(图6)配合使用。从三相分离器分离出的油田污水，首先用空气进行预氧化，再补加少量化学氧化剂或进行电化学“预氧化”，将污水中剩余的还原性物质全部“预氧化”，最后进行絮凝、沉降和过滤，即可外输、回注地层。
在三次采油配聚水的处理过程中一般是避免氧化反应，因为配聚水中的亚铁离子和硫化物与氧反应之后生成的物质会使配聚水的粘度降低;但是本发明在处理油田污水的过程中创造性地利用空气中的氧气的氧化作用，与亚铁离子和硫化物进行氧化反应后产生的物质，通过絮凝、沉降和过滤方式去除，提高了油田污水的稳定性。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：(1)采用本发明方法可用极低成本将污水中部分、大部甚至全部还原性物质氧化;(2)本发明方法提高了处理后油田污水的热力学稳定性，使其在向配水间、井口的输送过程中水质不发生变化，悬浮物含量不增加，水质不恶化，在井口仍能达标;(3)在本发明的电解步骤中，起作用的“化学试剂”是空气中的氧气。在预氧化过程中，不使用化学药剂，因此具有不额外产生污泥、污泥量少、无污染，有利于节约资源和成本，符合“绿色化学”工艺;(4)本发明的“预氧化”过程，操作简便、安全，易于调控和实现自动化，对水量大小、水质不同有广泛的适应性，便于推广和应用。