沉降除油罐、采出水处理系统及处理方法与流程

本发明属于油田开发地面工程稠油采出水处理技术领域，特别是应用于国内外SAGD(Steam Assisted Gravity Drainage蒸汽辅助重力泄油)稠油开发中产生的高温、低油水密度差和高乳化度的采出水处理中。

背景技术：

目前国际通行的油田采出水处理技术主要为重力沉降除油、气浮、旋流除油器、过滤等除油工艺，出水再进行除盐和软化处理，然后用于锅炉给水。由于稠油开采的采出水温度较高，不适于利用生物法处理，主要使用的物理和物理化学处理方法有：

物理法:物理法主要利用物理原理分离水中的油、固体悬浮颗粒等杂质，物理法主要包括重力沉降分离法、旋流除油器去除法、平流式除油池分离以及过滤法。

物理化学法：对于采出水中存在分散油、乳化油及以分散态、溶解态、胶体物质存在的悬浮物时，不能单独采用物理法去除，需要进行化学和物理结合的方法去除。主要包括混凝沉淀、气浮法、化学药剂反应池等方法。

一般采出水处理系统的进水的含油为2000ppm，悬浮物为300ppm，系统总出水要求为含油和悬浮物均低于5ppm，采出水处理系统常见工艺流程为除油罐+气浮机+过滤器，针对于每段流程的处理设施略有不同。目前存在问题主要有两个方面，一是作为第一级的除油罐处理效率有待进一步提升，二是需要应用更加高效稳定的处理工艺来弥补单纯物理法的不足，现有技术特点及不足之处如下：

目前除油罐作为除油工艺的第一级处理设施，接受了含油2000ppm，悬浮物为300ppm的采出水原水水质，设计出水指标一般为含油小于300ppm、悬浮物小于150ppm，除油罐的设计除油率一般达90％，悬浮 物去除率达50％，但投资小于后端气浮和过滤器，属于除油系统达标运行首要关注因素。因除油罐出水不达标而造成后端气浮和过滤设备影响总系统出水水质，进而对后端的MVC(降膜蒸发除盐)等除盐设施带来破坏，并将导致高额的维修费用。因此保证处于整个除油工艺和除盐工艺最前端作为第一级处理设施的除油罐的处理效果是减轻后端处理压力、保证后端稳定运行的关键所在。目前国外常用的除油罐主要有以下两种形式：

平流式除油罐:该除油罐为水平流式，罐内部安装有竖直挡板，将罐体分割为几部分，相邻部分设过流通道，整体形成一个水平折流式除油罐。由于分隔开几部分，因此在有限的罐圆周截面积内形成较长的过流通道，水流流过时，油珠由于密度小于水而上浮至液面上部，从进水口至出水口，较大粒径的油珠依次完成上浮全过程，在除油罐顶部被收集排出，较小的油珠由于上浮速度小未能完成上浮去除过程而随水流进入下一级流程。

普通竖流除油罐:该除油罐为立式除油罐，水流总体来说为竖直流，进水通过罐中心筒上的出水箱出水，水箱出水采用管路出水，水流经配水管分配后垂直向下流，最后进入罐底收水口收集后排出罐外。

这些用于采出水的除油罐只考虑了油水密度差带来的油珠上浮效应，但未从油珠粗粒化改善、提高上浮速度方面做根本改进，且对来水波动性适应性较差，需针对均匀集配水、改善罐内水流态、改进排泥方式等方面进行优化

另一方面，国外大多数油田采出水处理工艺较单一，主要为物理流程即气浮流程，对来水波动性、水质差异性适应性较差，由于前段除油罐和气浮出水的不稳定造成过滤器滤料污染而停用的情况时有发生，且对于系统腐蚀、结垢没有专门的解决措施，药剂成本较高，且目前使用的药剂混凝反应沉降工艺不成熟，不适应油田采出水处理工程建设高效处理、水质稳定达标的要求。

综上所述，现有技术中采出水处理主要存在以下几个问题：

1)除油罐方面：

a、集水配水不均匀：以上两种除油罐均采用进水口大股进水的方式，水流进入罐中时扰动较大，没有均匀配水会影响水的流态，在水 中形成扰流，扰动水流多个方向的剪切力使得油珠除了上浮力带来的上浮速度外还有其他方向的速度，在有限的时间内影响了上浮高度，因此在设计除油率的要求下，提高了停留时间的要求。且没有均匀配水也减小了对来水冲击的适应能力，容易造成团聚状原油未能分配开来就进入除油罐，由于沉降能力不足而直接进入下端流程，对下端设备造成污染。除油后的水由于未能均匀收集，易形成短流，出水段出水口附近流态不好的地方易聚集污油和污泥，带来出水水质波动。

b、无高效的排泥设施：目前这两种除油罐内无专门排泥设施，上游带来的泥沙、有机物胶体和水中沉积污泥均自然沉降至罐底，目前设置排污口接清罐车定期清罐操作的方式去除，当污泥较少时只排出部分罐底水，当沉泥较大时清全罐。这种操作方式一方面不能全部去除罐底污泥，在清罐口另一侧的污泥依然会堆积，另一方面清全罐时需要停产，或除油罐一般要建两座，增加投资。

c、平流式除油罐流态不理想。由于水和油珠为同向流动，油珠除由于浮力带来的上浮速度外，还受水流剪切力左右而有一个水平前进速度，因此油珠实际为抛物线上浮轨迹。因水流流速远大于上浮流速，使得在有限的上浮高度内，水平推进轨迹较长，对流道长度要求较高，在上升高度不变的情况下，增大了除油罐截面积，有效停留时间相应延长。

2)工艺流程方面：现有除油罐和气浮流程不能确保出水水质稳定合格，对过滤器压力较大。部分油田原油脱水效果不良，使污水油含量大，冲击污水处理设施，前端一级处理的重力除油和二级处理的气浮和旋流除油器出水不稳定。随着多种二次、三次采油技术的大范围推广，回收水掺入采出水处理系统处理，使采出水粘度增加，乳化油更加稳定，油水密度差小，气浮和旋流分离器难以达到理想效果。在设备方面普遍存在小颗粒悬浮物及微小粒径油的去除效率低的缺陷，以上多种原因均将处理压力转嫁到过滤器，造成滤料堵塞影响处理效果，并因前端来油量不合格而使滤料污染无法运行的情况时有发生。

3)采出水处理系统无有效离子平衡措施，腐蚀结垢问题严重。由于除油罐+气浮流程仅对采出水进行物理法处理，对水中钙镁等成垢离子不能有效降低，除油系统结垢问题突出，除垢剂加药成本大。

4)化学处理工艺亟待优化。鉴于物理流程对出水稳定性和防垢能力的不足，部分油田开始采用化学药剂反应池的工艺来解决上述问题，但由于应用时间较短，仅为化学药剂反应絮凝池的工艺，没有形成有效、集成化的加药反应分离工艺和设备。絮凝反应池造价高、施工困难。用化学混凝沉降的方法处理含油污水时，需要投加大量的净水药剂，从而形成大量的絮体，絮体沉降后成为污泥，直接被沉降后排出，净水药剂的性能没有完全利用，并且形成的絮体松散，污泥沉降性能差，不利于后续污泥的脱水处理，因此工作效率低，工作质量差、成本高。

技术实现要素：

鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够有效的去除采出水中的油和悬浮固体的沉降除油罐。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：沉降除油罐，包括罐体，

所述罐体内设置有中空的中心管柱、配水室、集油槽和排泥装置；

所述中心管柱竖直设于所述罐体内并至少下端密封，所述中心管柱的上部连通有延伸至所述罐体外的第一出水管，下部连通有位于所述罐体内的多个集水管路，所述集水管路上设置有入水口；

所述配水室连接有位于所述罐体内的多个配水管路和延伸至所述罐体外的第一进水管，所述配水管路上设置有出水口；

所述集油槽围绕所述罐体的内壁形成环形；

所述排泥装置设置于所述罐体内的底部。

作为优选，每个所述配水管路包括垂直于所述中心管柱的一根配水干管、垂直连接于所述配水干管上的一根配水主支管和连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别具有所述出水口。

作为优选，所述出水口呈喇叭状并开口向上。

作为优选，所述配水室套设在所述中心管柱上，多个所述配水管路的多根所述配水干管均布于所述配水室上。

作为优选，每个所述集水管路包括垂直于所述中心管柱的一根集水干管、垂直连接于所述集水干管上的一根集水主支管和连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别具有所述入水口。

作为优选，所述入水口呈喇叭状并开口向下。

本发明同时公开一种采出水处理系统，包括除油罐和化学调整旋流反应分离装置，所述除油罐为上述的沉降除油罐，所述第一出水管连接至所述化学调整旋流反应分离装置。

作为优选，所述化学调整旋流反应分离装置为旋流反应分离罐，所述旋流反应分离罐包括罐体和纵向置于所述罐体内的旋流反应中心筒，所述旋流反应中心筒的下端与所述罐体的内腔相连通，所述旋流反应中心筒从上到下依次分为第一级旋流反应段、第二级旋流反应段和第三级旋流反应段；

所述罐体上固定连接有伸入到所述第一级旋流反应段内的第二进水管、伸入到所述第二级旋流反应段内的第二净水剂管和伸入到所述第三级旋流反应段内的絮凝剂管，所述第二进水管上连通有第一净水剂管；

所述罐体内的上部固定设置有集水管和位于所述集水管的上方的集油管，所述集水管上开设有进水口，所述集水管上连接有伸出所述罐体外的第二出水管；所述集油管上开设有进油口，所述集油管上连接有伸出所述罐体外的出油管；

所述罐体的底部连接有排泥管；

所述第一出水管与所述第二进水管连接。

作为优选，所述集水管和集油管均为环形，所述集水管和集油管均套在所述旋流反应中心筒外，所述进水口为均布于所述集水管上的多个，所述进油口为均布于所述集油管上的多个。

作为优选，所述第二进水管的轴线方向与所述旋流反应中心筒的内壁相切。

作为优选，所述化学调整旋流反应分离装置包括旋流反应器和除渣分离罐；

所述旋流反应器包括罐体，所述罐体内设置有用于将所述罐体分隔为位于下部的第一级反应腔和位于上部的第二级反应腔的隔板；

对应所述第一级反应腔的罐体上开设有进水口，所述进水口内设置有伸入所述第一级反应腔内的第三进水管；

对应所述第二级反应腔的罐体上开设有净水药剂投加口和出水口，所述净水药剂投加口内设置有伸入所述第二级反应腔内的药剂投加管，所述出水口内设置有伸入所述第二级反应腔内的第三出水管，所述药剂投加管位于所述第二级反应腔的下部，所述第三出水管位于所述第二级反应腔的上部；

所述隔板上开设有通孔，所述通孔通过连接管与所述药剂投加管连通；

所述罐体的底部设置有排污放空管；

所述第三进水管与所述第一出水管连接。

作为优选，所述除渣分离罐为喷雾除渣分离罐，所述喷雾除渣分离罐包括罐体、中心旋流筒、喷雾除渣装置、收油装置、排泥装置和收水装置；

所述中心旋流筒位于所述罐体内且上端敞口，下端与所述罐体固定并密封，所述中心旋流筒与所述罐体之间形成环腔，所述中心旋流筒的下部具有至少一个与所述罐体的内腔相连通的连通口，所述中心旋流筒的中部连接有第四进水管，所述第四进水管的一端位于所述中心旋流筒内，另一端与所述第三出水管连接；

所述喷雾除渣装置设置于所述中心旋流筒的上部外侧；

所述收油装置设置于所述中心旋流筒上端对应的罐体内壁上；

所述排泥装置设置于所述罐体底部对应所述连通口的位置；

所述收水装置包括安装于所述罐体外侧上部的外挂水箱和收水管，所述收水管包括收水环管和L状引管，所述收水环管位于罐体内的中部并套于所述中心旋流筒外；所述L状引管的一端与所述收水环管连通，另一端穿出所述罐体并伸入所述外挂水箱内，所述外挂水箱内连接有第四出水管。

作为优选，所述外挂水箱内设置有水位调节器，所述水位调节器包括外筒、调节内筒、丝杆、安装架、手轮和手轮座，所述外筒固定 于外挂水箱内的底部，所述L状引管位于所述外筒内，所述第四出水管位于所述外筒的外部；所述调节内筒套装于所述外筒内并能够上下移动，且所述调节内筒的外壁与所述外筒的内壁保持密封，所述调节内筒上固定有所述丝杆，所述安装架位于所述外筒的上方，所述手轮座的下端安装于所述安装架上，所述手轮座的上端安装所述手轮，所述手轮中部安装有能够使所述丝杆穿过的螺母。

作为优选，所述第四进水管的轴线方向与所述中心旋流筒的内壁相切，且所述第四进水管的出口位于所述中心旋流筒的内壁上；所述收油装置为围绕所述罐体的内壁形成的环形槽，所述环形槽上连接有伸出所述罐体外的收油管。

作为优选，所述喷雾除渣装置包括收渣槽、集渣斗、收渣管和冲洗水管；

所述中心旋流筒的上端穿过所述收渣槽的底面位于所述收渣槽内，所述收渣槽的底面为一端高一端低的斜面；

所述集渣斗设置于所述收渣槽的底端的外部；

所述收渣管连接于所述集渣斗上并伸出所述罐体外；

所述冲洗水管的上端固定于所述中心旋流筒的上方，所述冲洗水管上连接有喷雾喷头，所述冲洗水管的下端穿出所述罐体外。

作为优选，所述除渣分离罐为负压除渣分离罐，所述负压除渣分离罐包括罐体和设置于所述罐体内的筒体，所述筒体的上端敞口，下端与所述罐体固定并密封，所述筒体与所述罐体之间形成环腔，所述筒体的下部具有至少一个与所述罐体的内腔相连通的出口；所述筒体内的上部固定安装有收渣漏斗，所述收渣漏斗的底部连接有伸出罐体外的排渣管；所述筒体的中部连接有第五进水管；所述罐体的上部内壁上形成环形的收油槽，所述收油槽上连接有伸出所述罐体外的收油管；所述环腔的中部固定有环形的填料层；所述填料层上方的环腔内设置环形的收水管，所述收水管上连接有伸出所述罐体外的第五出水管；所述罐体底部固定有位于所述环腔内的第一环形吸泥管，所述填料层上方固定有第二环形吸泥管。

本发明还公开了一种采出水处理方法，包括如下步骤：

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

2)旋流反应除油：经步骤1)处理后的采出水进入旋流反应化学调整旋流反应分离装置，并添加2-3种净水药剂进行化学旋流反应，采出水中的有和悬浮物被净水药剂有效捕捉和聚并长大，污泥下沉，浮渣上浮，并有效分离，实现出水水质的净化。

与现有技术相比，本发明的沉降除油罐、采出水处理系统和处理方法的有益效果在于：

1、本发明中的沉降除油罐采用立式竖流式储罐，设置均匀的集配水系统，在竖流状态下使采出水中的油、水和悬浮固体因密度不同而自然分离，并具有收油及排泥功能，因而极大的提高了采出水除油的工作效率和工作质量。相比传统的平流式除油罐除油效率提高约40％，节约工程投资约30％，有效解决了现有技术中除油罐处理效率低的问题。

2、本发明的采出水处理系统主要由作为一级处理的沉降除油罐和作为二级处理的化学调整旋流反应分离装置组成，可弥补单纯物理法的不足，随着含油污水处理后达标回用的环保要求日益严格，以及对采出水处理系统出水稳定达标和有效防止腐蚀结垢的需求凸显，本发明兼顾水质净化和水质稳定，利用能有效控制采出水腐蚀结垢的化学调整旋流反应分离装置，以适应油水密度差小、含一定量高分子有机物或复杂水性采出水的处理。通过投加净水药剂(化学药剂)，实现对采出水水性的改良，并通过高效的反应设备实现油、悬浮物和净水药剂的混合反应，并有效分离，实现水的净化，并对水中的成垢和腐蚀性离子进行控制。

3、本发明能够应用于国内外SAGD稠油开发中产生的高温低油水密度差和高乳化度采出水处理中，采出水经过这两级处理后，出水含油和悬浮物可达到15mg/L以内，后端辅以过滤即可满足回用要求。解决了高温低油水密度差高乳化度采出水油珠粒径小、油水稳定性强、常规处理流程难度大的问题，为稠油开发解决采出水达标处理回用锅炉的出路问题，避免的污水外排污染环境，同时节约清水产生巨大的 经济效益。

附图说明

图1为本发明的沉降除油罐的结构示意图。

图2为图1中的A-A向视图。

图3为本发明的采出水处理系统中的旋流反应分离罐的结构示意图。

图4为本发明的采出水处理系统中的旋流反应器的结构示意图。

图5为本发明的采出水处理系统中的喷雾除渣分离罐的结构示意图。

图6为本发明的采出水处理系统中的负压除渣分离罐的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

如图1所示，本发明的实施例公开的沉降除油罐，包括罐体101，罐体101内设置有中空的中心管柱102、配水室103、集油槽104和排泥装置105。中心管柱102竖直设于罐体101内并至少下端密封。本实施例的中心管柱102的下端与罐体101的底部连接并密封，上端与罐体101的顶部连接并密封。中心管柱102的上部连通有延伸至罐体101外的第一出水管106，下部连通有位于罐体101内的多个集水管路107，集水管路107上设置有入水口108。

配水室103连接有位于罐体101内的多个配水管路109和延伸至罐体101外的第一进水管110，配水管路109上设置有出水口111。集油槽104围绕罐体101的内壁形成环形。集油槽104的开口向上，其截面为U型，具体参见图1。集油槽104上连通有出油管112，出油管112伸出罐体101外。排泥装置105设置于罐体101内的底部。

作为本发明的一种优选方案，继续结合图1并参照图2，每个配水管路109包括垂直于中心管柱102并与中心管柱102内部连通的一根配水干管113、垂直连接于配水干管113上的一根配水主支管114和连 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上分别具有出水口111。如图1所示，出水口111呈喇叭状并开口向上。

继续结合图1，为了使罐体101同一横截面上的配水均匀，应该将配水室103设置于罐体101的中部，本实施例中的中心管柱102位于罐体101的正中，配水室103设置在中心管柱102上，本实施例中的配水室103为环形，并套在中心管柱102上。多个配水管路109的多根配水干管113以均布的方式设于配水室103上。

集水管路107采用与配水管路基本相同的结构，即每个集水管路107包括垂直于中心管柱102并与中心管柱102内部连通的一根集水干管、垂直连接于集水干管上的一根集水主支管和连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别具有入水口108。集水管路107的结构可以参照图2进行理解。入水口108呈喇叭状并开口向下。

排泥装置105用于清除来液中的泥沙沉淀物。本实施例中的排泥装置采用中国专利授权公告号为CN2516279Y的一种油罐排污泥装置。

另外，如图1所示，罐体101内设置有一端位于罐体101外的溢流管117，以在罐体101内液位过高时，通过溢流管117将罐体101内的水排出罐体101外。

下面结合图1对本发明的沉降除油罐的工作过程进行介绍：采出水通过第一进水管110流入配水室103，然后经配水管路109及出水口111流入罐体101内，水中粒径较大的油珠首先上浮至油层，粒径较小的油珠随水向下流动。在向下流动的过程中，一部分小油珠由于自身在静水中上浮速度不同及水流速度梯度的推动，不断碰撞聚结成大油珠而上浮，无上浮能力的部分油珠随水经入水口108进入集水管路107，然后进入中心管柱102，再经第一出水管106流出罐体101外，进入下一道程序；油层内的浮油流入集油槽104，再经出油管112流出；罐体101底部聚集的污泥进入排泥装置105，然后经排污管116排出。

通过上述对沉降除油罐的描述，可知其有益效果为：

1)由于配水管路的出水口111开口向上，当水从管口以一定速度流出后，油珠处理因自身的上浮力(因油水相对密度差所致)所获得的在水中的上浮速度外，还受水流向上垂直速度的推动，油珠将更快到达油层，所需的分离沉降时间缩短。

2)本发明中的沉降除油罐采用上配水、下集水的方式。最初因碰撞聚结而直径变大的上浮油珠与被水流夹带向下流动的油珠间，始终存在着对流碰撞聚结过程，这种过程对小颗粒的聚结十分有利。对流碰撞聚结的效率取决于单位体积中油珠的个数，单位体积中油珠的个数越多，则碰撞聚结机会越多，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辐射式喇叭口，能够保证配水、集水的均匀性，并且有着结构简单，安装方便、不易堵塞、运行平稳的优点。使从配水管路流出的水均匀的分配到罐体内的水平截面上，并均匀汇集起来流出罐体。由于配水管路设置成了配水干管、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递减，降低了进入罐体内水的扰动性，不会产生扰流而影响油的上浮速度，更利用油珠的聚结。

本发明同时公开了一种采出水处理系统，其包括除油罐和化学调整旋流反应分离装置，除油罐采用图1所示的沉降除油罐，沉降除油罐的第一出水管106连接至化学调整旋流反应分离装置。化学调整旋流反应分离装置是根据采出水的特性，筛选出需要投加的净水药剂，同时试验出净水药剂投加时间间隔与混合反应强度，再利用化学调整旋流反应分离装置的紊流逐级变小的涡流场，在工艺上为净水药剂与采出水的混合提供了动力，反应后出水通过混凝沉降的方式将反应产物絮体与水分离，实现水的净化。

本发明的化学调整旋流反应分离装置可以采用以下两种方式来实现，一种是合体式装置，为主要针对于常规水质条件下的旋流反应分离罐；第二种是分体式装置，主要针对复杂水性，由旋流反应器和除渣分离罐两个部分组成。

化学调整旋流反应分离装置采用图3所示的旋流反应分离罐，旋流反应分离罐包括罐体201和纵向置于罐体201内的旋流反应中心筒，旋流反应中心筒的上端封闭并开设有油气出口214，下端与罐体201的内腔相连通，旋流反应中心筒从上到下依次分为第一级旋流反应段202、第二级旋流反应段203和第三级旋流反应段204。罐体201上固定连接有伸入到第一级旋流反应段202内的第二进水管205、伸入到第二级旋流反应段203内的第二净水剂管207和伸入到第三级旋流反应 段204内的絮凝剂管208，第二进水管205上连通有第一净水剂管206。罐体201内的上部固定设置有集水管209和位于集水管的上方的集油管210，集水管209上开设有进水口(图中未示出)，集水管209上连接有伸出罐体201外的第二出水管211；集油管210上开设有进油口(图中未示出)，集油管210上连接有伸出罐体201外的出油管212。罐体201的底部连接有排泥管213。沉降除油罐的连接，经沉降除油罐处理后的水经第一出水管106和第二进水管205进入旋流反应分离罐进行化学处理。

继续结合图3，为了便于集水和集油，集水管209和集油管210均为环形，集水管209和集油管210均固定套在旋流反应中心筒的上部外，进水口为均布于集水管209上的多个，进油口为均布于集油管210上的多个。为了使污水中产生的气体能排出罐体201外，在罐体201的顶端设有排气口215。

另外，第二进水管205的轴线方向与旋流反应中心筒的内壁相切。采用切向进水的方式，使水流在旋流反应中心筒内形成旋转流态，保持一定的水流速度，以便形成速度梯度场，进一步提高絮体聚并效果。

由沉降除油罐来的水通过第二进水管205进入到第一级旋流反应段202内，水在进入第一级旋流反应段202之前通过第一净水剂管206加入第一种净水药剂，在第一级旋流反应段202内反应；第一级旋流反应段202内可分离出油及气体，分离出的油及气体可从油气出口214排到罐体201内并从排气口215排出罐体201外。然后进入到第二级旋流反应段203内，通过第二净水剂管207向第二级旋流反应段203内投加第二种净水药剂，再次絮凝反应；最后水进入到第三级旋流反应段204内，同时通过絮凝剂管208向第三级旋流反应段204内投加有机高分子絮凝剂，网扑及吸附形成小絮体；初步形成松散的絮体经旋流反应中心筒的底部进入到罐体1内，由于水流的上流及重力压缩，在第一级旋流反应段202、第二级旋流反应段203和第三级旋流反应段204与罐体201之间形成污泥床216，继续过滤、网扑及吸附小絮体，同时压缩污泥间的间隙水，形成密实污泥而沉降到罐体2011的底部。污水通过污泥床后，充分利用了净水药剂的剩余电位，小油珠的负电位得到降低，而聚并成大油珠上浮，进入罐体201顶部的集油管210 内，再从出油管212排出；净化后的水进入集水管209并从第二出水管211排出；通过定时打开罐体201底部的排泥管213上的阀门，可将污泥排出。

本发明中的旋流反应分离罐结构合理而紧凑，能快速有效的净化污水、清除污泥并收集油珠，因而极大的提高了处理含油污水的工作效率和工作质量。

本发明的采出水处理系统中的化学调整旋流反应分离装置的第二种分体式装置包括旋流反应器和除渣分离罐；如图4所示，旋流反应器包括罐体301，罐体301内设置隔板307，,隔板307将罐体301分隔为位于下部的第一级反应腔302和位于上部的第二级反应腔303的；对应第一级反应腔303的罐体301上开设有进水口，进水口内设置有伸入第一级反应腔303内的第三进水管304，第三进水管304与沉降除油罐的第一出水管106连接。对应第二级反应腔303的罐体301上开设有净水药剂投加口和出水口，净水药剂投加口内设置有伸入第二级反应腔303内的药剂投加管305，出水口内设置有伸入第二级反应腔303内的第三出水管306，药剂投加管305位于第二级反应腔303的下部并紧邻隔板307，第三出水管306位于第二级反应腔303的上部。隔板307上开设有通孔，通孔内设置连接管308，连接管308与药剂投加管305连通。

隔板307上可以进设置通孔，而不设置连接管308，第一级反应腔302内的水直接进入第二级反应腔303。设置连接管308可以使由第一级反应腔302来的水能够与药剂投加管305投加的净水药剂充分反应。

本实施例中的第三进水管304、第三出水管306和药剂投加管305均水平设置，而连接管308竖直设置。

如图4所示，从沉降除油罐的第一出水管106来的水加入第一种净水药剂后通过第三进水管304进入旋流反应器下部的第一级反应腔302，净水药剂与污水充分混合、反应后，穿过隔板307上的通孔进入第二级反应腔303，在进入第二级反应腔303时与药剂投加管305相接，污水中混入第二种净水药剂，第二种净水药剂与第一种净水药剂反应后水在第二级反应腔303中充分混合、反应，絮体进一步长大，絮体沉降到罐体301的底部，最后少量浮油与水通第三出水管306进入除 渣分离罐进行进一步处理。旋流反应器的顶部设有安全排气口310，底部设有排污放空口309。

本发明的采出水处理系统中的除渣分离罐可以采用喷雾除渣分离罐，也可以采用负压除渣分离罐。

如图5所示，喷雾除渣分离罐包括罐体401、中心旋流筒402、喷雾除渣装置、收油装置、排泥装置和收水装置。中心旋流筒402的上端敞口，下端固定在罐体401的底部并密封，中心旋流筒402与罐体401之间形成环腔，中心旋流筒402的下部具有至少一个与罐体401的内腔相连通的连通口403，中心旋流筒402的中部连接有第四进水管404，第四进水管404的一端位于中心旋流筒402内，另一端与旋流反应器的第三出水管306连接。喷雾除渣装置设置于中心旋流筒402的上部外侧。收油装置设置于中心旋流筒402上端对应的罐体401的内壁上。排泥装置设置于罐体401的底部对应连通口403的位置。收水装置包括安装于罐体401的外侧上部的外挂水箱405和收水管，收水管的下端位于罐体401内并与罐体401连通，收水管的上端与外挂水箱405相连通；外挂水箱405的下部固定连接有第四出水管406。

通过喷雾除渣装置和收油装置能够持续有效地将罐体401内顶部积聚的浮渣与处理后的水分离并排出罐体401外。而且喷雾除渣装置能够喷出水雾，有效去除浮渣，避免罐体401顶部积聚的浮渣经第四出水管406流出，减小浮渣对出水水质和后段流程的影响。

继续结合图5，第四进水管404的轴线方向与中心旋流筒402的内壁相切，且第四进水管404的出口位于中心旋流筒402的内壁上。第四进水管404的轴向方向与中心旋流筒402的内壁相切，能够使待处理的水沿切线进入中心旋流筒402内，产生高速涡流，加快待处理污水与净水药剂的混合。

继续参见图5，收水管包括收水环管407和L状引管408，收水环管407套于中心旋流筒的中部外并通过筋板与罐体401的外壁固定，收水环管407朝下的一侧均匀设置有多个收水进口409。L状引管408的一端与收水环管407连通，另一端穿出罐体401并伸入外挂水箱405内。L状引管408位于所述外挂水箱405内的一端(下文中将该端命名为上端)上安装有过滤器。净化后的水先由收水进口409流入收水环 管407，再从收水环管407流入L状引管408，保证了罐体401捏净化后的水均匀流出。

如图5所示，外挂水箱405内设置有水位调节器，水位调节器包括外筒410、调节内筒(图中未示出)、丝杆412、安装架413、手轮414和手轮座415，外筒410固定于外挂水箱405内的底部，L状引管408的上端位于外筒410内，第四出水管406位于外筒410的外部；调节内筒套装于外筒410内并能够上下移动，在调节内筒移动的过程中，调节内筒的外壁与外筒410的内壁保持密封，调节内筒上固定有丝杆412，安装架413设置于外挂水箱405内并位于外筒410的上方，手轮座415的下端固定安装于安装架413上，手轮座415的上端安装手轮414，手轮414中部安装有螺母，丝杆412的上端穿过螺母。

水位调节器能够调节外挂水箱405内水位的高度，生产过程中根据实际对水质和水量变化的需求，转动手轮414带动丝杆412上下移动，丝杆412带动调节内筒在外筒410内上下滑动，以调节外挂水箱405的出水高度。当罐体401内的排油排渣需要高液位时，可提高调节内筒的高度，使外挂水箱405的水位提高；当罐体401内需要低液位排水时，可降低调节内筒的高度，以利于罐体401内水的排出。通过水位调节器，使得罐体401内的浮油全部通过收油装置排出，不会在罐体401内停留积累，从而进一步改善出水水质。

本实施例中的收油装置为围绕罐体401的内壁形成的环形的收油槽424，收油槽424的截面为开口向上的U型，收油槽424上连接有伸出罐体401外的收油管416。

继续结合图5，喷雾除渣装置包括收渣槽417、集渣斗418、收渣管419和冲洗水管420；收渣槽417仅上端敞口，底面开设有用于使中心旋流筒402的上端穿过的孔，中心旋流筒402与孔壁之间密封，中心旋流筒402的上端位于收渣槽417内，收渣槽417的底面为一端高一端低的斜面，即图5中的左端低、右端高；集渣斗418设置于收渣槽417的底端(即左端)的外部；收渣管419连接于集渣斗418上并伸出罐体401外，并且收渣槽417、集渣斗418和收渣管419均相连通。冲洗水管420的上端固定于中心旋流筒402的上方，冲洗水管420上 连接有喷雾喷头，冲洗水管420的下端穿出罐体401外并与自来水连接。

继续结合图5，本实施例中的喷雾喷头包括上层喷雾喷头421和下层喷雾喷头422。上层喷雾喷头421至少为两个，并环绕冲洗水管420的上端外侧均匀安装，相邻两个上层喷雾喷头421之间的下方的冲洗水管420上设置一个下层喷雾喷头422。上层喷雾喷头421和下层喷雾喷头422呈上下两层并错位布置，使冲洗效果更好。实际生产运行时，当中心旋流筒402上部的浮渣厚度较小、密度较轻时，可仅利用下层喷雾喷头422；当浮渣厚度较厚时，则上层喷雾喷头421和下层喷雾喷头422可同时使用。

如图5所示，排泥装置可以采用中国专利授权公告号为CN2516279Y的一种油罐排污泥装置。其结构和原理在此不再赘述。另外，靠近收渣槽417外侧上端位置的罐体401内部固定有溢流管423，溢流管423的上端口与罐体401的内腔相连通，溢流管423的中部穿过罐体401伸至罐体401外，溢流管423的下端连接到污水处理站的排污线上，当第四进水管404的来水量突然增大，短时间内超过喷雾除渣分离罐的处理负荷时，多余的水从溢流管423流出罐体401外，防止未处理的水直接进入外挂水箱405，造成出水水质变差。

下面结合图5对喷雾除渣分离罐的工作过程进行介绍：首先，由旋流反应器处理后的采出水经第三出水管306进入第四进水管404，然后进入中心旋流筒402内的中部，水流在中心旋流筒402内部旋转向下流动，采出水与净水药剂充分混合后反应形成油渣，油渣在中心旋流筒402内与处理后的水流逐渐分离并向上移动，上升至中心旋流筒402顶部的油渣形成浮渣层；采出水与净水药剂反应生成的浮油进入收油槽424，并通过收油管416排出罐体401外。采出水的泥沙等杂质，以及采出水与净水药剂反应生成的污泥沉积到罐体401的底部，通过负压排泥器收集并经排泥管425排出罐体401外部。来自冲洗水管420的有压水通过喷雾喷头喷出，将聚集在中心旋流筒402顶部的浮渣吹扫至收渣槽417内，收渣槽417内的浮渣沿收渣槽417的底部斜面逐渐滑移至集渣斗418中，通过收渣管419排出罐体401外。最后，处理后的水由连通口403流入罐体401内，并经收水环管407和L型引 管408进入调节内筒，由调节内筒上端流出的水进入外挂水箱405，并经第四出水管406排出进入后续处理设备。

如图6所示，除渣分离罐为负压除渣分离罐，负压除渣分离罐包括罐体501和位于罐体501内的筒体502，筒体502的上端敞口，下端与罐体501固定并密封，罐体501与筒体502之间形成环腔517，筒体502的下部具有至少一个与罐体501的内腔相连通的出口503；筒体502内的上部固定安装有收渣漏斗504，收渣漏斗504的底部连接有伸出罐体501外的排渣管505；筒体502的中部连接有第五进水管506，第五进水管506沿筒体502的切线方向伸入筒体502内；罐体501的上部内壁上形成环形的收油槽508，收油槽508的截面为U型，并开口朝上，收油槽508上连接有伸出罐体501外的收油管509；环腔517的中部固定有环形的填料层507，填料层507上方的环腔517内设置环形的收水管510，收水管510上连接有伸出罐体501外的第五出水管511。

继续结合图6，罐体501的底部固定有位于环腔517内的第一环形吸泥管512，本实施例中第一吸泥管512为上下布置的两个。填料层507上方固定有第二环形吸泥管513。第一环形吸泥管512和第二环形吸泥管513的下底面上均分布有吸泥孔。第一环形吸泥管512和第二环形吸泥管513上分别连通有伸出罐体501外的排泥管514。两个第一环形吸泥管512可以连通后共用一根排泥管514，也可以各用一根排泥管514。第一环形吸泥管512和第二环形吸泥管513结构相同并为现有技术中公知公用的设备，在此不再赘述。

另外，如图6所示，在环形的收水管510的上方的罐体501内设置有溢流口，溢流口上固定连接有溢流管515，当负压除渣分离罐内进水量过大时，可以通过溢流管515排出罐外，防止未经处理的水直接进入收水管510，影响出水水质。而且，罐体501的中部内壁上固定有环形挡环516，填料层507座在环形挡环516上，环形挡环516起到支撑固定和限位填料层507的作用。填料层507上固定安装有U型通气平衡管217，U型通气平衡管217穿过填料层507使其一部分位于填料层507的上部，一部分位于填料层507的下部。U型通气平衡管217用于平衡填料层507上部和下部的环腔517之间的压力，防止憋压。

填料层507可以采用乙丙共聚斜板填料层，乙丙共聚斜板具有优良的化学性能、稳定性能好、比重小、表面光滑和滑泥效果好，避免填料破碎流失现象。

下面结合图6对负压除渣分离罐的工作过程进行介绍：由旋流反应器处理后的采出水经第三出水管306进入第五进水管506，并通过第五进水管506切向进入筒体502内，采出水在筒体502内通过水力旋流与净水药剂充分反应，使反应生成的絮体借助污水中释放的溶解气上浮至水面凝聚成浮渣，下部的水流自筒体502的出口503进入环腔517，然后经沉降分离的清水自下而上穿过填料层507后，进一步拦截水中的絮体，使水经过填料层507后进一步净化，填料层507上方的净化后的清水进入收水管510，最后经第五出水管511排出罐体501外。上浮的浮渣先进入收渣漏斗504中，然后通过排渣管505排出罐体501外。浮油通过收油槽508收集后由收油管509排出罐体501外。罐体501底部和填料层507上部沉积的污泥分别通过第一环形吸泥管512和第二环形吸泥管513定期排出罐体501外。

本发明同时公开了一种采出水处理方法，包括如下步骤：

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

2)旋流反应除油：经步骤1)处理后的采出水进入如前所述的化学调整旋流反应分离装置，并添加2-3种净水药剂进行化学旋流反应，采出水中的油和悬浮物被净水药剂有效捕捉和聚并长大，污泥下沉，浮渣上浮，并有效分离，实现出水水质的净化。

本发明的采出水处理方法利用两级处理设施，第一级为利用沉降除油罐的物理法处理，第二级为利用旋流反应化学调整旋流反应分离装置的化学法处理，以弥补单纯物理法处理的不足，能够兼顾水质净化和水质稳定，满足采出水处理后达标回用日益严格的环保要求。

具体的，稠油开采高温采出水首先进入立式竖流式的沉降除油罐，沉降除油罐设置均匀的集配水系统，并且采用上配水、下集水的方式，配水和集水均采用辐射式喇叭口，保证配水和集水的均匀性。在竖流状态下采出水从配水管向上以一定速度流出后，油除了因自身的上浮 所获得的在水中的上浮速度外，还受水流向上垂直速度的推动，油将更快到达油层，所需的分离沉降时间缩短。而且油在上升的过程中碰撞聚结而形成上浮油珠并直接变大，并在上浮的过程中与被水流夹带向下流动的油珠间始终存在着对流碰撞聚结的过程，使油聚结成大的油珠而更利于上浮，缩短上浮时间，提高除油效率，上浮至采出水上表面的油进入沉降除油罐的槽壁的收油槽内，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经负压排泥器排出。

经沉降除油罐处理后的采出水进入化学调整旋流反应分离装置，根据采出水的特性，筛选出需要投加的净水药剂，同时试验出投加时间间隔与混合反应强度，再利用化学调整旋流反应分离装置的紊流逐级变小的涡流场，在工艺上为净水药剂与采出水的混合提供了动力，反应后通过混凝沉降的方式将反应产物絮体与水分离，实现水的净化。同时采出水中含的少量的油上浮并被收集。

化学调整旋流反应分离装置可以采用合体式的(仅有一个装置，即图3中示出的旋流反应分离罐)，也可以采用分体式的(包含两个装置，即图4中示出的旋流反应器与图5中示出的喷雾除渣分离罐或图6中示出的负压除渣分离罐的结合)。针对含聚合物、超稠油、SAGD采出水油珠粒径小、粘度大，油水不易分离；含气采出水由于水中溶解气较高且不稳定，以上原因易造成絮体上浮，且浮渣层在罐顶部长期聚集使得浮渣层厚度增大，浮渣经出水口流出进入下一段流程，造成罐出水含油、悬浮物含量超标，并为后段流程带来处理压力的情况，采用图5中示出的喷雾除渣分离罐。在罐顶设收渣槽，收渣槽中心设水雾喷嘴。由喷雾将浮渣吹扫至收渣槽内，然后再排出罐外，污泥沉降至喷雾除渣分离罐的底部，并经负压排泥装置排出罐外。图6所示的负压除渣分离罐则是靠负压作用收集上浮至罐液面的浮渣，并排出罐外，污泥沉降至负压除渣分离罐的底部，并经负压排泥装置排出罐外，确保出水水质。

采出水经过本发明的两级处理后，出水含油和悬浮物可达到15mg/L以内，后端辅以过滤即可满足回用要求。解决了高温低油水密度差高乳化度采出水油珠粒径小、油水稳定性强、常规处理流程难度大的问题，使稠油开发中产生的采出水能够达标处理并回用于锅炉， 避免稠油开发中产生的采出水(污水)外排污染环境，同时节约了清水产生巨大的经济效益。

本发明的代表性实施例得到了详细的描述。这些详细的描述不用于对本发明的范围进行限制。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。因此，在前述详细描述中的特征的结合不是必要的用于在最宽广的范围内实施本发明，并且可替换地仅对本发明的特别详细描述的代表性实施例给出教导。此外，为了获得本发明的附加有用实施例，在说明书中给出教导的各种不同的特征可通过多种方式结合，然而这些方式没有特别地被例举出来。