一种油田高温采出水资源化利用方法与系统与流程

1.本发明属于油田采出水处理领域，更具体地，涉及一种油田高温采出水资源化利用方法与系统。


背景技术：

2.在稠油热采油田开发中后期，会产生大量的高温采出水(70-90℃)。这些采出水经常规的除油除悬浮物处理后进行回注，浪费了其蕴含的大量的热资源。另一方面，热采锅炉需要消耗大量的能源和清水以满足油田生产需要。因此，如果能够将油田高温采出水处理后作为锅炉回用水，可实现能量和水资源的回收利用，极大的降低热采油田运行费用。
3.目前，针对油气田采出水常采用的资源化处理技术路线为：前处理 高级氧化 膜过滤 蒸发，针对不同采出水特性，应用不同的前处理及氧化工艺，能够较好的实现采出水资源化利用。但是，对于油田高温采出水，上述处理工艺仍存在以下问题：1)对高温采出水不适应。如专利《一种气田产出水的深度处理回用方法》cn108623083a提出了采用“臭氧催化氧化 a/o/mbr 高效除硬过滤 高压反渗透 卷式反渗透 mvr”的工艺，该工艺所得到的反渗透产水和蒸发产水回用于循环水补水，实现了气田产出水的深度处理回用。但是其中的a/o/mbr工艺和反渗透工艺对温度有严格的要求，生物处理一般低于40℃，反渗透膜一般低于50℃。2)污水热资源利用程度低，蒸发过程运行费用高。目前常用的蒸发工艺包括多效蒸发、机械压缩再蒸发等，这些过程通常对污水中的热资源利用不充分，需要消耗大量的新鲜蒸汽或电能以实现污水的蒸发脱盐，因此运行费用较高。
4.综上所述，目前亟需一种安全可靠、高效、低成本的油田高温采出水资源化利用处理技术。


技术实现要素：

5.本发明的目的是针对油田高温采出水的水质特性和上述技术工艺中存在的问题，提供一种油田高温采出水资源化利用方法与系统，针对性的去除油田高温采出水中的油类、悬浮物、成垢离子、cod、盐份等，安全、高效、低成本的实现油田高温采出水的深度处理与资源化利用。
6.为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种油田高温采出水资源化利用系统，该系统包括依次设置的预处理单元、臭氧催化氧化单元、化学软化单元和真空膜蒸馏单元；所述真空膜蒸馏单元包括供水子单元、真空冷凝产水子单元、计量子单元以及真空膜蒸馏组件；其中，
7.所述供水子单元用于将进料液体供给至真空膜蒸馏组件；
8.所述真空膜蒸馏组件用于蒸发进料液体中的水分；
9.所述真空冷凝产水子单元用于维持真空膜蒸馏组件真空侧的负压状态，并将产生的水蒸气冷凝后收集得到产品水；
10.所述计量子单元用于检测真空膜蒸馏过程中的流量、压力和温度中的至少之一。
11.本发明的另一方面提供了一种油田高温采出水资源化利用方法，该方法采用所述的油田高温采出水资源化利用系统，包括如下步骤：
12.s1：采用预处理单元去除高温采出水中的油类和悬浮物，得到预处理出水；
13.s2：采用臭氧催化氧化单元去除所述预处理出水中的有机物，得到臭氧催化氧化出水；
14.s3：采用化学软化单元去除所述臭氧催化氧化出水中的硬度，得到化学软化出水；
15.s4：采用真空膜蒸馏单元去除所述化学软化出水中的盐类和有机物，形成产品水和真空膜蒸馏浓水。
16.本发明具有如下的有益效果：
17.(1)本发明与现有的油气田采出水资源化利用技术相比，可实现50℃以上油田采出水的深度处理和资源化利用。
18.(2)本发明利用油田高温采出水自身的热量即可实现蒸发脱盐，运行中仅需消耗少量电能以维持负压状态，大幅度降低了蒸发运行费用。
19.(3)本发明系统的真空膜蒸馏单元与其他蒸发装置相比，真空膜蒸馏技术占地小、结构简单、配套装置少，极大降低了投资费用。
20.(4)本发明通过臭氧氧化和化学软化工艺，去除了高盐废水中容易引起膜污染的有机物和硬度，极大提高了真空膜蒸馏系统的稳定性和反洗周期。真空膜蒸馏单元设备简单易维护，产品水水质好。
21.(5)产品水能够满足锅炉回用水水质要求。
22.本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
23.通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
24.图1示出了本发明的一种油田高温采出水资源化利用方法的处理工艺流程图。
25.图2示出了本发明实施例1提供的一种油田高温采出水资源化利用系统的示意图。
26.其中，1-进水缓冲罐，2-进水泵，3-流量计，4-压力计，5-温度计，6-第一效真空膜蒸馏组件，7-第二效真空膜蒸馏组件，8-第三效真空膜蒸馏组件，9-换热器，10-产品水箱，11-真空泵，12-循环冷凝水箱，13-循环冷凝水泵。
27.图3示出了根据本发明实施例2提供的一种油田高温采出水资源化利用系统的示意图。
28.其中，1-进水缓冲罐，2-进水泵，3-真空膜蒸馏膜组件，4-换热器，5-产品水箱，6-真空泵，7-循环冷凝水箱，8-循环冷凝水泵，9-温度计，10-压力计，11-流量计。
具体实施方式
29.下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地
传达给本领域的技术人员。
30.本发明的一方面提供了一种油田高温采出水资源化利用系统，该系统包括依次设置的预处理单元、臭氧催化氧化单元、化学软化单元和真空膜蒸馏单元；所述真空膜蒸馏单元包括供水子单元、真空冷凝产水子单元、计量子单元以及真空膜蒸馏组件；其中，
31.所述供水子单元用于将进料液体供给至真空膜蒸馏组件；
32.所述真空膜蒸馏组件用于蒸发进料液体中的水分；
33.所述真空冷凝产水子单元用于维持真空膜蒸馏组件真空侧的负压状态，并将产生的水蒸气冷凝后收集得到产品水；
34.所述计量子单元用于检测真空膜蒸馏过程中的流量、压力和温度中的至少之一。
35.根据本发明，优选地，所述供水子单元包括：进水缓冲罐、进水泵、进水管线和出水管线。
36.根据本发明，优选地，所述真空膜蒸馏组件包括：料液进口、浓水出口、水蒸气出口和膜，在膜两侧分别形成有热侧和真空侧；所述供水子单元的出水管线与所述真空膜蒸馏组件的料液进口连接；所述料液进口和所述浓水出口均设置于所述真空膜蒸馏组件的热侧，所述水蒸气出口设置于所述真空膜蒸馏组件的真空侧；优选地，所述真空膜蒸馏组件中：所述真空膜蒸馏组件选自中空纤维式膜组件、板框式膜组件和管式膜组件中的至少一种；所述膜采用的材料为聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯和聚偏氟乙烯中的至少一种。
37.本发明中，根据需要，所述真空膜蒸馏组件可为多效真空膜蒸馏组件或一效。所述真空膜蒸馏组件可为多效时，上一效的真空膜蒸馏组件的浓水出口与下一效的真空膜蒸馏组件的料液进口连接；各效真空膜蒸馏组件的真空侧的水蒸气出口均与所述真空冷凝产水子单元的换热器连接；最后一效真空膜蒸馏组件的真空膜蒸馏浓水直接排出。优选地，所述真空膜蒸馏组件可为三效真空膜蒸馏组件。优选地，所述真空膜蒸馏组件为一效真空膜蒸馏组件时，所述一效真空膜蒸馏组件的浓水出口与所述进水缓冲罐连接，所述一效真空膜蒸馏组件对进入所述一效真空膜蒸馏组件的溶液进行循环处理，即收集产品水，同时浓水出口的出水回流至进水缓冲罐，进行循环处理，最后得到真空膜蒸馏浓水。
38.根据本发明，优选地，所述真空冷凝产水子单元包括：真空泵、换热器、产品水箱、循环冷凝水箱、循环冷凝水泵、水蒸气管线、冷凝管线和真空管线；所述真空冷凝产水子单元与所述真空膜蒸馏组件的水蒸气出口连接；优选地，所述真空冷凝产水子单元中：所述真空膜蒸馏组件的水蒸气出口、所述换热器、所述产品水箱、所述真空泵依次通过所述水蒸气管线、所述冷凝管线、所述真空管线连接；所述真空泵用于对所述真空膜蒸馏组件的真空侧提供运行压力；所述换热器、所述循环冷凝水箱、所述循环冷凝水泵互相连接，所述循环冷凝水箱和循环冷凝水泵用于为所述换热器提供冷凝条件。
39.本发明中，所述水蒸气通过水蒸气管线进入所述换热器冷凝液化为液体，所述液体通过所述冷凝管线流到产品水箱中；所述真空泵与所述产品水箱通过真空管线连接，所述真空泵通过抽取所述产品水箱上部的空气，从而通过所述冷凝管线、所述换热器和所述水蒸气管线给所述真空膜蒸馏组件的真空侧提供真空负压。
40.所述计量子单元包括：流量计、温度计和压力计；所述流量计、温度计、压力计分别用于显示所述真空膜蒸馏单元内的进料液体的流量、温度、压力。优选地，所述计量子单元中：所述温度计为至少一个，所述至少一个温度计设置于所述料液进口、所述浓水出口、所
述水蒸气出口、所述进水缓冲罐内和所述产品水箱内中的至少一处；所述压力计为多个，所述多个压力计设置于所述料液进口处和/或所述水蒸气出口处；所述流量计设置在所述进水泵的下游。
41.本发明的另一方面提供了一种油田高温采出水资源化利用方法，该方法采用所述的油田高温采出水资源化利用系统，包括如下步骤：
42.s1：采用预处理单元去除高温采出水中的油类和悬浮物，得到预处理出水；
43.s2：采用臭氧催化氧化单元去除所述预处理出水中的有机物，得到臭氧催化氧化出水；
44.s3：采用化学软化单元去除所述臭氧催化氧化出水中的硬度，得到化学软化出水；
45.s4：采用真空膜蒸馏单元去除所述化学软化出水中的盐类和有机物，形成产品水和真空膜蒸馏浓水。
46.本发明中：
47.步骤s1，油田高温采出水进入预处理单元，经过油、水、泥三相分离后，形成含少量油和悬浮物的预处理出水；油类物质并入集油管线收集，浮渣和污泥脱水后集中处理。
48.步骤s2，预处理出水进入臭氧催化氧化单元，通入细小臭氧气泡，反应一定时间后，形成臭氧催化氧化出水。
49.步骤s3，臭氧催化氧化出水进入化学软化单元，加入除硬药剂，反应一定时间后，进行沉降过滤，形成化学软化出水。
50.步骤s4，化学软化出水进入真空膜蒸馏单元进行脱盐和浓缩，形成产品水和真空膜蒸馏浓水；产品水直接用于锅炉回用水，真空膜蒸馏浓水可进一步结晶制盐或直接回注。
51.根据本发明，优选地，步骤s1中：
52.所述预处理单元的处理步骤包括重力除油、气浮、混凝沉降和过滤中的至少一种；
53.所述油田高温采出水的水质特征包括：油500-5000mg/l，悬浮物100-1000mg/l，总溶解性固体＞1
×
104mg/l，以caco3计，总硬度500-12000mg/l，温度＞70℃；
54.所述预处理出水的水质特征包括：油＜5mg/l，悬浮物＜1mg/l，粒径中值＜1μm，cod＜400mg/l。
55.根据本发明，优选地，步骤s2中，所述预处理出水在所述臭氧催化氧化单元的停留时间为0.25-2h，所述臭氧催化氧化单元的臭氧投加量与所述预处理出水中的cod的含量的浓度比为1:5-1:25。
56.根据本发明，优选地，步骤s3中，所述化学软化单元采用的除硬药剂为cao、na2co3、naoh、na3po4和na2hpo4中的至少一种，所述除硬药剂的反应时间为10-30min，以caco3计，化学软化出水的总硬度＜150mg/l。
57.根据本发明，优选地，步骤s4中：
58.所述真空膜蒸馏单元的真空侧的运行压力为-0.020mpa至-0.095mpa，进液温度＞50℃，膜通量控制在4-30l/(m2·
h)；
59.所述产品水的水质特征包括：总溶解性固体＜100mg/l，以caco3计，总硬度＜0.1mg/l，电导率＜150μs/cm，油＜1mg/l，悬浮物＜1mg/l，温度＞50℃；
60.所述真空膜蒸馏浓水的水质特征包括：总溶解性固体＞20
×
104mg/l。
61.下面结合图1、图2和图3，对本发明的一种油田高温采出水资源化利用方法与系统
作以详细说明。
62.实施例1
63.如图2所示，本实施例提供一种油田高温采出水资源化利用系统，该系统包括依次设置的预处理单元、臭氧催化氧化单元、化学软化单元和真空膜蒸馏单元；所述真空膜蒸馏单元包括供水子单元、真空冷凝产水子单元、计量子单元以及真空膜蒸馏组件；其中，
64.所述供水子单元用于将进料液体供给至真空膜蒸馏组件；
65.所述真空膜蒸馏组件用于蒸发进料液体中的水分；
66.所述真空冷凝产水子单元用于维持真空膜蒸馏组件真空侧的负压状态，并将产生的水蒸气冷凝后收集得到产品水；
67.所述计量子单元用于检测真空膜蒸馏过程中的流量、压力和温度中的至少之一。
68.所述供水子单元包括：进水缓冲罐1、进水泵2、进水管线和出水管线；
69.所述真空膜蒸馏组件为三效真空膜蒸馏组件，每效真空膜蒸馏组件均包括：料液进口、浓水出口、水蒸气出口和膜，在膜两侧分别形成有热侧和真空侧；所述供水子单元的出水管线与第一效真空膜蒸馏组件6的料液进口连接；所述料液进口和所述浓水出口均设置于每效真空膜蒸馏组件的热侧，所述水蒸气出口设置于所述每效真空膜蒸馏组件的真空侧；上一效的真空膜蒸馏组件的浓水出口与下一效的真空膜蒸馏组件的料液进口连接；各效真空膜蒸馏组件的真空侧的水蒸气出口均与所述真空冷凝产水子单元连接；第三效真空膜蒸馏组件8的真空膜蒸馏浓水直接排出。所述每效真空膜蒸馏组件为中空纤维式膜组件；所述膜采用的材料为聚偏氟乙烯。
70.所述真空冷凝产水子单元包括：真空泵11、换热器9、产品水箱10、循环冷凝水箱12、循环冷凝水泵13、水蒸气管线、冷凝管线和真空管线；所述真空冷凝产水子单元与所述每效真空膜蒸馏组件的水蒸气出口连接；所述真空泵11用于对所述每效真空膜蒸馏组件的真空侧提供运行压力；所述循环冷凝水箱12和循环冷凝水泵13用于为所述换热器9提供冷凝条件；每效真空膜蒸馏组件的水蒸气出口、所述换热器9、所述产品水箱10、所述真空泵11依次通过所述水蒸气管线、所述冷凝管线、所述真空管线连接；所述换热器9、所述循环冷凝水箱12、所述循环冷凝水泵13互相连接；
71.所述计量子单元包括：流量计3、温度计5和压力计4；所述流量计3、温度计5、压力计4分别用于显示所述真空膜蒸馏单元内的溶液的流量、温度、压力。所述温度计5为四个，所述四个温度计5分别设置于所述每效真空膜蒸馏组件的料液进口和所述浓水出口处；所述压力计4为两个，所述两个压力计4分别设置于所述第一效真空膜蒸馏组件6的料液进口处和第三效真空膜蒸馏组件8的水蒸气出口处；所述流量计3设置在所述进水泵2的下游。
72.实施例2
73.如图3所示，本实施例提供一种油田高温采出水资源化利用系统，该系统包括依次设置的预处理单元、臭氧催化氧化单元、化学软化单元和真空膜蒸馏单元；所述真空膜蒸馏单元包括供水子单元、真空冷凝产水子单元、计量子单元以及真空膜蒸馏组件；其中，
74.所述供水子单元用于将进料液体供给至真空膜蒸馏组件；
75.所述真空膜蒸馏组件用于蒸发进料液体中的水分；
76.所述真空冷凝产水子单元用于维持真空膜蒸馏组件真空侧的负压状态，并将产生的水蒸气冷凝后收集得到产品水；
77.所述计量子单元用于检测真空膜蒸馏过程中的流量、压力和温度中的至少之一。
78.所述供水子单元包括：进水缓冲罐1、进水泵2、进水管线和出水管线；
79.所述真空膜蒸馏组件3为一效真空膜蒸馏组件，所述真空膜蒸馏组件3包括：料液进口、浓水出口、水蒸气出口和膜，在膜两侧分别形成有热侧和真空侧；所述料液进口和所述浓水出口设置于所述真空膜蒸馏组件3的热侧，所述水蒸气出口设置于所述真空膜蒸馏组件3的真空侧；所述供水子单元的出水管线与真空膜蒸馏组件3的料液进口连接；所述真空膜蒸馏组件3的浓水出口与所述进水缓冲罐1连接，所述真空膜蒸馏组件3的真空侧的水蒸气出口与所述真空冷凝产水子单元连接；所述真空膜蒸馏组件3为中空纤维式膜组件；所述膜采用的材料为聚四氟乙烯；所述真空膜蒸馏组件3对进入所述真空膜蒸馏组3的溶液进行循环处理。
80.所述真空冷凝产水子单元包括：真空泵6、换热器4、产品水箱5、循环冷凝水箱7、循环冷凝水泵8、水蒸气管线、冷凝管线和真空管线；所述真空冷凝产水子单元与所述真空膜蒸馏组件3的水蒸气出口连接；所述真空泵6用于对所述真空膜蒸馏组件3的真空侧提供运行压力；所述循环冷凝水箱7和循环冷凝水泵8用于为所述换热器4提供冷凝条件；每效真空膜蒸馏组件的水蒸气出口、所述换热器4、所述产品水箱5、所述真空泵6依次通过所述水蒸气管线、所述冷凝管线、所述真空管线连接；所述换热器4、所述循环冷凝水箱7、所述循环冷凝水泵8互相连接。
81.所述计量子单元包括：流量计11、温度计9和压力计10；所述流量计11、温度计9、压力计10分别用于显示所述真空膜蒸馏单元内的溶液的流量、温度、压力。所述温度计9为五个，所述五个温度计9分别设置于所述料液进口、所述浓水出口、所述水蒸气出口、所述进水缓冲罐1内和所述产品水箱5内；所述压力计10为1个，所述1个压力计10设置于所述水蒸气出口处；所述流量计11设置在所述进水泵2的下游。
82.实施例3
83.本实施例提供了一种油田高温采出水资源化利用方法，本实施例处理的油田高温采出水为我国某稠油油田联合三相分离器出水，其主要水质特征包括：油750mg/l，悬浮物100mg/l，总溶解性固体17000mg/l，以caco3计，总硬度为1200mg/l，水温75℃。
84.该方法采用实施例2所述的油田高温采出水资源化利用系统，包括如下步骤：
85.s1：采用预处理单元去除高温采出水中的油类和悬浮物，得到预处理出水；所述预处理单元的处理步骤为重力沉降、二级气浮和二级过滤，其中，重力沉降停留时间为60min，气浮停留时间为20min，经预处理后，水质特性包括：油5mg/l，悬浮物1mg/l，粒径中值0.8μm，cod260mg/l。
86.s2：采用臭氧催化氧化单元去除所述预处理出水中的有机物，得到臭氧催化氧化出水；其中，臭氧投加量为20mg/l，停留时间为15min，经臭氧催化氧化单元处理后，出水的cod为50mg/l。
87.s3：采用化学软化单元去除所述臭氧催化氧化出水中的硬度，得到化学软化出水；所述化学软化单元采用氢氧化钠-碳酸钠沉淀法，即采用的除硬药剂为氢氧化钠与碳酸钠的组合物，所述除硬药剂的反应时间为15min；经化学软化单元后，以caco3计，出水总硬度为100mg/l。
88.s4：采用真空膜蒸馏单元去除所述化学软化出水中的盐类和有机物，形成产品水
和真空膜蒸馏浓水。真空侧的运行压力为-0.06mpa，进液温度75℃，膜通量控制在5l/(m2·
h)，收集产品水，同时浓水出口的出水回流至进水缓冲罐1，进行循环处理，最后得到真空膜蒸馏浓水。
89.所述产品水的水质特征包括：总溶解性固体10mg/l，电导率15μs/cm，以caco3计，总硬度0.05mg/l，含油和悬浮物均未测出，温度55℃；
90.所述真空膜蒸馏浓水的水质特征包括：总溶解性固体23
×
104mg/l。
91.以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。