一种用于多源含油污水重力沉降工艺提效运行的方法技术

本发明专利技术涉及的是用于多源含油污水重力沉降工艺提效运行的方法，它包括：多源含油污水分类分级；建立多源含油污水沉降过程油滴力学平衡关系；将多源含油污水沉降过程油滴几何参数与油水界面层电行为进行关联；建构多源含油污水沉降过程油滴静电力作用模式；建立多源含油污水沉降分离性能评判模型与确定提效运行方式，根据沉降分离性能评判模型获取的油滴沉降速度，以污水中油滴在沉降速度下浮升达到应脱除油量的最短时间作为最佳沉降周期。本发明专利技术以污水中油滴在重力式沉降罐内的沉降速度大小来评判沉降分离性能，同时考虑沉降罐结构参数和油田污水处理工艺指标，以最佳沉降周期的确定来满足污水提效分离的需求，评判和提效方法科学清晰。法科学清晰。法科学清晰。

【技术实现步骤摘要】
一种用于多源含油污水重力沉降工艺提效运行的方法

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[0001]本专利技术涉及油田地面工艺中含油污水处理工艺，具体涉及的是一种用于多源含油污水重力沉降工艺提效运行的方法。

技术介绍
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[0002]含油污水处理作为油田地面工艺中不可或缺的环节，随着我国大部分油田开采步入高含水、特高含水阶段，以保证原油稳产为目标的多元化开发方式得到广泛的推广应用，这便带来了采出水庞大的规模和复杂的采出水水质特性，相应使得油田地面系统含油污水的处理压力日益增大，以我国东部大庆油田为例，目前年所需处理的含油污水体量接近6亿吨。一方面，在油田采出液含水率不断攀升的背景下，含油污水体量的增大对现有工艺设备负荷量和净化效率提出了挑战，污水处理量与回注量需求的匹配关系发生变化，注采水量矛盾问题不断凸显；另一方面，以水驱、聚合物驱、三元复合驱等为代表的多元化开发方式，分别通过补充地层能量、改变驱替相黏度、扩大驱替相波及体积及降低油水界面张力等技术手段使油井不同程度受效，相应地，聚合物、表面活性剂等驱油剂组分的残留使得含油污水呈现出性质复杂、黏度增大、油滴粒径变小和乳化稳定性增强等特点，不同开发方式所产生的多源含油污水给处理工艺的平稳高效运行带来了诸多难题，造成多源含油污水的处理效果无法得到保障(Sun Tao(孙涛)，Wang Jing(王静)，Wang Qian(王茜)，Meng Xiangjuan(孟祥娟)，Pan Zhaocai(潘昭才)，Zhao Jing(赵静)，Oil
‑
Gas Field Surface Engineering(油气田地面工程)，2020，39(04)：1～8)。含油污水通常采用两级沉降和一级过滤的“两段式”常规处理方式，对于聚合物驱和三元复合驱产出的复杂污水体系，含油污水经常规处理后往往无法满足水质指标和回注要求，此时污水则需进行经济成本较高的深度处理，而污水深度处理的成本和效果则直接受到常规处理阶段结果的制约，也就是说，含油污水处理的各级流程均离不开有效的初级沉降分离，沉降分离效果的好坏直接决定着含油污水常规及深度处理整体工艺的运行稳定性和经济合理性(Li Jiexun(李杰训)，Zhang Hongqi(张宏奇)，Wang Zhihua(王志华)，Numerical Optimization of Treatment Process for Polymer Flooding Produced Water and Water Quality Improvement(聚合物驱采出污水处理工艺数值优化及水质提升技术)，2022)。
[0003]重力沉降是以重力式沉降罐作为主要设施，依靠油水密度差来实现油水分离的含油污水初级处理工艺，是污水中油滴受到重力、浮力和粘滞阻力后在水中浮升和聚结的动态过程，沉降分离效率和效果会受到污水水质特性和沉降时间的多重影响(China National Petroleum Corporation(中国石油天然气集团公司)，Code for Design of Oil Field Produced Water Treatment(油田采出水处理设计规范)，2015；Yu Nan(余男)，Cao Guangsheng(曹广胜)，Bai Yujie(白玉杰)，Li Shining(李世宁)，Shan Jipeng(单继鹏)，Journal of Petrochemical Universities(石油化工高等学校学报)，2018，31(03)：55～60)。然而，分散于污水体系中的油滴在浮升过程将不可避免地受到油水界面层电行为的影响，在极性分子中由于组成成分不同，其吸引电子的能力各有差异，使得分子中有电子偏移
的现象，进而产生极性并且偶极持续存在，而固有偶极致使油滴表面产生极化电荷，使在污水中的油滴运动时始终受到排斥或吸附的静电力作用。同时，含油污水体系中多元组分共吸附作用也会激发油滴的界面电荷，与极化电荷耦合调控油水界面层的电行为，进一步影响着油滴在污水体系中的沉降性能。尽管重力沉降处理工艺作为最基本的分离工序，拥有广泛的应用、明确的原理和相对便捷的处理流程，尽管含油污水沉降分离的效果可以通过污水水质监测进行判定，但是，在来水水质特性差异明显的多源含油污水沉降分离过程中，尚未形成考虑污水水质变化和油水界面层电行为影响的系统性认识，多源含油污水重力沉降工艺沉降周期的确定方法更是依靠经验，缺乏科学性和可靠性，且沉降工艺的合理性与适用性也缺少依据。因此，突破传统认识中重力沉降分离的力学描述，实现在油水界面层电行为作用下多源含油污水重力沉降分离效果的评判，更加科学合理地确定多源含油污水沉降周期，建立适用于多源含油污水重力沉降提效运行的方法，对于含油污水处理平稳高效运行具有重要价值。

技术实现思路
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[0004]本专利技术的目的是提供一种用于多源含油污水重力沉降工艺提效运行的方法，这种用于多源含油污水重力沉降工艺提效运行的方法用于解决多源含油污水重力沉降分离时，对含油污水沉降分离效果缺乏科学评判的问题，尤其是解决考虑水质特性变化带来油水界面层电行为差异的多源含油污水重力沉降工艺最佳沉降周期确定，以及促进油田含油污水处理工艺整体效率提升和处理设施有效利用的技术难题。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：这种用于多源含油污水重力沉降工艺提效运行的方法：
[0006]步骤一、多源含油污水分类分级，利用最小二乘法拟合得到不同分级级别下油滴粒径与污水含油浓度之间的关系：
[0007]d＝f(c)
[0008]其中，c为污水的含油浓度，mg/L；
[0009]步骤二、建立多源含油污水沉降过程油滴力学平衡关系：
[0010][0011]其中，f为油滴所受的粘滞阻力，N；η为污水的黏度系数，Pa
·
s；v为油滴的沉降速度，m/s；d为油滴粒径，m；G为油滴所受重力和浮力之和，N；ρ
o
为油滴的密度，kg/m3；ρ
w
为沉降罐内污水水体密度，kg/m3；F
i
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j
为油滴与另一油滴之间的静电力，N；Q
i
为油滴所带的电荷量，C；Q
j
为另一油滴所带的电荷量，C；r为油滴与另一油滴之间的距离，m；
[0012]步骤三、将多源含油污水沉降过程油滴几何参数与油水界面层电行为进行关联，设油滴和另一油滴坐标分别为(x
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[0015]步骤四、建构多源含油污水沉降过程油本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于多源含油污水重力沉降工艺提效运行的方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一、多源含油污水分类分级，利用最小二乘法拟合得到不同分级级别下油滴粒径与污水含油浓度之间的关系：d＝f(c)其中，c为污水的含油浓度，mg/L；步骤二、建立多源含油污水沉降过程油滴力学平衡关系：其中，f为油滴所受的粘滞阻力，N；η为污水的黏度系数，Pa
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s；v为油滴的沉降速度，m/s；d为油滴粒径，m；G为油滴所受重力和浮力之和，N；ρ
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为另一油滴所带的电荷量，C；r为油滴与另一油滴之间的距离，m；步骤三、将多源含油污水沉降过程油滴几何参数与油水界面层电行为进行关联，设油滴和另一油滴坐标分别为(x
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其中，C
Q
为为为为为步骤五、建立多源含油污水沉降分离性能评判模型与确定提效运行方式，油滴沉降速度影响下的沉降分离性能评判模型：基于上述沉降分离性能评判模型，完成不同类别含油污水、不同等级序列下的沉降速度确定，沉降速度越大，沉降分离性能越好；反之，沉降分离性能越差；然后，按照沉降处理前的污水含油量和沉降工艺处理达标的污水含油量，确定该类别及等级序列含油污水重力沉降应实现的脱除油量，根据沉降分离性能评判模型获取的油滴沉降速度，以污水中油滴在沉降速度下浮升达到应脱除油量的最短时间作为最佳沉降周期，即：其中，T为最佳沉降周期，h；h2为沉降罐的高度，m；v为油滴的沉降速度，m/s；ρ
o
为油滴的密度，kg/m3；φ为沉降处理前的污水含油量，mg/L；φ'为沉降工艺处理达标的污水含油量，mg/L；由此，获得科学可靠的污水沉降周期，通过调节重力式沉降罐进水口和出水口控制阀门，实现对其布水单元和集水单元流速的调控，使进罐含油污水在重力式沉降罐内停留一个最佳沉降周期，进而保障含油污水的提效分离，完成多源含油污水沉降分离性能评判模型建立与提效运行方式的确定。2.根据权利要求1所述的用于多源含油污水重力沉降工艺提效运行的方法，其特征在于：所述步骤一具体为：将不同含油污水按照来源进行分类为水驱、聚合物驱、三元复合驱，划分类别依次记为A、B、C；利用激光粒度法分别测定不同类别含油污水的油滴粒径分布，油滴平均粒径通过加权平均法计算获取，即：其中，为油滴平均粒径，μm；v为油滴粒径对应的体积分数，％，d为油滴粒径，μm；将油滴平均粒径每增加10μm时所对应的含油浓度作为污水分级的界限标准，获取具有代表性的有限优化序列；利用最小二乘法拟合得到不同分级级别下油滴粒径与污水含油浓度之间的关系：
d＝f(c)其中，c为污水的含油浓度，mg/L。3.根据权利要求2所述的用于多源含油污水重力沉降工艺提效运行的方法，其特征在于：所述步骤二具体为：首先，对多源含油污水中的油滴进行受力分析，油滴在重力式沉降罐内的浮升过程受到竖直向下的重力、竖直向上的浮力、来自污水的粘滞阻力和油滴间的静电力作用；油滴刚开始浮升时，浮力大于重力，油滴沿着竖直方向向上做加速运动，随着浮升的速度越来越快，油滴所受的粘滞阻力也开始逐渐增大；当浮升速度增大到某个值时，重力、浮力、粘滞阻力和静电力四个力达到平衡，接着油滴开始沿着竖直方向向上做匀速直线运动，此时油滴的速度定义为沉降速度；步骤一获取的油滴粒径，根据斯托克斯定律、牛顿经典力学定律和库仑定律建立油滴的受力平衡关系：其中，f为油滴所受的粘滞阻力，N；η为污水的黏度系数，Pa
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s；v为油滴的沉降速度，m/s；d为油滴粒径，m；G为油滴所受重力和浮力之和，N；ρ
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为油滴的密度，kg/m3；ρ
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为沉降罐内污水水体密度，kg/m3；F
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j
为油滴与另一油滴之间的静电力，N；Q
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为油滴所带的电荷量，C；Q...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志华，戚向东，洪家骏，孙巍，李佳泠，张绪东，赵景原，刘丽丽，
申请(专利权)人：东北石油大学，
类型：发明
国别省市：