旋流氣浮+雙介質(zhì)過濾技術(shù)應(yīng)用于渤海油田污水處理

馬兆峰，許建軍，鄧常紅，李嘉

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300450）

旋流氣浮+雙介質(zhì)過濾技術(shù)應(yīng)用于渤海油田污水處理

馬兆峰，許建軍，鄧常紅，李嘉

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300450）

渤海油田某井口小平臺生產(chǎn)出的油氣水在平臺進(jìn)行計量后通過海底管線輸送到下游浮式儲油輪（FPSO）進(jìn)行處理，此FPSO處理負(fù)荷隨著上游平臺的綜合調(diào)整和大泵提液等措施逐漸加大，從而個別上游平臺的產(chǎn)能受到下游處理能力的限制，無法實現(xiàn)提液增產(chǎn)。渤海油田首次在上游井口小平臺使用旋流氣浮+雙介質(zhì)過濾二級污水處理，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。

污水處理；旋流氣浮器；雙介質(zhì)過濾器；綜合處理劑；回注

海上油田平臺生產(chǎn)污水處理，由于平臺空間限制，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)。但對于海上小平臺，由于流程短、空間更小，對此類技術(shù)的要求更高。對于稠油開采小平臺，處理難度會更高，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　項目背景

該項目所指平臺是1座簡易稠油開采井口平臺，12個井槽，原設(shè)計未考慮在平臺設(shè)置生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)〔1〕，而是平臺產(chǎn)液經(jīng)過計量后通過海底管線直接輸送到下游浮式儲油輪（FPSO）進(jìn)行油氣水分離處理。該平臺自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的提液增產(chǎn)措施的實施。隨著今后平臺油井產(chǎn)液含水進(jìn)一步上升，生產(chǎn)污水量也會更高，其制約作用會更加明顯。

另外，該平臺原設(shè)計注入水〔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無法及時提供注水水源。

將生產(chǎn)污水就地處理回用，既可釋放上游井口平臺產(chǎn)能，又可解除對水源井的依賴，實現(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)項目平臺特點及要求，引進(jìn)了集成式二級污水處理工藝，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)計目標(biāo)。

2　生產(chǎn)污水處理

2.1生產(chǎn)污水處理流程

項目污水處理流程為“旋流氣浮器+雙介質(zhì)過濾器”二級處理流程，同時投加綜合處理劑，綜合處理劑投加點為生產(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)海管外輸其他平臺后續(xù)處理?！靶鳉飧∑?雙介質(zhì)過濾器”二級處理流程如圖1所示。

圖1　“旋流氣浮器+雙介質(zhì)過濾器”二級處理流程

該系統(tǒng)的主要設(shè)備包括：5臺55 m3/h的旋流氣浮機(jī)，其中1臺備用；2臺55 m3/h的過濾器給料泵，其中1臺備用；3臺30 m3/h的雙介質(zhì)過濾器，其中1臺備用；2臺100 m3/h的反沖洗增壓泵，其中1臺備用；1臺10 m3污油/水罐；2臺110 m3/h外輸增壓泵，其中1臺備用。

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1400～1 750 kPa），依次進(jìn)入一級旋流氣?。ú僮鲏毫? 000 kPa）、二級旋流氣?。ú僮鲏毫?50～700 kPa）、三級旋流氣?。ú僮鲏毫?50～400 kPa）和四級旋流氣浮（操作壓力50kPa）。通過逐級降壓在每一級氣浮筒內(nèi)部釋放溶解氣，并實現(xiàn)逐級旋流氣浮。

旋流氣浮器各級壓力等級和流量如下：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；四級旋流氣浮器的操作壓力和處理量分別是0.05MPa和0.4 m3/h。

針對每一級旋流氣浮，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，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，同時利用文丘里原理，在生產(chǎn)污水流過射流器的同時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。整個處理系統(tǒng)采用密閉穩(wěn)壓操作，通過逐級降壓污水自身釋放氣泡在容器內(nèi)循環(huán)利用。在設(shè)備首次啟動時，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)過濾壓差或者時間來設(shè)定，在壓差達(dá)到15 kPa時或者24 h時，系統(tǒng)自動開始反沖洗作業(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)、反洗時間短且節(jié)省安裝空間等特點。雙介質(zhì)過濾器主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1　雙介質(zhì)過濾器主要技術(shù)參數(shù)

2.4綜合處理劑

與兩級生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)配套使用的含聚采出液綜合處理劑〔7〕（簡稱綜合處理劑）在項目中的應(yīng)用是該技術(shù)的特點之一。該藥劑在實現(xiàn)原油脫水的同時，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)海管輸送到大平臺集中處理；同時其對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、操作簡單的特點，可大大減少平臺操作的工作量。

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“長程”吸引力，降低體系穩(wěn)定性，實現(xiàn)油水分離。相對于常規(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)。項目綜合處理劑加藥質(zhì)量濃度為220～260 mg/L時，處理效果最為明顯，且沒有絮體生成，不會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”工藝各級處理結(jié)果如表2所示。

表2　工藝流程的處理效果

由表2可見，注水水質(zhì)完全達(dá)到了回注標(biāo)準(zhǔn)，通過該項目的實施，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/桶計算）。同時可減少水源井取水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)約泵輸動力成本。

4　結(jié)論

項目工藝在該小平臺的應(yīng)用實踐表明，“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，完全適合筆者項目小平臺的稠油采出液處理。項目實施后可以釋放平臺既有設(shè)施的處理量，使平臺的增產(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，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)效益和社會效益。

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Application of cyclone floatation unit+dual medium filtration process to wastewater treatment in Bohai Oilfield

Ma Zhaofeng，Xu Jianjun，Deng Changhong，Li Jia
（Tianjin Branch，CNOOC，Tianjin 300450，China）

After the oil-gas water produced from a small wellhead platform in Bohai Oilfield has been measured，it is transported to the floating-type FPSO at downstream through subsea pipelines for its treatment.The FPSO treatment load is increased gradually with the enhancement of the measures，including integrated adjustment and the extraction with the pump at the upstream platform.Thus，the production capacity at certain individual upstream platform is restrained by downstream treatment capacity，and，as a result，the production increase by extraction cannot be achieved. The two-step industrial wastewater treatment by cyclone floatation unit+dual medium filtration process，in conjunction with integrated treatment agent，is firstly used at the upstream wellhead platform in Bohai Oilfield.The treatment effect is pretty good，meeting the requirements for reinjection indexes.The treatment and reinjection of the produced water at the upstream wellhead platform is equivalent to the release of treatment capacity of downstream process.

wastewater treatment；cyclone floatation unit；dual medium filter；integrated treating agent；reinjection

X703.1

A

1005-829X（2016）05-0087-03

馬兆峰（1977—），碩士，工程師。E-mail：mazhf@cnooc. com.cn。通訊聯(lián)系人：李嘉，工程師。E-mail：lijia2@cnooc. com.cn。

2016-02-22（修改稿）