本發(fā)明屬于油田開發(fā)地面工程稠油采出水處理技術領域，特別是應用于國內外SAGD(Steam Assisted Gravity Drainage蒸汽輔助重力泄油)稠油開發(fā)中產生的高溫、低油水密度差和高乳化度的采出水處理中。

背景技術：

目前國際通行的油田采出水處理技術主要為重力沉降除油、氣浮、旋流除油器、過濾等除油工藝，出水再進行除鹽和軟化處理，然后用于鍋爐給水。由于稠油開采的采出水溫度較高，不適于利用生物法處理，主要使用的物理和物理化學處理方法有：

物理法:物理法主要利用物理原理分離水中的油、固體懸浮顆粒等雜質，物理法主要包括重力沉降分離法、旋流除油器去除法、平流式除油池分離以及過濾法。

物理化學法：對于采出水中存在分散油、乳化油及以分散態(tài)、溶解態(tài)、膠體物質存在的懸浮物時，不能單獨采用物理法去除，需要進行化學和物理結合的方法去除。主要包括混凝沉淀、氣浮法、化學藥劑反應池等方法。

一般采出水處理系統(tǒng)的進水的含油為2000ppm，懸浮物為300ppm，系統(tǒng)總出水要求為含油和懸浮物均低于5ppm，采出水處理系統(tǒng)常見工藝流程為除油罐+氣浮機+過濾器，針對于每段流程的處理設施略有不同。目前存在問題主要有兩個方面，一是作為第一級的除油罐處理效率有待進一步提升，二是需要應用更加高效穩(wěn)定的處理工藝來彌補單純物理法的不足，現(xiàn)有技術特點及不足之處如下：

目前除油罐作為除油工藝的第一級處理設施，接受了含油2000ppm，懸浮物為300ppm的采出水原水水質，設計出水指標一般為含油小于300ppm、懸浮物小于150ppm，除油罐的設計除油率一般達90％，懸浮 物去除率達50％，但投資小于后端氣浮和過濾器，屬于除油系統(tǒng)達標運行首要關注因素。因除油罐出水不達標而造成后端氣浮和過濾設備影響總系統(tǒng)出水水質，進而對后端的MVC(降膜蒸發(fā)除鹽)等除鹽設施帶來破壞，并將導致高額的維修費用。因此保證處于整個除油工藝和除鹽工藝最前端作為第一級處理設施的除油罐的處理效果是減輕后端處理壓力、保證后端穩(wěn)定運行的關鍵所在。目前國外常用的除油罐主要有以下兩種形式：

平流式除油罐:該除油罐為水平流式，罐內部安裝有豎直擋板，將罐體分割為幾部分，相鄰部分設過流通道，整體形成一個水平折流式除油罐。由于分隔開幾部分，因此在有限的罐圓周截面積內形成較長的過流通道，水流流過時，油珠由于密度小于水而上浮至液面上部，從進水口至出水口，較大粒徑的油珠依次完成上浮全過程，在除油罐頂部被收集排出，較小的油珠由于上浮速度小未能完成上浮去除過程而隨水流進入下一級流程。

普通豎流除油罐:該除油罐為立式除油罐，水流總體來說為豎直流，進水通過罐中心筒上的出水箱出水，水箱出水采用管路出水，水流經(jīng)配水管分配后垂直向下流，最后進入罐底收水口收集后排出罐外。

這些用于采出水的除油罐只考慮了油水密度差帶來的油珠上浮效應，但未從油珠粗?；纳啤⑻岣呱细∷俣确矫孀龈靖倪M，且對來水波動性適應性較差，需針對均勻集配水、改善罐內水流態(tài)、改進排泥方式等方面進行優(yōu)化

另一方面，國外大多數(shù)油田采出水處理工藝較單一，主要為物理流程即氣浮流程，對來水波動性、水質差異性適應性較差，由于前段除油罐和氣浮出水的不穩(wěn)定造成過濾器濾料污染而停用的情況時有發(fā)生，且對于系統(tǒng)腐蝕、結垢沒有專門的解決措施，藥劑成本較高，且目前使用的藥劑混凝反應沉降工藝不成熟，不適應油田采出水處理工程建設高效處理、水質穩(wěn)定達標的要求。

綜上所述，現(xiàn)有技術中采出水處理主要存在以下幾個問題：

1)除油罐方面：

a、集水配水不均勻：以上兩種除油罐均采用進水口大股進水的方式，水流進入罐中時擾動較大，沒有均勻配水會影響水的流態(tài)，在水 中形成擾流，擾動水流多個方向的剪切力使得油珠除了上浮力帶來的上浮速度外還有其他方向的速度，在有限的時間內影響了上浮高度，因此在設計除油率的要求下，提高了停留時間的要求。且沒有均勻配水也減小了對來水沖擊的適應能力，容易造成團聚狀原油未能分配開來就進入除油罐，由于沉降能力不足而直接進入下端流程，對下端設備造成污染。除油后的水由于未能均勻收集，易形成短流，出水段出水口附近流態(tài)不好的地方易聚集污油和污泥，帶來出水水質波動。

b、無高效的排泥設施：目前這兩種除油罐內無專門排泥設施，上游帶來的泥沙、有機物膠體和水中沉積污泥均自然沉降至罐底，目前設置排污口接清罐車定期清罐操作的方式去除，當污泥較少時只排出部分罐底水，當沉泥較大時清全罐。這種操作方式一方面不能全部去除罐底污泥，在清罐口另一側的污泥依然會堆積，另一方面清全罐時需要停產，或除油罐一般要建兩座，增加投資。

c、平流式除油罐流態(tài)不理想。由于水和油珠為同向流動，油珠除由于浮力帶來的上浮速度外，還受水流剪切力左右而有一個水平前進速度，因此油珠實際為拋物線上浮軌跡。因水流流速遠大于上浮流速，使得在有限的上浮高度內，水平推進軌跡較長，對流道長度要求較高，在上升高度不變的情況下，增大了除油罐截面積，有效停留時間相應延長。

2)工藝流程方面：現(xiàn)有除油罐和氣浮流程不能確保出水水質穩(wěn)定合格，對過濾器壓力較大。部分油田原油脫水效果不良，使污水油含量大，沖擊污水處理設施，前端一級處理的重力除油和二級處理的氣浮和旋流除油器出水不穩(wěn)定。隨著多種二次、三次采油技術的大范圍推廣，回收水摻入采出水處理系統(tǒng)處理，使采出水粘度增加，乳化油更加穩(wěn)定，油水密度差小，氣浮和旋流分離器難以達到理想效果。在設備方面普遍存在小顆粒懸浮物及微小粒徑油的去除效率低的缺陷，以上多種原因均將處理壓力轉嫁到過濾器，造成濾料堵塞影響處理效果，并因前端來油量不合格而使濾料污染無法運行的情況時有發(fā)生。

3)采出水處理系統(tǒng)無有效離子平衡措施，腐蝕結垢問題嚴重。由于除油罐+氣浮流程僅對采出水進行物理法處理，對水中鈣鎂等成垢離子不能有效降低，除油系統(tǒng)結垢問題突出，除垢劑加藥成本大。

4)化學處理工藝亟待優(yōu)化。鑒于物理流程對出水穩(wěn)定性和防垢能力的不足，部分油田開始采用化學藥劑反應池的工藝來解決上述問題，但由于應用時間較短，僅為化學藥劑反應絮凝池的工藝，沒有形成有效、集成化的加藥反應分離工藝和設備。絮凝反應池造價高、施工困難。用化學混凝沉降的方法處理含油污水時，需要投加大量的凈水藥劑，從而形成大量的絮體，絮體沉降后成為污泥，直接被沉降后排出，凈水藥劑的性能沒有完全利用，并且形成的絮體松散，污泥沉降性能差，不利于后續(xù)污泥的脫水處理，因此工作效率低，工作質量差、成本高。

技術實現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術中存在的上述問題，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種能夠有效的去除采出水中的油和懸浮固體的沉降除油罐。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用了如下技術方案：沉降除油罐，包括罐體，

所述罐體內設置有中空的中心管柱、配水室、集油槽和排泥裝置；

所述中心管柱豎直設于所述罐體內并至少下端密封，所述中心管柱的上部連通有延伸至所述罐體外的第一出水管，下部連通有位于所述罐體內的多個集水管路，所述集水管路上設置有入水口；

所述配水室連接有位于所述罐體內的多個配水管路和延伸至所述罐體外的第一進水管，所述配水管路上設置有出水口；

所述集油槽圍繞所述罐體的內壁形成環(huán)形；

所述排泥裝置設置于所述罐體內的底部。

作為優(yōu)選，每個所述配水管路包括垂直于所述中心管柱的一根配水干管、垂直連接于所述配水干管上的一根配水主支管和連接在所述配水主支管上的多根配水分支管，每根所述配水分支管上分別具有所述出水口。

作為優(yōu)選，所述出水口呈喇叭狀并開口向上。

作為優(yōu)選，所述配水室套設在所述中心管柱上，多個所述配水管路的多根所述配水干管均布于所述配水室上。

作為優(yōu)選，每個所述集水管路包括垂直于所述中心管柱的一根集水干管、垂直連接于所述集水干管上的一根集水主支管和連接在所述集水主支管上的多根集水分支管，每根所述集水分支管上分別具有所述入水口。

作為優(yōu)選，所述入水口呈喇叭狀并開口向下。

本發(fā)明同時公開一種采出水處理系統(tǒng)，包括除油罐和化學調整旋流反應分離裝置，所述除油罐為上述的沉降除油罐，所述第一出水管連接至所述化學調整旋流反應分離裝置。

作為優(yōu)選，所述化學調整旋流反應分離裝置為旋流反應分離罐，所述旋流反應分離罐包括罐體和縱向置于所述罐體內的旋流反應中心筒，所述旋流反應中心筒的下端與所述罐體的內腔相連通，所述旋流反應中心筒從上到下依次分為第一級旋流反應段、第二級旋流反應段和第三級旋流反應段；

所述罐體上固定連接有伸入到所述第一級旋流反應段內的第二進水管、伸入到所述第二級旋流反應段內的第二凈水劑管和伸入到所述第三級旋流反應段內的絮凝劑管，所述第二進水管上連通有第一凈水劑管；

所述罐體內的上部固定設置有集水管和位于所述集水管的上方的集油管，所述集水管上開設有進水口，所述集水管上連接有伸出所述罐體外的第二出水管；所述集油管上開設有進油口，所述集油管上連接有伸出所述罐體外的出油管；

所述罐體的底部連接有排泥管；

所述第一出水管與所述第二進水管連接。

作為優(yōu)選，所述集水管和集油管均為環(huán)形，所述集水管和集油管均套在所述旋流反應中心筒外，所述進水口為均布于所述集水管上的多個，所述進油口為均布于所述集油管上的多個。

作為優(yōu)選，所述第二進水管的軸線方向與所述旋流反應中心筒的內壁相切。

作為優(yōu)選，所述化學調整旋流反應分離裝置包括旋流反應器和除渣分離罐；

所述旋流反應器包括罐體，所述罐體內設置有用于將所述罐體分隔為位于下部的第一級反應腔和位于上部的第二級反應腔的隔板；

對應所述第一級反應腔的罐體上開設有進水口，所述進水口內設置有伸入所述第一級反應腔內的第三進水管；

對應所述第二級反應腔的罐體上開設有凈水藥劑投加口和出水口，所述凈水藥劑投加口內設置有伸入所述第二級反應腔內的藥劑投加管，所述出水口內設置有伸入所述第二級反應腔內的第三出水管，所述藥劑投加管位于所述第二級反應腔的下部，所述第三出水管位于所述第二級反應腔的上部；

所述隔板上開設有通孔，所述通孔通過連接管與所述藥劑投加管連通；

所述罐體的底部設置有排污放空管；

所述第三進水管與所述第一出水管連接。

作為優(yōu)選，所述除渣分離罐為噴霧除渣分離罐，所述噴霧除渣分離罐包括罐體、中心旋流筒、噴霧除渣裝置、收油裝置、排泥裝置和收水裝置；

所述中心旋流筒位于所述罐體內且上端敞口，下端與所述罐體固定并密封，所述中心旋流筒與所述罐體之間形成環(huán)腔，所述中心旋流筒的下部具有至少一個與所述罐體的內腔相連通的連通口，所述中心旋流筒的中部連接有第四進水管，所述第四進水管的一端位于所述中心旋流筒內，另一端與所述第三出水管連接；

所述噴霧除渣裝置設置于所述中心旋流筒的上部外側；

所述收油裝置設置于所述中心旋流筒上端對應的罐體內壁上；

所述排泥裝置設置于所述罐體底部對應所述連通口的位置；

所述收水裝置包括安裝于所述罐體外側上部的外掛水箱和收水管，所述收水管包括收水環(huán)管和L狀引管，所述收水環(huán)管位于罐體內的中部并套于所述中心旋流筒外；所述L狀引管的一端與所述收水環(huán)管連通，另一端穿出所述罐體并伸入所述外掛水箱內，所述外掛水箱內連接有第四出水管。

作為優(yōu)選，所述外掛水箱內設置有水位調節(jié)器，所述水位調節(jié)器包括外筒、調節(jié)內筒、絲桿、安裝架、手輪和手輪座，所述外筒固定 于外掛水箱內的底部，所述L狀引管位于所述外筒內，所述第四出水管位于所述外筒的外部；所述調節(jié)內筒套裝于所述外筒內并能夠上下移動，且所述調節(jié)內筒的外壁與所述外筒的內壁保持密封，所述調節(jié)內筒上固定有所述絲桿，所述安裝架位于所述外筒的上方，所述手輪座的下端安裝于所述安裝架上，所述手輪座的上端安裝所述手輪，所述手輪中部安裝有能夠使所述絲桿穿過的螺母。

作為優(yōu)選，所述第四進水管的軸線方向與所述中心旋流筒的內壁相切，且所述第四進水管的出口位于所述中心旋流筒的內壁上；所述收油裝置為圍繞所述罐體的內壁形成的環(huán)形槽，所述環(huán)形槽上連接有伸出所述罐體外的收油管。

作為優(yōu)選，所述噴霧除渣裝置包括收渣槽、集渣斗、收渣管和沖洗水管；

所述中心旋流筒的上端穿過所述收渣槽的底面位于所述收渣槽內，所述收渣槽的底面為一端高一端低的斜面；

所述集渣斗設置于所述收渣槽的底端的外部；

所述收渣管連接于所述集渣斗上并伸出所述罐體外；

所述沖洗水管的上端固定于所述中心旋流筒的上方，所述沖洗水管上連接有噴霧噴頭，所述沖洗水管的下端穿出所述罐體外。

作為優(yōu)選，所述除渣分離罐為負壓除渣分離罐，所述負壓除渣分離罐包括罐體和設置于所述罐體內的筒體，所述筒體的上端敞口，下端與所述罐體固定并密封，所述筒體與所述罐體之間形成環(huán)腔，所述筒體的下部具有至少一個與所述罐體的內腔相連通的出口；所述筒體內的上部固定安裝有收渣漏斗，所述收渣漏斗的底部連接有伸出罐體外的排渣管；所述筒體的中部連接有第五進水管；所述罐體的上部內壁上形成環(huán)形的收油槽，所述收油槽上連接有伸出所述罐體外的收油管；所述環(huán)腔的中部固定有環(huán)形的填料層；所述填料層上方的環(huán)腔內設置環(huán)形的收水管，所述收水管上連接有伸出所述罐體外的第五出水管；所述罐體底部固定有位于所述環(huán)腔內的第一環(huán)形吸泥管，所述填料層上方固定有第二環(huán)形吸泥管。

本發(fā)明還公開了一種采出水處理方法，包括如下步驟：

1)沉降除油：采用沉降除油罐利用采出水中油、水和懸浮物密度的不同，大部分的油上浮、懸浮物下沉而被自然分離，剩余的少部分油和懸浮物進行下一程序；

2)旋流反應除油：經(jīng)步驟1)處理后的采出水進入旋流反應化學調整旋流反應分離裝置，并添加2-3種凈水藥劑進行化學旋流反應，采出水中的有和懸浮物被凈水藥劑有效捕捉和聚并長大，污泥下沉，浮渣上浮，并有效分離，實現(xiàn)出水水質的凈化。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的沉降除油罐、采出水處理系統(tǒng)和處理方法的有益效果在于：

1、本發(fā)明中的沉降除油罐采用立式豎流式儲罐，設置均勻的集配水系統(tǒng)，在豎流狀態(tài)下使采出水中的油、水和懸浮固體因密度不同而自然分離，并具有收油及排泥功能，因而極大的提高了采出水除油的工作效率和工作質量。相比傳統(tǒng)的平流式除油罐除油效率提高約40％，節(jié)約工程投資約30％，有效解決了現(xiàn)有技術中除油罐處理效率低的問題。

2、本發(fā)明的采出水處理系統(tǒng)主要由作為一級處理的沉降除油罐和作為二級處理的化學調整旋流反應分離裝置組成，可彌補單純物理法的不足，隨著含油污水處理后達標回用的環(huán)保要求日益嚴格，以及對采出水處理系統(tǒng)出水穩(wěn)定達標和有效防止腐蝕結垢的需求凸顯，本發(fā)明兼顧水質凈化和水質穩(wěn)定，利用能有效控制采出水腐蝕結垢的化學調整旋流反應分離裝置，以適應油水密度差小、含一定量高分子有機物或復雜水性采出水的處理。通過投加凈水藥劑(化學藥劑)，實現(xiàn)對采出水水性的改良，并通過高效的反應設備實現(xiàn)油、懸浮物和凈水藥劑的混合反應，并有效分離，實現(xiàn)水的凈化，并對水中的成垢和腐蝕性離子進行控制。

3、本發(fā)明能夠應用于國內外SAGD稠油開發(fā)中產生的高溫低油水密度差和高乳化度采出水處理中，采出水經(jīng)過這兩級處理后，出水含油和懸浮物可達到15mg/L以內，后端輔以過濾即可滿足回用要求。解決了高溫低油水密度差高乳化度采出水油珠粒徑小、油水穩(wěn)定性強、常規(guī)處理流程難度大的問題，為稠油開發(fā)解決采出水達標處理回用鍋爐的出路問題，避免的污水外排污染環(huán)境，同時節(jié)約清水產生巨大的 經(jīng)濟效益。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的沉降除油罐的結構示意圖。

圖2為圖1中的A-A向視圖。

圖3為本發(fā)明的采出水處理系統(tǒng)中的旋流反應分離罐的結構示意圖。

圖4為本發(fā)明的采出水處理系統(tǒng)中的旋流反應器的結構示意圖。

圖5為本發(fā)明的采出水處理系統(tǒng)中的噴霧除渣分離罐的結構示意圖。

圖6為本發(fā)明的采出水處理系統(tǒng)中的負壓除渣分離罐的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述，但不作為對本發(fā)明的限定。

如圖1所示，本發(fā)明的實施例公開的沉降除油罐，包括罐體101，罐體101內設置有中空的中心管柱102、配水室103、集油槽104和排泥裝置105。中心管柱102豎直設于罐體101內并至少下端密封。本實施例的中心管柱102的下端與罐體101的底部連接并密封，上端與罐體101的頂部連接并密封。中心管柱102的上部連通有延伸至罐體101外的第一出水管106，下部連通有位于罐體101內的多個集水管路107，集水管路107上設置有入水口108。

配水室103連接有位于罐體101內的多個配水管路109和延伸至罐體101外的第一進水管110，配水管路109上設置有出水口111。集油槽104圍繞罐體101的內壁形成環(huán)形。集油槽104的開口向上，其截面為U型，具體參見圖1。集油槽104上連通有出油管112，出油管112伸出罐體101外。排泥裝置105設置于罐體101內的底部。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，繼續(xù)結合圖1并參照圖2，每個配水管路109包括垂直于中心管柱102并與中心管柱102內部連通的一根配水干管113、垂直連接于配水干管113上的一根配水主支管114和連 接在配水主支管114上的多根配水分支管115，每根配水分支管115上分別具有出水口111。如圖1所示，出水口111呈喇叭狀并開口向上。

繼續(xù)結合圖1，為了使罐體101同一橫截面上的配水均勻，應該將配水室103設置于罐體101的中部，本實施例中的中心管柱102位于罐體101的正中，配水室103設置在中心管柱102上，本實施例中的配水室103為環(huán)形，并套在中心管柱102上。多個配水管路109的多根配水干管113以均布的方式設于配水室103上。

集水管路107采用與配水管路基本相同的結構，即每個集水管路107包括垂直于中心管柱102并與中心管柱102內部連通的一根集水干管、垂直連接于集水干管上的一根集水主支管和連接在集水主支管上的多根集水分支管，每根集水分支管上分別具有入水口108。集水管路107的結構可以參照圖2進行理解。入水口108呈喇叭狀并開口向下。

排泥裝置105用于清除來液中的泥沙沉淀物。本實施例中的排泥裝置采用中國專利授權公告號為CN2516279Y的一種油罐排污泥裝置。

另外，如圖1所示，罐體101內設置有一端位于罐體101外的溢流管117，以在罐體101內液位過高時，通過溢流管117將罐體101內的水排出罐體101外。

下面結合圖1對本發(fā)明的沉降除油罐的工作過程進行介紹：采出水通過第一進水管110流入配水室103，然后經(jīng)配水管路109及出水口111流入罐體101內，水中粒徑較大的油珠首先上浮至油層，粒徑較小的油珠隨水向下流動。在向下流動的過程中，一部分小油珠由于自身在靜水中上浮速度不同及水流速度梯度的推動，不斷碰撞聚結成大油珠而上浮，無上浮能力的部分油珠隨水經(jīng)入水口108進入集水管路107，然后進入中心管柱102，再經(jīng)第一出水管106流出罐體101外，進入下一道程序；油層內的浮油流入集油槽104，再經(jīng)出油管112流出；罐體101底部聚集的污泥進入排泥裝置105，然后經(jīng)排污管116排出。

通過上述對沉降除油罐的描述，可知其有益效果為：

1)由于配水管路的出水口111開口向上，當水從管口以一定速度流出后，油珠處理因自身的上浮力(因油水相對密度差所致)所獲得的在水中的上浮速度外，還受水流向上垂直速度的推動，油珠將更快到達油層，所需的分離沉降時間縮短。

2)本發(fā)明中的沉降除油罐采用上配水、下集水的方式。最初因碰撞聚結而直徑變大的上浮油珠與被水流夾帶向下流動的油珠間，始終存在著對流碰撞聚結過程，這種過程對小顆粒的聚結十分有利。對流碰撞聚結的效率取決于單位體積中油珠的個數(shù)，單位體積中油珠的個數(shù)越多，則碰撞聚結機會越多，效率越高。

3)集水管路的入水口和配水管路的出水口均采用輻射式喇叭口，能夠保證配水、集水的均勻性，并且有著結構簡單，安裝方便、不易堵塞、運行平穩(wěn)的優(yōu)點。使從配水管路流出的水均勻的分配到罐體內的水平截面上，并均勻匯集起來流出罐體。由于配水管路設置成了配水干管、配水主支管和多根配水分支管的方式，使得流出的水按一定的速度梯度遞減，降低了進入罐體內水的擾動性，不會產生擾流而影響油的上浮速度，更利用油珠的聚結。

本發(fā)明同時公開了一種采出水處理系統(tǒng)，其包括除油罐和化學調整旋流反應分離裝置，除油罐采用圖1所示的沉降除油罐，沉降除油罐的第一出水管106連接至化學調整旋流反應分離裝置?；瘜W調整旋流反應分離裝置是根據(jù)采出水的特性，篩選出需要投加的凈水藥劑，同時試驗出凈水藥劑投加時間間隔與混合反應強度，再利用化學調整旋流反應分離裝置的紊流逐級變小的渦流場，在工藝上為凈水藥劑與采出水的混合提供了動力，反應后出水通過混凝沉降的方式將反應產物絮體與水分離，實現(xiàn)水的凈化。

本發(fā)明的化學調整旋流反應分離裝置可以采用以下兩種方式來實現(xiàn)，一種是合體式裝置，為主要針對于常規(guī)水質條件下的旋流反應分離罐；第二種是分體式裝置，主要針對復雜水性，由旋流反應器和除渣分離罐兩個部分組成。

化學調整旋流反應分離裝置采用圖3所示的旋流反應分離罐，旋流反應分離罐包括罐體201和縱向置于罐體201內的旋流反應中心筒，旋流反應中心筒的上端封閉并開設有油氣出口214，下端與罐體201的內腔相連通，旋流反應中心筒從上到下依次分為第一級旋流反應段202、第二級旋流反應段203和第三級旋流反應段204。罐體201上固定連接有伸入到第一級旋流反應段202內的第二進水管205、伸入到第二級旋流反應段203內的第二凈水劑管207和伸入到第三級旋流反應 段204內的絮凝劑管208，第二進水管205上連通有第一凈水劑管206。罐體201內的上部固定設置有集水管209和位于集水管的上方的集油管210，集水管209上開設有進水口(圖中未示出)，集水管209上連接有伸出罐體201外的第二出水管211；集油管210上開設有進油口(圖中未示出)，集油管210上連接有伸出罐體201外的出油管212。罐體201的底部連接有排泥管213。沉降除油罐的連接，經(jīng)沉降除油罐處理后的水經(jīng)第一出水管106和第二進水管205進入旋流反應分離罐進行化學處理。

繼續(xù)結合圖3，為了便于集水和集油，集水管209和集油管210均為環(huán)形，集水管209和集油管210均固定套在旋流反應中心筒的上部外，進水口為均布于集水管209上的多個，進油口為均布于集油管210上的多個。為了使污水中產生的氣體能排出罐體201外，在罐體201的頂端設有排氣口215。

另外，第二進水管205的軸線方向與旋流反應中心筒的內壁相切。采用切向進水的方式，使水流在旋流反應中心筒內形成旋轉流態(tài)，保持一定的水流速度，以便形成速度梯度場，進一步提高絮體聚并效果。

由沉降除油罐來的水通過第二進水管205進入到第一級旋流反應段202內，水在進入第一級旋流反應段202之前通過第一凈水劑管206加入第一種凈水藥劑，在第一級旋流反應段202內反應；第一級旋流反應段202內可分離出油及氣體，分離出的油及氣體可從油氣出口214排到罐體201內并從排氣口215排出罐體201外。然后進入到第二級旋流反應段203內，通過第二凈水劑管207向第二級旋流反應段203內投加第二種凈水藥劑，再次絮凝反應；最后水進入到第三級旋流反應段204內，同時通過絮凝劑管208向第三級旋流反應段204內投加有機高分子絮凝劑，網(wǎng)撲及吸附形成小絮體；初步形成松散的絮體經(jīng)旋流反應中心筒的底部進入到罐體1內，由于水流的上流及重力壓縮，在第一級旋流反應段202、第二級旋流反應段203和第三級旋流反應段204與罐體201之間形成污泥床216，繼續(xù)過濾、網(wǎng)撲及吸附小絮體，同時壓縮污泥間的間隙水，形成密實污泥而沉降到罐體2011的底部。污水通過污泥床后，充分利用了凈水藥劑的剩余電位，小油珠的負電位得到降低，而聚并成大油珠上浮，進入罐體201頂部的集油管210 內，再從出油管212排出；凈化后的水進入集水管209并從第二出水管211排出；通過定時打開罐體201底部的排泥管213上的閥門，可將污泥排出。

本發(fā)明中的旋流反應分離罐結構合理而緊湊，能快速有效的凈化污水、清除污泥并收集油珠，因而極大的提高了處理含油污水的工作效率和工作質量。

本發(fā)明的采出水處理系統(tǒng)中的化學調整旋流反應分離裝置的第二種分體式裝置包括旋流反應器和除渣分離罐；如圖4所示，旋流反應器包括罐體301，罐體301內設置隔板307，,隔板307將罐體301分隔為位于下部的第一級反應腔302和位于上部的第二級反應腔303的；對應第一級反應腔303的罐體301上開設有進水口，進水口內設置有伸入第一級反應腔303內的第三進水管304，第三進水管304與沉降除油罐的第一出水管106連接。對應第二級反應腔303的罐體301上開設有凈水藥劑投加口和出水口，凈水藥劑投加口內設置有伸入第二級反應腔303內的藥劑投加管305，出水口內設置有伸入第二級反應腔303內的第三出水管306，藥劑投加管305位于第二級反應腔303的下部并緊鄰隔板307，第三出水管306位于第二級反應腔303的上部。隔板307上開設有通孔，通孔內設置連接管308，連接管308與藥劑投加管305連通。

隔板307上可以進設置通孔，而不設置連接管308，第一級反應腔302內的水直接進入第二級反應腔303。設置連接管308可以使由第一級反應腔302來的水能夠與藥劑投加管305投加的凈水藥劑充分反應。

本實施例中的第三進水管304、第三出水管306和藥劑投加管305均水平設置，而連接管308豎直設置。

如圖4所示，從沉降除油罐的第一出水管106來的水加入第一種凈水藥劑后通過第三進水管304進入旋流反應器下部的第一級反應腔302，凈水藥劑與污水充分混合、反應后，穿過隔板307上的通孔進入第二級反應腔303，在進入第二級反應腔303時與藥劑投加管305相接，污水中混入第二種凈水藥劑，第二種凈水藥劑與第一種凈水藥劑反應后水在第二級反應腔303中充分混合、反應，絮體進一步長大，絮體沉降到罐體301的底部，最后少量浮油與水通第三出水管306進入除 渣分離罐進行進一步處理。旋流反應器的頂部設有安全排氣口310，底部設有排污放空口309。

本發(fā)明的采出水處理系統(tǒng)中的除渣分離罐可以采用噴霧除渣分離罐，也可以采用負壓除渣分離罐。

如圖5所示，噴霧除渣分離罐包括罐體401、中心旋流筒402、噴霧除渣裝置、收油裝置、排泥裝置和收水裝置。中心旋流筒402的上端敞口，下端固定在罐體401的底部并密封，中心旋流筒402與罐體401之間形成環(huán)腔，中心旋流筒402的下部具有至少一個與罐體401的內腔相連通的連通口403，中心旋流筒402的中部連接有第四進水管404，第四進水管404的一端位于中心旋流筒402內，另一端與旋流反應器的第三出水管306連接。噴霧除渣裝置設置于中心旋流筒402的上部外側。收油裝置設置于中心旋流筒402上端對應的罐體401的內壁上。排泥裝置設置于罐體401的底部對應連通口403的位置。收水裝置包括安裝于罐體401的外側上部的外掛水箱405和收水管，收水管的下端位于罐體401內并與罐體401連通，收水管的上端與外掛水箱405相連通；外掛水箱405的下部固定連接有第四出水管406。

通過噴霧除渣裝置和收油裝置能夠持續(xù)有效地將罐體401內頂部積聚的浮渣與處理后的水分離并排出罐體401外。而且噴霧除渣裝置能夠噴出水霧，有效去除浮渣，避免罐體401頂部積聚的浮渣經(jīng)第四出水管406流出，減小浮渣對出水水質和后段流程的影響。

繼續(xù)結合圖5，第四進水管404的軸線方向與中心旋流筒402的內壁相切，且第四進水管404的出口位于中心旋流筒402的內壁上。第四進水管404的軸向方向與中心旋流筒402的內壁相切，能夠使待處理的水沿切線進入中心旋流筒402內，產生高速渦流，加快待處理污水與凈水藥劑的混合。

繼續(xù)參見圖5，收水管包括收水環(huán)管407和L狀引管408，收水環(huán)管407套于中心旋流筒的中部外并通過筋板與罐體401的外壁固定，收水環(huán)管407朝下的一側均勻設置有多個收水進口409。L狀引管408的一端與收水環(huán)管407連通，另一端穿出罐體401并伸入外掛水箱405內。L狀引管408位于所述外掛水箱405內的一端(下文中將該端命名為上端)上安裝有過濾器。凈化后的水先由收水進口409流入收水環(huán) 管407，再從收水環(huán)管407流入L狀引管408，保證了罐體401捏凈化后的水均勻流出。

如圖5所示，外掛水箱405內設置有水位調節(jié)器，水位調節(jié)器包括外筒410、調節(jié)內筒(圖中未示出)、絲桿412、安裝架413、手輪414和手輪座415，外筒410固定于外掛水箱405內的底部，L狀引管408的上端位于外筒410內，第四出水管406位于外筒410的外部；調節(jié)內筒套裝于外筒410內并能夠上下移動，在調節(jié)內筒移動的過程中，調節(jié)內筒的外壁與外筒410的內壁保持密封，調節(jié)內筒上固定有絲桿412，安裝架413設置于外掛水箱405內并位于外筒410的上方，手輪座415的下端固定安裝于安裝架413上，手輪座415的上端安裝手輪414，手輪414中部安裝有螺母，絲桿412的上端穿過螺母。

水位調節(jié)器能夠調節(jié)外掛水箱405內水位的高度，生產過程中根據(jù)實際對水質和水量變化的需求，轉動手輪414帶動絲桿412上下移動，絲桿412帶動調節(jié)內筒在外筒410內上下滑動，以調節(jié)外掛水箱405的出水高度。當罐體401內的排油排渣需要高液位時，可提高調節(jié)內筒的高度，使外掛水箱405的水位提高；當罐體401內需要低液位排水時，可降低調節(jié)內筒的高度，以利于罐體401內水的排出。通過水位調節(jié)器，使得罐體401內的浮油全部通過收油裝置排出，不會在罐體401內停留積累，從而進一步改善出水水質。

本實施例中的收油裝置為圍繞罐體401的內壁形成的環(huán)形的收油槽424，收油槽424的截面為開口向上的U型，收油槽424上連接有伸出罐體401外的收油管416。

繼續(xù)結合圖5，噴霧除渣裝置包括收渣槽417、集渣斗418、收渣管419和沖洗水管420；收渣槽417僅上端敞口，底面開設有用于使中心旋流筒402的上端穿過的孔，中心旋流筒402與孔壁之間密封，中心旋流筒402的上端位于收渣槽417內，收渣槽417的底面為一端高一端低的斜面，即圖5中的左端低、右端高；集渣斗418設置于收渣槽417的底端(即左端)的外部；收渣管419連接于集渣斗418上并伸出罐體401外，并且收渣槽417、集渣斗418和收渣管419均相連通。沖洗水管420的上端固定于中心旋流筒402的上方，沖洗水管420上 連接有噴霧噴頭，沖洗水管420的下端穿出罐體401外并與自來水連接。

繼續(xù)結合圖5，本實施例中的噴霧噴頭包括上層噴霧噴頭421和下層噴霧噴頭422。上層噴霧噴頭421至少為兩個，并環(huán)繞沖洗水管420的上端外側均勻安裝，相鄰兩個上層噴霧噴頭421之間的下方的沖洗水管420上設置一個下層噴霧噴頭422。上層噴霧噴頭421和下層噴霧噴頭422呈上下兩層并錯位布置，使沖洗效果更好。實際生產運行時，當中心旋流筒402上部的浮渣厚度較小、密度較輕時，可僅利用下層噴霧噴頭422；當浮渣厚度較厚時，則上層噴霧噴頭421和下層噴霧噴頭422可同時使用。

如圖5所示，排泥裝置可以采用中國專利授權公告號為CN2516279Y的一種油罐排污泥裝置。其結構和原理在此不再贅述。另外，靠近收渣槽417外側上端位置的罐體401內部固定有溢流管423，溢流管423的上端口與罐體401的內腔相連通，溢流管423的中部穿過罐體401伸至罐體401外，溢流管423的下端連接到污水處理站的排污線上，當?shù)谒倪M水管404的來水量突然增大，短時間內超過噴霧除渣分離罐的處理負荷時，多余的水從溢流管423流出罐體401外，防止未處理的水直接進入外掛水箱405，造成出水水質變差。

下面結合圖5對噴霧除渣分離罐的工作過程進行介紹：首先，由旋流反應器處理后的采出水經(jīng)第三出水管306進入第四進水管404，然后進入中心旋流筒402內的中部，水流在中心旋流筒402內部旋轉向下流動，采出水與凈水藥劑充分混合后反應形成油渣，油渣在中心旋流筒402內與處理后的水流逐漸分離并向上移動，上升至中心旋流筒402頂部的油渣形成浮渣層；采出水與凈水藥劑反應生成的浮油進入收油槽424，并通過收油管416排出罐體401外。采出水的泥沙等雜質，以及采出水與凈水藥劑反應生成的污泥沉積到罐體401的底部，通過負壓排泥器收集并經(jīng)排泥管425排出罐體401外部。來自沖洗水管420的有壓水通過噴霧噴頭噴出，將聚集在中心旋流筒402頂部的浮渣吹掃至收渣槽417內，收渣槽417內的浮渣沿收渣槽417的底部斜面逐漸滑移至集渣斗418中，通過收渣管419排出罐體401外。最后，處理后的水由連通口403流入罐體401內，并經(jīng)收水環(huán)管407和L型引 管408進入調節(jié)內筒，由調節(jié)內筒上端流出的水進入外掛水箱405，并經(jīng)第四出水管406排出進入后續(xù)處理設備。

如圖6所示，除渣分離罐為負壓除渣分離罐，負壓除渣分離罐包括罐體501和位于罐體501內的筒體502，筒體502的上端敞口，下端與罐體501固定并密封，罐體501與筒體502之間形成環(huán)腔517，筒體502的下部具有至少一個與罐體501的內腔相連通的出口503；筒體502內的上部固定安裝有收渣漏斗504，收渣漏斗504的底部連接有伸出罐體501外的排渣管505；筒體502的中部連接有第五進水管506，第五進水管506沿筒體502的切線方向伸入筒體502內；罐體501的上部內壁上形成環(huán)形的收油槽508，收油槽508的截面為U型，并開口朝上，收油槽508上連接有伸出罐體501外的收油管509；環(huán)腔517的中部固定有環(huán)形的填料層507，填料層507上方的環(huán)腔517內設置環(huán)形的收水管510，收水管510上連接有伸出罐體501外的第五出水管511。

繼續(xù)結合圖6，罐體501的底部固定有位于環(huán)腔517內的第一環(huán)形吸泥管512，本實施例中第一吸泥管512為上下布置的兩個。填料層507上方固定有第二環(huán)形吸泥管513。第一環(huán)形吸泥管512和第二環(huán)形吸泥管513的下底面上均分布有吸泥孔。第一環(huán)形吸泥管512和第二環(huán)形吸泥管513上分別連通有伸出罐體501外的排泥管514。兩個第一環(huán)形吸泥管512可以連通后共用一根排泥管514，也可以各用一根排泥管514。第一環(huán)形吸泥管512和第二環(huán)形吸泥管513結構相同并為現(xiàn)有技術中公知公用的設備，在此不再贅述。

另外，如圖6所示，在環(huán)形的收水管510的上方的罐體501內設置有溢流口，溢流口上固定連接有溢流管515，當負壓除渣分離罐內進水量過大時，可以通過溢流管515排出罐外，防止未經(jīng)處理的水直接進入收水管510，影響出水水質。而且，罐體501的中部內壁上固定有環(huán)形擋環(huán)516，填料層507座在環(huán)形擋環(huán)516上，環(huán)形擋環(huán)516起到支撐固定和限位填料層507的作用。填料層507上固定安裝有U型通氣平衡管217，U型通氣平衡管217穿過填料層507使其一部分位于填料層507的上部，一部分位于填料層507的下部。U型通氣平衡管217用于平衡填料層507上部和下部的環(huán)腔517之間的壓力，防止憋壓。

填料層507可以采用乙丙共聚斜板填料層，乙丙共聚斜板具有優(yōu)良的化學性能、穩(wěn)定性能好、比重小、表面光滑和滑泥效果好，避免填料破碎流失現(xiàn)象。

下面結合圖6對負壓除渣分離罐的工作過程進行介紹：由旋流反應器處理后的采出水經(jīng)第三出水管306進入第五進水管506，并通過第五進水管506切向進入筒體502內，采出水在筒體502內通過水力旋流與凈水藥劑充分反應，使反應生成的絮體借助污水中釋放的溶解氣上浮至水面凝聚成浮渣，下部的水流自筒體502的出口503進入環(huán)腔517，然后經(jīng)沉降分離的清水自下而上穿過填料層507后，進一步攔截水中的絮體，使水經(jīng)過填料層507后進一步凈化，填料層507上方的凈化后的清水進入收水管510，最后經(jīng)第五出水管511排出罐體501外。上浮的浮渣先進入收渣漏斗504中，然后通過排渣管505排出罐體501外。浮油通過收油槽508收集后由收油管509排出罐體501外。罐體501底部和填料層507上部沉積的污泥分別通過第一環(huán)形吸泥管512和第二環(huán)形吸泥管513定期排出罐體501外。

本發(fā)明同時公開了一種采出水處理方法，包括如下步驟：

1)沉降除油：采用圖1所示的沉降除油罐利用采出水中油、水和懸浮物密度的不同，大部分的油上浮、懸浮物下沉而被自然分離，剩余的少部分油和懸浮物進行下一程序；

2)旋流反應除油：經(jīng)步驟1)處理后的采出水進入如前所述的化學調整旋流反應分離裝置，并添加2-3種凈水藥劑進行化學旋流反應，采出水中的油和懸浮物被凈水藥劑有效捕捉和聚并長大，污泥下沉，浮渣上浮，并有效分離，實現(xiàn)出水水質的凈化。

本發(fā)明的采出水處理方法利用兩級處理設施，第一級為利用沉降除油罐的物理法處理，第二級為利用旋流反應化學調整旋流反應分離裝置的化學法處理，以彌補單純物理法處理的不足，能夠兼顧水質凈化和水質穩(wěn)定，滿足采出水處理后達標回用日益嚴格的環(huán)保要求。

具體的，稠油開采高溫采出水首先進入立式豎流式的沉降除油罐，沉降除油罐設置均勻的集配水系統(tǒng)，并且采用上配水、下集水的方式，配水和集水均采用輻射式喇叭口，保證配水和集水的均勻性。在豎流狀態(tài)下采出水從配水管向上以一定速度流出后，油除了因自身的上浮 所獲得的在水中的上浮速度外，還受水流向上垂直速度的推動，油將更快到達油層，所需的分離沉降時間縮短。而且油在上升的過程中碰撞聚結而形成上浮油珠并直接變大，并在上浮的過程中與被水流夾帶向下流動的油珠間始終存在著對流碰撞聚結的過程，使油聚結成大的油珠而更利于上浮，縮短上浮時間，提高除油效率，上浮至采出水上表面的油進入沉降除油罐的槽壁的收油槽內，然后排出沉降除油罐。采出水中的污泥沉淀至沉降除油罐的底部經(jīng)負壓排泥器排出。

經(jīng)沉降除油罐處理后的采出水進入化學調整旋流反應分離裝置，根據(jù)采出水的特性，篩選出需要投加的凈水藥劑，同時試驗出投加時間間隔與混合反應強度，再利用化學調整旋流反應分離裝置的紊流逐級變小的渦流場，在工藝上為凈水藥劑與采出水的混合提供了動力，反應后通過混凝沉降的方式將反應產物絮體與水分離，實現(xiàn)水的凈化。同時采出水中含的少量的油上浮并被收集。

化學調整旋流反應分離裝置可以采用合體式的(僅有一個裝置，即圖3中示出的旋流反應分離罐)，也可以采用分體式的(包含兩個裝置，即圖4中示出的旋流反應器與圖5中示出的噴霧除渣分離罐或圖6中示出的負壓除渣分離罐的結合)。針對含聚合物、超稠油、SAGD采出水油珠粒徑小、粘度大，油水不易分離；含氣采出水由于水中溶解氣較高且不穩(wěn)定，以上原因易造成絮體上浮，且浮渣層在罐頂部長期聚集使得浮渣層厚度增大，浮渣經(jīng)出水口流出進入下一段流程，造成罐出水含油、懸浮物含量超標，并為后段流程帶來處理壓力的情況，采用圖5中示出的噴霧除渣分離罐。在罐頂設收渣槽，收渣槽中心設水霧噴嘴。由噴霧將浮渣吹掃至收渣槽內，然后再排出罐外，污泥沉降至噴霧除渣分離罐的底部，并經(jīng)負壓排泥裝置排出罐外。圖6所示的負壓除渣分離罐則是靠負壓作用收集上浮至罐液面的浮渣，并排出罐外，污泥沉降至負壓除渣分離罐的底部，并經(jīng)負壓排泥裝置排出罐外，確保出水水質。

采出水經(jīng)過本發(fā)明的兩級處理后，出水含油和懸浮物可達到15mg/L以內，后端輔以過濾即可滿足回用要求。解決了高溫低油水密度差高乳化度采出水油珠粒徑小、油水穩(wěn)定性強、常規(guī)處理流程難度大的問題，使稠油開發(fā)中產生的采出水能夠達標處理并回用于鍋爐， 避免稠油開發(fā)中產生的采出水(污水)外排污染環(huán)境，同時節(jié)約了清水產生巨大的經(jīng)濟效益。

本發(fā)明的代表性實施例得到了詳細的描述。這些詳細的描述不用于對本發(fā)明的范圍進行限制。本領域技術人員可以在本發(fā)明的實質和保護范圍內，對本發(fā)明做出各種修改或等同替換，這種修改或等同替換也應視為落在本發(fā)明的保護范圍內。因此，在前述詳細描述中的特征的結合不是必要的用于在最寬廣的范圍內實施本發(fā)明，并且可替換地僅對本發(fā)明的特別詳細描述的代表性實施例給出教導。此外，為了獲得本發(fā)明的附加有用實施例，在說明書中給出教導的各種不同的特征可通過多種方式結合，然而這些方式?jīng)]有特別地被例舉出來。