本实用新型公开了一种用于油田注水的智能撬装式注水站，包括精细过滤单元、注水泵、恒温控制单元以及数字化控制系统；所述精细过滤单元的输入口通过管道连接有喂水泵；所述精细过滤单元的输出口通过管道连接至所述注水泵，所述注水泵分别与数字化控制系统以及恒温控制单元连接。本实用新型充分利用计算机技术、控制技术、通讯技术，完成智能稳流稳压、远程监控、数据处理，适应当前工业现代化模式，促进生产管理水平提高。该装置可实现连续、全自动全天稳流注水功能。
油田污水的特性 
1、概述 
原油开采及加工作业中不可避免产生大量的含油污水，这些污水若不加以处理排入环境，将严重污染地表水和农田，导致动植物的死亡和人类潜在疾病，给当地人民的生活造成严重危害。为此，原油工业每年要付出巨额的污染罚款。由于环境污染造成了工农关系紧张，使企业停产和农作物以及鱼虾死亡事件时有发生；若直接回注到地层，则会破坏地质结构，严重时会导致油井无法继续开采，损失日益紧张的宝贵原油资源。为此，世界各国都十分重视含油污水的处理和利用，其中大量经处理的油田污水最直接和体现经济性的用途就是回注到地层，以保持地层压力的平衡，进而使原油开采能够持续进行，并**限度的从地下获取资源。 
我国大部分油田采用注水方式采油，且目前大都已进入高含水期，尽管近些年来国内油田的水处理技术发展较快，但还不能完全适应发展的需要。随着我国对污染治理力度的加大，以及人们对油田采出水经处理后作为采油注水具有一系列优点的认识不断提高，油田采出水经深度处理后回用已愈来愈受到人们的重视。 
2、油田污水的与特点 
油田含油污水是一种成份十分复杂的有机、无机混合物，还涉及到有机物在水相与油相的分配，经过蒸汽热采、三次采油和其它处理工艺后，油中胶质沥青质，脂肪酸类物质，硫醇、类物质等在一定条件下以一定的形态进入水相，使水中有机物与油中有机物相对组成发生较大的变化。油中脂肪酸类物质及胶质沥青质是天然乳化剂，在热采、三次采油和地层运移过程中与油形成乳化油，所以污水中的油主要以乳化油和游离态油的形式存在，在沉降站进行油水分离后仍有相当部分残留在水相中。根据有关分析结果表明含油污水中的主要成份有重质原油、脂肪酸类物质、破乳剂、硫醇类物质、胶质类物质、硫化物、碳酸盐、硫酸盐等。因为水中残留的有机物和无机物组成复杂，给油田污水处理带来了一定的难度。尽管国内各油田水质各异，但总体看来具有以下特点： 
矿化度高，加速了腐蚀速度，同时也给污水生化处理造成困难； 
含油量高，远大于各种出路所要求的水质标准； 
含大量微生物,细菌大量繁殖不仅腐蚀管线而且还造成地层严重堵塞； 
含有大量生垢离子，采出水中含有so42-、 co3- 、ca2+、mg2+、 ba2+ 等易成垢离子； 
悬浮物（注聚区聚合物）含量高、颗粒细小、容易造成地层堵塞。 
3、油田污水杂质的组成 
含油污水来源不同，水体中油污染物的成分和存在状态也不同。油在污水水体中存在形式大致有以下5种： 
（1）悬浮油：进入水体的油分通常大部分以浮油形式存在，油珠颗粒较大，一般大于15µm,以连续相的油膜漂浮于水面而能被撇除，主要采用隔油池去除。此外，还可以采用分离法、吸附法、分散或凝聚法等去除。在炼油厂废水中悬浮油含油量约占含油量的60%~ 80%，浮油粒经较大，易于用隔油池去除。 
（2）分散油：粒经大于1µm的微小油珠悬浮分散于水相中，不稳定，可聚集成较大的油珠转化为悬浮油，也可能在自然和机械作用下转化为乳化油，可采用粗粒化方法去除。 
（3）乳化油：由于表面活性剂的存在，油在水中呈乳液状，易形成o/w型乳化微粒，粒径小于1µm，表面常常覆盖一层带负电荷的双电层，体系较稳定，不易上浮于水面，较难处理。面临的问题主要是破乳及cod的降解，一般采用浮选、混凝、过滤等处理方法。 
（4） 溶解油：油在水中溶解度甚小，一小部分油以分子状态或化学方式分散于水体中形成油—水均相体系，非常稳定，一般低于5 ~15mg/l，均难以自然分解，可采用吸附、化学氧化及生化方法去除。 
（5） 油—固体物：水体中的油粘附在固体悬浮物的表面形成油—固体物，可采用分离法去除。 
二、油田污水处理工艺技术现状 
目前大多数油田废水经处理后用于回注，其主要控制指标是含油量和悬浮物，主要利用二段和三段治理工艺进行净化。 
1、 三段治理流程 
三段式废水治理流程的主要治理构筑物是一次除油罐、二次混凝除油罐、压力过滤罐等。如图1所示。 
图1 三段废水治理工艺流程图 
　　从上图可以看出，从脱水站出来的含油废水先进入一次除油罐进行油水分离，除去浮油；然后废水进入二次混凝除油罐，进一步除去浮油和部分乳化油；从混凝除油罐流出的废水进入压力过滤罐，经过滤处理，除去了废水中的悬浮杂质和残余的油珠。通过以上过程，废水基本达到了回注的要求。三段处理流程具有适应性强的特点。废水含油量变化幅度较大时，一般也能满足回注所需水质的要求，但这种流程所需的治理构筑物比较多。 
2、 二段治理流程 
　　如图2所示，二段废水处理流程主要分为混凝除油和过滤两个部分。它的主要治理构筑物有：混凝除油罐和过滤罐。 
图2 二段废水治理工艺流程图 
随着破乳剂质量的不断提高，经电脱水的废水含油率也逐渐下降，而且废水温度越高，乳化程度较低，这就为简化废水治理流程创造了有利条件。二段废水治理流程正是在这种情况下，从三段治理的基础上简化而来。从图2可以看出，油田废水在除油罐混凝除油后，进入压力过滤罐，过滤后的废水直接用于回注。二段式具有流程简单，治理构筑物较少的优点，在进水质量较好的情况下，可满足回注水的要求。与三段式相比，采用二段式流程可节省25%的基建投资。 
3、 传统污水处理工艺技术存在的问题 
传统污水处理工艺技术均没有系统考虑来水的成份，更多关注的是污水本身所表现出来的特性，即腐蚀、结垢和细菌的大量孳生；因而采取的污水处理措施也只是头疼治头、脚疼治脚，通过加入缓蚀剂、杀菌剂、阻垢剂、絮凝剂和清洗剂等来解决整个污水系统存在的问题，使污水处理效果大打折扣，总铁含量超标，造成出站水质不稳定，注水管网沿线水质恶化，井口水质更难保证，因而使油田污水系统的腐蚀问题更加突出，管线、储罐的腐蚀穿孔和油管、套管的腐蚀损坏现象频繁发生，严重扰乱了油田正常的生产秩序，给油田造成巨大的经济损失。 
目前，国内大部分油田已进入三次采油阶段，用水驱来实现大规模生产，这就使得油田采出水中的聚合物含量不断增加，粘度也随之增加，乳化油更加稳定。原来的废水处理设施难以使污水处理达到回注水水质的标准。针对目前三次采油的现状，开发与之配套的采出水处理工艺已迫在眉睫。国内研究人员主要从两方面入手：一是开发小型高效水处理设备，如聚结器、旋流器等，加速油水分离速度；二是开发高效水处理药剂如混凝剂，降低采出水的粘度，破坏油水体系，达到油珠凝聚，加速分离目的。 
另外，随着油田用水量的提高，采油污水的产出量不断增加，已超过注水量的需求，不能全部用于注水；再加上有些区块地层渗透率低，对注水水质要求很严，处理后的采油废水达不到要求，只能注新鲜水；还有的地区注蒸汽采油，采油污水处理后达到锅炉水质标准也很难，所以，有一部分采油废水要排放到地表水体中。要使外排废水水质达到国家有关排放标准，对外排废水的codcr指标提出了相应的要求，过去的回注用水的处理工艺无法满足需要，这就给很多油田的采油废水处理提出了新的课题 
三、油田污水处理混凝处理的原理 
采用化学混凝及物理过滤的方法处理油田污水，突破了油田污水处理中常规的“三防”药剂处理，针对不同的油田污水，使处理后的污水水质达到注水水质标准，基本原理如下：油田污水具有较高的矿化度和温度，同时含有未除干净的原油及大量的悬浮物，使污水变得异常复杂，水中的和大量的细菌等在偏低的酸碱度下使水质极不稳定。采用在污水中加入碱，调整污水的酸碱度，使污水中的化学平衡得以破坏，hco3-不断离解为co32-和h+，大量的co32-和ca2+反应生成caco3沉淀，fe3+生成fe(oh)3沉淀，利用絮凝剂的网捕作用，与系统中的悬浮固体等一同快速沉降，从系统中排出，并利用oh-除掉srb，使腐蚀结垢受到抑制，形成不利于srb等细菌生长的稳定水体，水质变为稳定的水。 
  酸碱度对金属的腐蚀速度影响较大，ph值由6.0上升时，由于[h+]降低，氢的去极化过程减弱，腐蚀速度降低；当ph值大于7.0后，腐蚀主要由氧的去极化作用控制；当ph值大于8.0后，二者的作用都减至最弱，主要是由于fe(oh)3膜或feco3的形成并覆盖于金属表面，使腐蚀速度变慢。提高碱度，可控制腐蚀，同时由于ph值提高，hco3-更易转化为co32-,从而有利于caco3和或mgco3的形成。当ca2+和co32-的溶度积isp≥ksp时，caco3就会可能产生沉淀结垢，但caco3有时呈过饱和状态并不结垢，这是由于介稳区存在的原因。介稳区出现的原因是晶核生长过程中，由于水中离子或粒子的扩散速度的影响或者受到传质过程的控制造成的。若盐类在水中的溶解度较大，则水中溶解的离子和粒子浓度都较高，晶核形成后很容易生长，这时盐类溶解度曲线和晶体析出曲线可基本重合，而不会出现介稳区。但在微溶或难溶盐类的饱和溶液中，由于离子和粒子的浓度都很低，因此晶核形成后晶核并不生长，只有在离子或粒子浓度较高的过饱和溶液中，晶格才开始生长和析出晶体。所以介稳区可以认为是过饱和区，在这个区域中晶核形成但晶格并不能生长，晶体也不能析出。在一般情况下，腐蚀结垢是一对相互矛盾的统一体。水的ph值低，腐蚀严重，结垢倾向小，ph值高，腐蚀性小，结垢倾向增加。提高水的碱度，将会从溶解区穿过介稳区进入沉淀区，从而出现沉淀而结垢。处理后的污水水中hco3-大幅度下降，ca2+、mg2+总量有所下降，转化生成少量的co32-和水中的ca2+(mg2+)达到溶解平衡，使污水中体系处于介稳区，其稳定范围大。 
四、“水质改性”油田污水处理工艺技术 
1、基本原理： 
高ph值油田污水处理技术针对中原油田污水矿化度高、游离co2及hco3-含量高、多价金属离子含量高、细菌含量高、ph值低的特点，通过加入石灰乳来提高污水的ph值，打破水中co2—hco3-—co32-构成的弱酸弱碱缓冲体系，对水中具有很强腐蚀结垢倾向的h+和co32-进行调整，大大降低了污水的腐蚀和结垢特性，新生成的活性caco3与加入的絮凝剂共同作用，能够吸附除去水中的悬浮固体、悬浮油和铁离子，从而实现控制腐蚀、抑制结垢、去除污油、水质达标的目的。 
2、工艺流程： 
3、技术特点： 
1)全面而又系统地考虑了污水的成份和自身特性，从工艺和药剂两方面来改善水体性质，达到控制腐蚀、抑制结垢、抑制细菌、水质达标的目的，彻底改变了原来治标不治本的污水处理思路。 
2)基本解决了水系统的腐蚀、结垢问题，腐蚀速率控制到了0.076mm/a以下，注水管线设备的腐蚀穿孔次数大大减少,使用寿命延长。处理后各项水质指标全面稳定达标，滤膜系数达到30以上，满足了低渗油藏的注水开发需求，生产步入良性循环。污水处理综合费用有所降低。 
4、应用范围： 
适用于高矿化度、低ph值、腐蚀结垢严重的油田污水处理。 
5、应用效果： 
该技术1996年在中原油田多座污水站推广应用。处理后的水质稳定达标，系统腐蚀和结垢得到有效控制，注水管网、设备及井下油套管使用寿命大大延长，注水管网穿孔次数下降90%以上，注水井检管周期延长到5年以上，井下工艺措施得以正常开展，生产系统完全步入良性循环。 
6、存在的问题： 
“水质改性”技术在长期运行过程中，逐渐暴露出了污泥残渣量大、细菌产生抗药性、污水处理费用偏高等实际问题，特别是污泥残渣量大不仅难以处理，大量堆积给周边环境造成污染，而且对污泥进行浓缩、处理和运输工作量大，增加了污水站的运行成本，而水中的细菌长期在弱碱性条件下生存，产生抗药性，使油田常用的杀菌剂难以发挥作用，这些问题都需要进一步解决。 
五、预氧化油田污水处理技术 
1、预氧化技术介绍 
预氧化油田污水处理技术首先通过化学或电化学的方法对油田污水进行预氧化处理，在杀灭细菌的同时，彻底打破污水固有的胶体平衡，将污水中的fe2+全部转化为具有絮凝作用的fe3+，使其成为对污水净化有益的组分，在絮凝剂的作用下使污水中的悬浮物、乳化油等杂质小颗粒聚集成大颗粒，形成体积大、密度高、沉降快的絮体完全沉降，使水质得以净化达标。 
其技术特点是： 
①预氧化技术可分为化学预氧化和电化学预氧化，化学预氧化通过加入化学预氧化剂对污水进行预氧化处理，常用的预氧化剂包括h2o2、o3、naclo、cl2、clo3-、clo2等；而电化学预氧化则是充分利用油田污水富含nacl等可溶性无机盐的特点，通过电化学设备使水中发生电化学反应，产生中间态的强氧化性物质(勿需加入任何预氧化剂)，直接对水中的还原性成份进行预氧化处理。 
②化学预氧化方法不仅可以直接加入上述的预氧化剂，而且可以采用现有的二氧化氯发生器、臭氧发生器等设备，选择性强，容易实施。 
③电化学设备预氧化过程中，起作用的“药剂”是电子，通过“绿色”氧化作用起到杀灭细菌、净化水质的目的，减少了大量化学预氧化剂的使用，节约了资源和成本，符合“绿色化学工艺”的发展要求。 
④预氧化技术的应用，可在控制水体ph值在6.5～7.0条件下去除全部铁离子，提高水质稳定性，降低污泥产出量，并使细菌得到有效控制，污水处理综合成本有所下降。 
预氧化油田污水处理技术的应用效果：目前，预氧化技术已在中原油田各污水站推广应用，处理后的水质稳定达标，腐蚀速率和细菌含量均得到根本控制，污泥产量大幅度降低，较好地解决了高ph值污水处理存在的污泥和细菌两大难题，将油田污水处理工艺技术向前推进了一大步，其长期稳定运行必将产生巨大的经济和社会效益。 
采用预氧化工艺技术处理后的水质指标见表1，预氧化与水质改性技术工艺综合效益对比见表2。 
表1 不同工艺技术处理后的水质指标对比 
处理工艺 滤后水 
ph值 含硫 
(mg/l) 悬浮物 
(mg/l) 含油 
(mg/l) 含铁 
(mg/l) 滤膜 
表2 不同工艺技术的综合效益对比 
比较内容 “水质改性”技术 预氧化技术 
水质指标 达标 达标 
与地层水的ph值差异 大 小 
注水压力 逐年升高 不变，略有下降 
污泥产出量 大 比“水质改性”少75～90% 
水中细菌的控制 细菌产生抗药性 彻底杀灭细菌 
处理后水体的腐蚀结垢性 腐蚀、结垢得到有效控制 腐蚀、结垢得到有效控制 
污水处理药剂成本 0.80元/m3 0.60元/m3左右 
该项技术非常适合于细菌和铁离子含量较高、腐蚀严重及环保压力较高的油田污水处理。 
2、 配套的污水处理工艺技术 
1) 多层滤料过滤技术 
为满足特低渗油藏的注水需求，提高压力滤罐的过滤效果，对滤罐的集水系统进行了改进和完善，主要通过改变滤罐布水结构和布水方式，并采用三层滤料配置，有效提高了压力滤罐的过滤速度和精度，提高了滤罐的使用效率，保证了处理后的水质稳定达标。 
2) 排污、加药及反冲洗自动化技术 
油田污水处理中由于受产出水、洗井回水、掺入水量的不稳定等客观因素的，容易造成水量、水质的大幅度波动，单靠人工调节已经无法满足生产需求。自动化加药系统的应用，实现了药剂加入量随来水量及性质的变化而自动调节，提高了药剂使用效率，节约了药剂成本；自动排污技术的应用，实现了定时有效排出容器内沉积悬浮物目的，避免人为操作对污水处理的影响；自动反冲洗技术的应用，实现了根据过滤压力情况及时进行反冲洗操作，保证了滤后水质。通过排污、加药及反冲洗自动化技术的应用，大大减轻了工人的劳动强度，避免了人为操作和其它外部因素的影响，实现了水质平稳达标。 
3) 逆向流分离技术 
为了彻底去除来水中的悬浮物，沉降罐中必然产生大量的污泥，如不能够及时排出，很可能造成污泥沉积，影响污水沉降效果，甚至导致罐内构件损坏。逆向流分离技术通过合理的工艺结构和有关参数设计，为油、水和悬浮物三相有效分离创造了良好的条件。对沉降罐的改进主要有以下五个方面：改变布水管及集水管的相对位置，变泥、水顺向流为逆向流，增强泥水分离效果；将沉降罐底部的收泥盘管和导泥墙增加，消灭了污泥沉积死角；增加排污口，盘管内的污泥死区，增强盘管内污泥的流动性；在收泥盘管上部安装高压冲泥装置，定期用高压水冲击污泥，保持盘管上方污泥的流动性；实施排污自动控制，减少人工排污不及时造成的污泥淤积和堵塞。 
4) 高效加药混凝技术 
通过对含油污水处理过程中加入混凝、絮凝剂的净化机理研究，开发出高效混凝工艺，减少了工程投资，缩短了药剂混凝时间，在不破坏“矾花”的前提下，提高了药剂混合的均匀程度和混凝效果，既提高了药剂利用效率，又节约了药剂成本。 
5) 新型实用污泥处理技术 
针对含油污水处理过程中产生大量污泥的特点，开发了污泥自动输送和污泥压滤技术，使压滤后的污水含水低于50%，可以装车外运。但是，由于污泥产出量大，污泥中含有大量原油的无机盐，在分离和无害化处理上存在一定的难度，需要进一步研究。 
6) 化学预氧化与电化学预氧化油田污水处理技术 
7) 负压排泥技术 
8) 污泥处理与综合利用技术等等••••••
3、 配套污水处理药剂 
1) 预氧化剂： 
预氧化剂是一种新型油田污水处理剂。该药剂不仅能够将污水中的fe2+全部转化为具有絮凝作用的fe3+，提高污水絮凝净化效果，而且能够有效杀灭水中细菌，确保处理后的水质稳定达标。该剂可与其它油田污水处理剂配合使用。 
2) 絮凝剂： 
絮凝剂是为预氧化油田污水处理技术而研制的配套絮凝剂，该剂具有含油去除率高、絮凝效果好、沉降快等特点，可使处理后的污水达到很高的透光率。 
3) 助凝剂 
该剂是为预氧化油田污水处理技术而研制的配套污水处理剂，主要由无机盐和高分子材料复配而成。该产品能够有效去除污水含油及悬浮固体，提高絮凝效果。该剂分固体和液体两种，固体产品易于运输和贮存，液体产品适合现场没有配液装置的污水站使用。 
4) 水质稳定剂 
水质稳定剂作为预氧化油田污水处理技术的配套药剂，加入到滤后水中不仅能够对油田注入水起到良好的防腐作用，并能有效提高注入水的水的净化度和稳定性，正常情况下两种药剂可以交替使用。 
5)配套污水处理药剂的使用：预氧化剂＋絮凝剂＋助凝剂＋水质稳定剂，在对油田污水进行预氧化混凝沉降处理过程中，可以根据污水性质及成份的不同选择不同的药剂体系，最终通过试验对药剂体系及其加量进行筛选和优化。 
六、目前油田污水处理工艺技术需要解决的问题 
1、对油田污水处理技术的认识 
当然，预氧化油田污水处理技术需要解决的问题远不只是氧化，除了技术路线正确（包括药剂种类选择、加入量、加入位置和混合程度等因素）以外，还必须考虑解决工艺设施的合理配套和现场管理的准确到位问题。目前中原油田在用的污水处理工艺技术都是经过多年来的不断探索与实践形成的成熟技术，实际应用效果良好，既保证了注水水质全天候稳定达标，也使中原油田污水处理技术达到了同行业领先水平。 
经过多年来对油田污水处理技术的发展与实践，我们对油田污水处理问题总的认识是： 
1)、油田污水处理和水质达标是油田正常生产开发的一个重要环节，需要从源头抓起，采用的污水处理技术路线必须正确，配套药剂必须具有很强的针对性，并保证质量性能稳定； 
2)、污水处理工艺设施必须具备水质达标的基本条件：能使药剂与污水充分混合，并有足够的作用和絮体沉降时间，排污系统完善并能按要求及时排污并加以处理； 
3)、现场管理必须准确到位，建立健全各项管理规章制度，严格按工艺技术要求进行操作，加大监督考核力度，确保制度落实。药剂、工艺和管理三个方面，忽视了任何一方，其它各方也会偏废，严重影响污水处理技术的应用效果。 
2、需要解决的问题 
随着全球范围水资源短缺的加剧，以及人们对环境污染认识的加深，油田污水处理后回用已经越来越受到重视，油田污水处理工艺技术的发展需要解决以下问题： 
1).新型水处理药剂的研制和开发 
混凝剂是油田采出水、钻井污水等处理中重要的药剂，研制混凝能力强、能够快速破乳、沉降速度快、絮凝体体积小、在碱性和中性条件下同样有效的新型混凝剂，是水处理药剂开发者致力的方向。近年来，研制和应用原料来源广的聚合铝、铁、硅等混凝剂成为热点，无机高分子混凝剂的品种已经逐步形成系列；而在有机方面，有机混凝剂复合配方的筛选和高聚物枝接是研究的重点。 
2).先进设备的研制和新技术的应用 
目前开发出的横向流含油污水除油器，光催化等高级氧化技术，电絮凝技术等都取得了较好的效果。另外，微波能技术和超声波技术也都是今后研究的重点。 
3).生物处理技术 
生物处理技术被认为是未来最有前景的污水处理技术，一直是水处理工作者研究的重点和难点。特别是近年来，基因工程技术的长足发展，以质粒育种菌和基因工程菌为代表的高效降解菌种的特性研究和工程应用是今后污水生物处理技术的发展方向。 
4).膜分离技术的研究及推广 
膜分离技术用于油田污水处理，目前尚处于工业性试验阶段，难以大规模工业应用的原因主要是膜的成本和膜污染问题。因此，今后的研究重点是：开发质优价廉的新材料膜；减少膜污染的方法；清洗方法的优化以及清洗剂的开发。 
5).开发工艺更为先进的复合反应器，提高处理效率，减少占地面积。 
膜生物反应器工艺，作为膜分离技术和生物处理技术的结合体，集中了两种技术的优点，已经在一些工业废水处理中应用，但目前未见其应用于油田污水处理的报道。但就其自身特点而言，膜生物反应器应用于油田污水处理的趋势已经不可逆转。

---

德州华海石油机械股份有限公司
曹志军
13793464602
山东德州 经济开发区乐普大道西李相庄工业园