粗粒化处理的材料优选

孙婉婷（东北石油大学，黑龙江大庆 163318）

粗粒化处理的材料优选

孙婉婷
（东北石油大学，黑龙江大庆 163318）

国内各大油田经过多年的开采开发，均已经进入“三高阶段”。过高的油田综合含水率打破了采出水与回注水量的平衡。因此，研究出一种新型的高效率污水处理工艺，适应现场实际生产需要，达到高效率、节能降耗的目的十分重要。研究的是近些年来出现的一种污水处理技术，粗粒化技术。通过粗粒化处理使小油滴聚结成较大的油粒，提高了油在水中的上浮速度，使得除油设施的整体除油效率大幅提高。分析了粗粒化技术的作用机理，进行了聚结材料的优选实验，确定出实验条件下具有较好处理效果的粗粒化材料。

粗粒化；油滴聚并；油水分离效率

在国内，各大油田均已进入高含水、高采油速度和高采出阶段。由于油田区块分布复杂且不同区块采出液的物性不尽相同，环境保护的要求逐年升高，这些因素都使得对油田污水处理设备的要求不断提高［1］。因此寻找先进有效的处理工艺、提高污水处理率成为解决油田含油污水处理问题的关键。

粗粒化技术是近年来研究的一种处理含油污水的工艺。在粗粒化材料的作用下含油污水中的小油滴聚结成较大的油粒，进而在浮力等作用力的作用下脱离粗粒化材料并利用油水比重迅速上浮，达到油水分离的目的［2］。

选择何种粗粒化材料是决定含油污水处理效果的关键。本文对各种粗粒化材料以及油田常用的粗粒化材料进行了解和介绍。通过室内实验的方法，确定在特定实验条件下具有较好聚结和分离效果的粗粒化材料。

1　粗粒化材料的作用原理及分类

粗粒化法又称聚结法，其定义是指利用一种或几种方法复合的方式，将流体中不相溶的分散相颗粒由小变大的过程。由于油、水对粗粒化材料的亲和力不同，因此当含油污水通过装有粗粒化材料的处理装置时，小油滴会滞留于粗粒化材料表面和空隙内，形成油膜，当油膜的厚度增大到一定程度时，便会在浮力、曳力等水力作用下脱离粗粒化材料表面并逐渐聚结成较大的油粒［3］。

现有常见的粗粒化材料从形状上分可分为粒状、纤维状和板状；从材质上可分为人造材料和天然矿石两大类，其中天然矿石具体有石英砂、蛇纹石和无烟煤，人造材料具体有聚丙 烯塑料球、陶粒等；从材料装填方式上分，粗粒化填料又可分为规整填料和散堆填料［4］。

在国内的油田生产中，粗粒化装置常采用粒状材料作为填料，具体为陶粒滤料、无烟煤滤料、核桃壳滤料、纤维球滤料和石英砂滤料［5］。

2　粗粒化材料的优选

污水处理效果好的粒状的粗粒化材料应具有良好的耐油性能，不能被油溶涨或溶解，同时又要具有一定的机械强度，不易磨损和板结，清洗方便［6］。此外，还需考虑其是否有充足的来源，价格是否便宜，加工、运输是否方便。

通过调研油田常用的几种处理含油污水的粗粒化材料，考虑每种材料的经济性及其来源是否广泛等，选择核桃壳、石英砂这两种材料进行室内优选试验。由于粗粒化技术不是单一作用的油水分离技术而是一种提高除油效率的方法，即粗粒化处理含油污水是在已有的油水分离器前加上粗粒化装置，以此大幅提高后续油水分离设备的除油效率［7］。对于本文所进行的实验，后续设备选择的是聚并等流型分离器。

2.1粗粒化材料优选实验步骤

实验流程在室内进行，实验介质采用白油和清水。油和水在螺杆泵的作用下从储液罐流出，在输出管路中进行混合，充分混合后的油水混合物首先进入套管与粗粒化材料充分接触，随后再进入装有粗粒化材料的聚并等流分离器中心管进行分离。实验操作后被分离以和未被分离的液体通过各自的管路再回到储液罐中，形成完整的循环系统。实验装置见图1。

具体操作流程如下：

（1）依次打开阀门，套管上输出管路的阀门及螺杆泵；

（2）调节储油罐、储水罐阀门的开度，待稳定后，利用密度法测量油水混合物在进入套管时的含水率，使其达到实验要求；

（3）调节油水分离器出口处的阀门，测量采出液体的含水率；

（4）调节进液量，使得油水混合物在进入套管时达到实验要求含水率，重复步骤2）、3）；

（5）更换沉降杯中的滤料，重复步骤2）～4）；

（6）实验结束，停泵，关闭电源。

图1　粗粒化材料优选实验装置图

2.2实验分析及结论

分别对沉降杯中装有石英砂、核桃壳滤料的分离器进行含水率为70%、80%、90%、95%、和的油水分离室内实验。

调节进液量，测量在不同含水率下经过装有核桃壳和石英砂滤料的油水分离器处理后，液体中的含水率，含水率值越大，则表明油水分离效果越好，即该材料的粗粒化效果越好。实验结果如图2～5所示。

图2　含水率70%时，核桃壳、石英砂分离器单杯液面下降速度与处理后含水率关系图

图3　含水率80%时，核桃壳、石英砂分离器单杯液面下降速度与处理后含水率关系图

从图2，3中可得，在不同含水率条件下石英砂、核桃壳材料的油水分离效果变化趋势大体相同。在单杯液面下降速度较低时，处理后液体的含水率大致相同。随着单杯液面下降速度逐渐增大，经过装有石英砂材料的分离器处理后的液体比经过装有核桃壳材料的分离器处理后的液体含水率高，即较多的油被分离出去，分离效果好。因此，实验条件下石英砂的分离效果要优于核桃壳。

分析认为，石英砂、核桃壳填料处理含油污水效果不同是因为：石英砂的粒径较核桃壳小且均匀，可以紧密堆积形成大量空隙，因此当含油污水通过时，溶液中的小油滴相互碰撞聚结的机会更多，更易在表面附着形成大粒径的油滴。因此，石英砂较核桃壳的粗粒化作用效果更好，含油污水处理能力更佳。

图4　含水率90%时，核桃壳、石英砂分离器单杯液面下降速度与处理后含水率关系图

图5　含水率95%时，核桃壳、石英砂分离器单杯液面下降速度与处理后含水率关系图

所以，经室内优选实验，最终确定石英砂为实验条件下含油污水处理效果较好粗粒化材料。

［1］ 魏敏.油田采油污水处理技术及面临的问题［J］.山东化工，2007（5）：19～22.

［2］ 陈李斌.国外油田含油污水处理技术现状与发展［J］.中国石油和化工，2005（3）：38-40.

［3］ 刘亚莉，吴山东，戚俊清.聚结材料对油品脱水的影响［J］.化工进展，2006（25）.

［4］ Michelet J F，Sangesland S.Downhole separation of oil and water［C］. In the Underwater Technology Conference Bergen，Norway.

［5］ MORVIN E Yost.Coalescence of water and oleophilic liquid dispersions by passage through a bed of anion exchange resin［P］.United States Patent：3，800，944，1974-04-02.

［6］ 顾大明，王吟，宋中健.粗粒化聚井法油水分离技术［J］.哈尔滨建筑大学学报，2005，35（2）：65-67.

［7］ 孙娜，林波，李风琴，等.水处理填料的研究进展［J］.江西化工，2005（4）：59-60.

Material Selection for Coalescence Treatment

Sun Wan-ting

After years of development，major oil fields in China has entered the “three stage”.With moisture content increased，the balance of water and the reinjection water is broken.Therefore，it is very important that developed a new type of high efficiency sewage treatment process，to adapt to the actual needs of production，achieve high efficiency，saving energy and reducing consumption. This subject，the research coalescence technology is a kind of wastewater treatment technology.Through the coalescence processing the size of little oil droplets become large，and so the oil droplets floating velocity becomes large，thus greatly improve subsequent addition to the oil facilities in the oil removal efficiency.Studies the coalescence technology，the optimization experiment of the material was done，and the coalescence materials with good treatment effect were determined.

coalescence；oil droplets coalescence；oil-water separation efficiency

X703

B

1003-6490（2016）05-0080-02