發(fā)布時(shí)間：2022-05-07所屬分類：農(nóng)業(yè)論文瀏覽：1次
摘 要： [摘要] 渤海油田某井口小平臺(tái)生產(chǎn)出的油氣水在平臺(tái)進(jìn)行計(jì)量后通過海底管線輸送到下游浮式儲(chǔ)油輪(FPSO)進(jìn)行處理，此 FPSO 處理負(fù)荷隨著上游平臺(tái)的綜合調(diào)整和大泵提液等措施逐漸加大，從而個(gè)別上游平臺(tái)的產(chǎn)能受到下游處理能力的限制，無法實(shí)現(xiàn)提液增產(chǎn)。 渤海油田首次在
[摘要] 渤海油田某井口小平臺(tái)生產(chǎn)出的油氣水在平臺(tái)進(jìn)行計(jì)量后通過海底管線輸送到下游浮式儲(chǔ)油輪(FPSO)進(jìn)行處理，此 FPSO 處理負(fù)荷隨著上游平臺(tái)的綜合調(diào)整和大泵提液等措施逐漸加大，從而個(gè)別上游平臺(tái)的產(chǎn)能受到下游處理能力的限制，無法實(shí)現(xiàn)提液增產(chǎn)。 渤海油田首次在上游井口小平臺(tái)使用旋流氣浮+雙介質(zhì)過濾二級(jí)污水處理，并配合使用綜合處理劑，處理效果良好，滿足回注指標(biāo)要求。
[關(guān)鍵詞] 污水處理;旋流氣浮器;雙介質(zhì)過濾器;綜合處理劑;回注
海上油田平臺(tái)生產(chǎn)污水處理，由于平臺(tái)空間限制，使很多在陸上油田可行的技術(shù)難以推行。 為了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)污水的達(dá)標(biāo)排放或達(dá)標(biāo)回注，很多高效專有新技術(shù)和緊湊型專有設(shè)備得以開發(fā)，并在海上平臺(tái)獲得應(yīng)用，并取得了良好效果。 旋流氣浮+雙介質(zhì)過濾技術(shù)便是這樣的技術(shù)。 但對(duì)于海上小平臺(tái)，由于流程短、空間更小，對(duì)此類技術(shù)的要求更高。 對(duì)于稠油開采小平臺(tái)，處理難度會(huì)更高，需要一些輔助技術(shù)進(jìn)行增效，才能達(dá)到生產(chǎn)污水處理要求。 筆者就渤海某小平臺(tái)稠油開采生產(chǎn)污水處理的“旋流氣浮+雙介質(zhì)過濾技術(shù)” 與綜合破乳劑協(xié)同處理的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行探討，供油田相關(guān)人員進(jìn)行共勉交流。
1 項(xiàng)目背景
該項(xiàng)目所指平臺(tái)是 1 座簡(jiǎn)易稠油開采井口平臺(tái)，12 個(gè)井槽， 原設(shè)計(jì)未考慮在平臺(tái)設(shè)置生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)〔1〕，而是平臺(tái)產(chǎn)液經(jīng)過計(jì)量后通過海底管線直接輸送到下游浮式儲(chǔ)油輪(FPSO)進(jìn)行油氣水分離處理。 該平臺(tái)自 2009 年 5 月投產(chǎn)至今，采出液含水率日益升高，由初期的<5%增長(zhǎng)到目前的 69%，產(chǎn)水量由初期<50 m3 /d 增加到 575 m3 /d。 由于海管輸送能力及下游 FPSO 的接收和處理能力有限，含水量的上升制約了上游平臺(tái)的提液增產(chǎn)措施的實(shí)施。隨著今后平臺(tái)油井產(chǎn)液含水進(jìn)一步上升，生產(chǎn)污水量也會(huì)更高，其制約作用會(huì)更加明顯。
另外，該平臺(tái)原設(shè)計(jì)注入水〔2〕為水源井水，由于水源井產(chǎn)量限制，不能滿足后期注水需求，或者在水源井故障時(shí)無法及時(shí)提供注水水源。
將生產(chǎn)污水就地處理回用， 既可釋放上游井口平臺(tái)產(chǎn)能，又可解除對(duì)水源井的依賴，實(shí)現(xiàn)廢水的資源化利用，達(dá)到節(jié)能降耗、保護(hù)環(huán)境的多重目的。 為此必須增加 1 套生產(chǎn)污水就地處理系統(tǒng)。 為此，根據(jù)項(xiàng)目平臺(tái)特點(diǎn)及要求，引進(jìn)了集成式二級(jí)污水處理工藝，該系統(tǒng)采用“旋流氣浮器+雙介質(zhì)過濾器” 二級(jí)處理流程， 并結(jié)合添加綜合處理劑的運(yùn)行方式。 經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行證明，該工藝處理效果良好，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。
2 生產(chǎn)污水處理
2.1 生產(chǎn)污水處理流程
項(xiàng)目污水處理流程為“旋流氣浮器+雙介質(zhì)過濾器”二級(jí)處理流程，同時(shí)投加綜合處理劑，綜合處理劑投加點(diǎn)為生產(chǎn)分離器前的管匯處。 分離器水相出口的生產(chǎn)污水首先進(jìn)入旋流氣浮器，然后通過過濾器給料泵加壓進(jìn)入雙介質(zhì)過濾器過濾，雙介質(zhì)過濾器處理合格后的生產(chǎn)污水達(dá)到注水指標(biāo)(油≤15 mg/L，懸浮物≤5 mg/L，粒徑中值≤3 μm)并進(jìn)入平臺(tái)原有的緩沖除氣罐，與水源井水混合后回注地層〔3〕。分離器油相出口油≤50%后， 經(jīng)海管外輸其他平臺(tái)后續(xù)處理。 “旋流氣浮器+雙介質(zhì)過濾器”二級(jí)處理流程如圖 1 所示。
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該系統(tǒng)的主要設(shè)備包括：5 臺(tái) 55 m3 /h 的旋流氣浮機(jī)，其中 1 臺(tái)備用;2 臺(tái) 55 m3 /h 的過濾器給料泵，其中 1 臺(tái)備用;3 臺(tái) 30 m3 /h 的雙介質(zhì)過濾器，其中 1 臺(tái)備用;2 臺(tái) 100 m3 /h 的反沖洗增壓泵，其中 1 臺(tái)備用;1 臺(tái) 10 m3 污油/水罐;2 臺(tái) 110 m3 /h 外輸增壓泵，其中 1 臺(tái)備用。
2.2 旋流氣浮器
旋流氣浮器是該污水處理流程的核心設(shè)備，其作用機(jī)理為：結(jié)合氣浮與低強(qiáng)度旋流離心力場(chǎng)的協(xié)同作用，提升了氣泡與油滴的碰撞機(jī)率，縮短分離時(shí)間和減少設(shè)備尺寸，提高氣浮效率。
該裝置旋流氣浮器橇塊共由四級(jí)加氣浮選器〔4〕組成。 從生產(chǎn)分離器中分離出的生產(chǎn)污水(污水出口壓力為 1 400~1 750 kPa)， 依次進(jìn)入一級(jí)旋流氣浮(操作壓力 1 000 kPa)、二級(jí)旋流氣浮(操作壓力 650~ 700 kPa)、三級(jí) 旋 流 氣 浮(操 作 壓 力 350~400 kPa)和四級(jí)旋流氣浮(操作壓力 50 kPa)。通過逐級(jí)降壓在每一級(jí)氣浮筒內(nèi)部釋放溶解氣，并實(shí) 現(xiàn) 逐 級(jí) 旋 流氣浮。
旋流氣浮器各級(jí)壓力等級(jí)和流量如下： 在進(jìn)入旋流之前生產(chǎn)污水壓力為 1.6 MPa，根據(jù)生產(chǎn)需要設(shè)定進(jìn)液量; 一級(jí)旋流氣浮的操作壓力和處理量分別是 1.2 MPa 和 0.1 m3 /h;二級(jí)旋流氣浮器的操作壓力和處理量分別是 0.6 MPa 和 0.2 m3 /h;三級(jí)旋流氣浮器的操作壓力和處理量分別是 0.3 MPa 和 0.3 m3 /h;四級(jí)旋流氣浮器的操作壓力和處理量分別是 0.05 MPa 和 0.4 m3 /h。
針對(duì)每一級(jí)旋流氣浮， 生產(chǎn)污水從切向入口進(jìn)入旋流氣浮器罐內(nèi)，形成較為柔和的旋流運(yùn)動(dòng)，生產(chǎn)污水中的溶解氣因壓力降低而以微氣泡(30~50 μm)的形式釋放出來，同時(shí)利用文丘里原理，在生產(chǎn)污水流過射流器的同時(shí)吸入罐體上部的天然氣， 形成均勻的微小氣泡〔5〕(50~200 μm)，吸入量約為液體介質(zhì)體積的 10%，以增強(qiáng)氣浮效果。 而油滴和氣泡等較輕成分將向罐體中心運(yùn)移，在此過程中發(fā)生黏附，形成密度比油滴更小的油滴-微氣泡黏附體在中心區(qū)域上升。整個(gè)處理系統(tǒng)采用密閉穩(wěn)壓操作，通過逐級(jí)降壓污水自身釋放氣泡在容器內(nèi)循環(huán)利用。 在設(shè)備首次啟動(dòng)時(shí)，需引入外部起源補(bǔ)壓，正常運(yùn)行后無需再外加氣源。
在上述過程中， 設(shè)備內(nèi)水面上部將匯成連續(xù)的污油和氣泡浮渣層，通過頂部懸伸到罐內(nèi)的短管，被連續(xù)排放至污油水罐。 泥砂和其他較重固體物質(zhì)沉積在容器底部，定期排放。分離后的水經(jīng)過中下部水平圓板緩流后，從出水口流入雙介質(zhì)過濾器。
2.3 雙介質(zhì)過濾器
項(xiàng)目使用的雙介質(zhì)過濾器內(nèi)置核桃殼和石英砂雙重濾料。 生產(chǎn)污水經(jīng)過旋流氣浮器分離處理后進(jìn)入雙介質(zhì)過濾器內(nèi)過濾懸浮物和進(jìn)一步除油〔6〕，在雙重濾料作用下，水中懸浮物、鐵離子、膠體、聚合物等被捕捉截獲，水質(zhì)得到進(jìn)一步凈化處理。雙介質(zhì)濾器的反沖洗操作可以根據(jù)過濾壓差或者時(shí)間來設(shè)定，在壓差達(dá)到 15 kPa 時(shí)或者 24 h 時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)開始反沖洗作業(yè)。雙介質(zhì)過濾器采取結(jié)構(gòu)緊湊方式，采用高效雙重濾料，具有截污能力強(qiáng)、運(yùn)行平穩(wěn)、反洗時(shí)間短且節(jié)省安裝空間等特點(diǎn)。 雙介質(zhì)過濾器主要技術(shù)參數(shù)如表1 所示。
2.4 綜合處理劑
與兩級(jí)生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)配套使用的含聚采出液綜合處理劑〔7〕(簡(jiǎn)稱綜合處理劑)在項(xiàng)目中的應(yīng)用是該技術(shù)的特點(diǎn)之一。 該藥劑在實(shí)現(xiàn)原油脫水的同時(shí)， 具備污水除油功能， 即一劑兩能故稱綜合處理劑。 綜合破乳劑可使稠油油相含水量由 70%左右降到<50%， 然后直接經(jīng)海管輸送到大平臺(tái)集中處理;同時(shí)其對(duì)提高氣浮裝置及雙介質(zhì)過濾器處理效果具有極大的提升作用， 具有一劑雙效、 操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，可大大減少平臺(tái)操作的工作量。
常規(guī)藥劑的清水機(jī)理是采用“第一極小值”作用原理，即依靠壓縮雙電層，消除靜電斥力，粒子聚集，破壞體系穩(wěn)定性，形成“不可逆聚并”，雖然能夠解決水包油破乳問題， 但影響油包水化學(xué)破乳和電脫水(中間層)的問題，負(fù)面作用明顯。綜合處理劑的微觀作用機(jī)理是利用“第二極小值”原理，即在化學(xué)藥劑作用下，削弱雙電層，強(qiáng)化“長(zhǎng)程”吸引力，降低體系穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)油水分離。 相對(duì)于常規(guī)油水分離藥劑，綜合處理劑的理念更為先進(jìn)，尤其是在清水方面，可以很好避免常規(guī)藥劑的負(fù)面作用， 幫助生產(chǎn)流程良性運(yùn)轉(zhuǎn)。 項(xiàng)目綜合處理劑加藥質(zhì)量濃度為 220~260 mg/L 時(shí)，處理效果最為明顯，且沒有絮體生成，不會(huì)給下游流程的原油破乳造成負(fù)面影響。
3 工藝處理效果
“旋流氣浮+雙介質(zhì)過濾技術(shù)+綜合破乳劑”工藝各級(jí)處理結(jié)果如表 2 所示。
由表 2 可見，注水水質(zhì)完全達(dá)到了回注標(biāo)準(zhǔn)，通過該項(xiàng)目的實(shí)施，使外輸油含水率由 70%降至 50% 以下，可降低海管負(fù)荷 28%，減少對(duì) FPSO 的輸液量約 500 m3 /a， 使增產(chǎn)作業(yè)產(chǎn)液量可增加到項(xiàng)目投產(chǎn)前的 1.5 倍，如果增產(chǎn)作業(yè)到位后每年可增產(chǎn)原油 2 萬 m3 左右，增加產(chǎn)值 500 萬美元/a(50 美元/桶計(jì)算)。同時(shí)可減少水源井取水 20 萬 m3 /a，減少外排污水 20 萬 m3 /a，可降低海管輸送壓力，節(jié)約泵輸動(dòng)力成本。
4 結(jié)論
項(xiàng)目工藝在該小平臺(tái)的應(yīng)用實(shí)踐表明，“旋流氣浮+雙介質(zhì)過濾技術(shù)”通過與綜合破乳劑的協(xié)同使用， 可使外輸稠油含水≤50%， 回注污水含油≤15 mg/L、懸浮物≤5 mg/L、粒徑中值≤3 μm，完全適合筆者項(xiàng)目小平臺(tái)的稠油采出液處理。 項(xiàng)目實(shí)施后可以釋放平臺(tái)既有設(shè)施的處理量， 使平臺(tái)的增產(chǎn)作業(yè)產(chǎn)液量可增加 50%以上，大大提升增產(chǎn)空間，取得明顯經(jīng)濟(jì)效益;同時(shí)，高標(biāo)準(zhǔn)回注水的利用還可以減少環(huán)境污染，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。——論文作者：馬兆峰，許建軍，鄧常紅，李 嘉
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