風(fēng)城特稠油采出水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用效果分析

張志慶

中油（新疆）石油工程有限公司

風(fēng)城油田位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣，西南面與烏爾禾油田毗鄰，該區(qū)域地形條件復(fù)雜，殘丘起伏，沖溝縱橫，地面形成獨(dú)特的4A級(jí)風(fēng)景區(qū)白堊系風(fēng)蝕雅丹地貌——魔鬼城。

稠油注蒸汽開采產(chǎn)生大量高溫采出水，如不處理直接外排，既浪費(fèi)水資源和熱能，又會(huì)污染周邊環(huán)境[1]，為滿足油田可持續(xù)開發(fā)及環(huán)保節(jié)能的要求，需配套建設(shè)采出水處理系統(tǒng)。

風(fēng)城特稠油聯(lián)合處理站投產(chǎn)運(yùn)行多年，主要承擔(dān)著重32、重32（37）SAGD、重檢3和重43等區(qū)塊稠油采出水處理工作。采出水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理規(guī)模為20 000 m3/d，裝置處理能力為1 000 m3/h，采用離子調(diào)整旋流反應(yīng)污泥吸附法處理技術(shù)[2-3]，處理后凈化水回用風(fēng)城油田注汽鍋爐。主要設(shè)計(jì)指標(biāo)：凈化污水含油質(zhì)量濃度≤2 mg/L、懸浮物質(zhì)量濃度≤2 mg/L，凈化污水處理合格率100%、污水回用率100%[4]。

1 采出水物性

風(fēng)城油田特稠油物性及特點(diǎn)見表1[5]。50℃時(shí)表觀黏度為2×104～1 000×104mPa·s[6-7]，區(qū)塊目前黏度最大值51 990 mPa·s，原油處理系統(tǒng)脫水溫度85～90℃。采出水溫度82～87℃，油水密度差小，具有黏度高、膠質(zhì)含量高、凝點(diǎn)低、乳化程度高和水質(zhì)物性復(fù)雜等特點(diǎn)。風(fēng)城油田特稠油采出水?dāng)?shù)據(jù)分析見表2、表3。

從表3可以看出，稠油采出水除含油量、懸浮物和二氧化硅等指標(biāo)超標(biāo)外，其他指標(biāo)基本合格。需針對(duì)采出水物性及凈化水出路選擇配套的處理工藝及藥劑體系。

表1 特稠油物性及特點(diǎn)Tab.1 Physical properties and characteristics of extra heavy oil

表2 采出水水質(zhì)數(shù)據(jù)Tab.2 Quality data of porduced water

表3 采出水含油量及懸浮物數(shù)據(jù)Tab.3 Data of oil content and suspended matter in produced water

2 采出水處理工藝

2.1 工藝流程

采出水處理工藝流程：原油脫水系統(tǒng)來水→9 000 m3調(diào)儲(chǔ)罐（重力除油）→9 000 m3調(diào)儲(chǔ)罐（沉降緩沖）→反應(yīng)提升泵→旋流反應(yīng)器+污水反應(yīng)罐→2 000 m3斜板沉降罐→2 000 m3過濾緩沖罐→過濾提升泵→雙濾料過濾器→精細(xì)過濾器→出水（進(jìn)軟化水處理系統(tǒng)）

原油脫水系統(tǒng)來水（含油量≤1 000 mg/L、懸浮物≤300 mg/L）自流進(jìn)入9 000 m3調(diào)儲(chǔ)罐，調(diào)儲(chǔ)罐出水（含油量≤150 mg/L、懸浮物≤150 mg/L）經(jīng)反應(yīng)泵提升進(jìn)入污水反應(yīng)單元和2 000 m3斜板沉降罐，去除大部分乳化油及懸浮物，出水（含油量≤10 mg/L、懸浮物≤10 mg/L） 經(jīng)過濾泵提升進(jìn)入兩級(jí)過濾器，雙濾料過濾器出水含油量≤5 mg/L、懸浮物≤5 mg/L，精細(xì)過濾器出水含油量≤2 mg/L、懸浮物≤2 mg/L，過濾器出水直接進(jìn)軟化水處理系統(tǒng)。

2.2 輔助流程

（1）藥劑投加系統(tǒng)。采出水處理系統(tǒng)投加5種水處理藥劑，在9 000 m3調(diào)儲(chǔ)罐出水管線上加入1號(hào)藥劑，在旋流反應(yīng)器內(nèi)加入2號(hào)和3號(hào)藥劑，并考慮在調(diào)儲(chǔ)罐進(jìn)口設(shè)置除油劑和緩蝕阻垢劑投加點(diǎn)，藥劑投加量可根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)及生產(chǎn)運(yùn)行情況進(jìn)行優(yōu)化。藥劑按一定順序和時(shí)間間隔投加，藥劑與采出水中的相關(guān)物質(zhì)和離子反應(yīng)，使其破乳，固體微粒聚并，有害離子濃度降低。加藥量根據(jù)來水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)，并配套設(shè)置溶藥、儲(chǔ)液及攪拌設(shè)備。藥劑選用液壓隔膜計(jì)量泵投加。

2017年入圍中國最好大學(xué)排名前100強(qiáng)的9所醫(yī)藥類院校，整體上代表著醫(yī)藥類高等教育的競爭力水平，通過分析這9所高校的排名情況，可以找出其優(yōu)勢與不足，為長期的發(fā)展找到突破點(diǎn)。全國排名中，僅有首都醫(yī)科大學(xué)入圍前50強(qiáng)，其余8所高校均在50～100名之間，其中北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院與天津醫(yī)科大學(xué)的名次接近，兩所高校的綜合競爭水平相當(dāng)。單項(xiàng)指標(biāo)全國排名中，9所高校在培養(yǎng)結(jié)果、科研質(zhì)量、科技服務(wù)和成果轉(zhuǎn)化指標(biāo)上的排名遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于綜合得分全國排名，在其它單項(xiàng)指標(biāo)的排名上也不具有明顯的競爭優(yōu)勢，這很大程度上限制了其在全國排名中的競爭力。(詳見表4)

（2）污水回收。站區(qū)生產(chǎn)污水統(tǒng)一排至2座200 m3污水回收池，由安裝在污水污泥泵房內(nèi)的2臺(tái)污水回收泵（1用1備，也可2臺(tái)同時(shí)工作）將污水提升至采出水處理系統(tǒng)（調(diào)儲(chǔ)罐總進(jìn)水口）再處理。

（3）污油回收。采出水處理過程中回收的含水污油經(jīng)伴熱自流進(jìn)入站內(nèi)2座100 m3污油罐，由污油泵提升至原油處理系統(tǒng)，回收污油含水率約為40%～60%。

（4）污泥處理。由調(diào)儲(chǔ)罐、污水反應(yīng)罐、斜板沉降罐等處理構(gòu)筑物排出的含水污泥（含水率98%～99%）進(jìn)入站區(qū)1 000 m3的污泥沉降池（直徑20.0 m），上清液進(jìn)入2座200 m3污水池，池底濃縮污泥（含水率為95%左右）經(jīng)污水污泥泵房內(nèi)的2臺(tái)污泥螺桿泵提升至離心脫水機(jī)進(jìn)行脫水，脫水后污泥拉運(yùn)至環(huán)保堆放點(diǎn)。

2.3 工藝特點(diǎn)

（1）采用單臺(tái)反應(yīng)提升泵對(duì)應(yīng)單臺(tái)旋流反應(yīng)器，單臺(tái)加藥泵對(duì)應(yīng)單臺(tái)旋流反應(yīng)器處理工藝流程，消除了工藝偏流問題；并實(shí)現(xiàn)了按需加藥，避免了藥劑的浪費(fèi)，保障了水質(zhì)連續(xù)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

（2）優(yōu)化調(diào)儲(chǔ)除油罐內(nèi)收油槽高度，將收油槽高度降至與出水管中心相對(duì)合適的位置，實(shí)現(xiàn)罐內(nèi)污油的連續(xù)收集，有效解決了除油罐污油收集和回收問題，污油得到及時(shí)回收，保障了采出水處理系統(tǒng)的良性循環(huán)[8]。

（3）調(diào)儲(chǔ)罐及沉降罐采用負(fù)壓排泥技術(shù)[9]，系統(tǒng)排泥效果得到改善，能將罐底部沉積的污泥排出80%以上，大大延長了人工清罐的周期。

（4）以吸附理論為指導(dǎo)，將重力除油罐配水管喇叭口盡量靠近污油層，將集水管喇叭口盡量靠近污泥層。原油處理系統(tǒng)沉降罐來水通過集配水管及集配水喇叭口，進(jìn)入上部的污油層或下部的污泥層，污水中油珠和小顆粒絮體懸浮物被罐上部污油層或罐底污泥層捕捉吸附后，可以上浮或沉降下來，達(dá)到水質(zhì)凈化的目的。

（5）經(jīng)過多年的現(xiàn)場運(yùn)行實(shí)踐和不斷改進(jìn)完善，形成了一整套油田水處理加藥專用的控制系統(tǒng)，可通過系統(tǒng)自診斷模式自動(dòng)切換控制方式。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了根據(jù)現(xiàn)場儀表所監(jiān)測的來液物性和液量自動(dòng)控制加藥，可提高水處理藥劑協(xié)同效應(yīng)[10]和水質(zhì)穩(wěn)定性。

3 主要工藝設(shè)備及構(gòu)筑物

3.1 調(diào)儲(chǔ)罐

調(diào)儲(chǔ)罐容積9 000 m3，罐直徑28.5 m、垂高15.8 m?？纱?lián)或并聯(lián)運(yùn)行，儲(chǔ)罐液位可在一定范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)變化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)采出水的調(diào)節(jié)、緩沖和初步除油、除懸浮物四項(xiàng)功能[10-13]；另外罐內(nèi)安裝了負(fù)壓排泥器，可根據(jù)運(yùn)行工況定期排泥。

調(diào)儲(chǔ)罐運(yùn)行參數(shù)：處理水量1 000 m3/h，停留時(shí)間6.5 h，進(jìn)口含油量≤1 000 mg/L，出口含油量≤150 mg/L，進(jìn)口懸浮物≤300 mg/L，出口懸浮物≤150 mg/L。

3.2 污水反應(yīng)單元

污水反應(yīng)單元是水處理藥劑混合反應(yīng)的主要場所，由旋流反應(yīng)器、污水反應(yīng)罐和管匯等組成。根據(jù)采出水的物性篩選出藥劑體系，同時(shí)試驗(yàn)確定藥劑投加時(shí)間間隔與混合反應(yīng)強(qiáng)度，再利用旋流反應(yīng)器的紊流逐級(jí)變小的渦流場，在工藝上為藥劑混合提供必要的動(dòng)力。

污水反應(yīng)單元運(yùn)行參數(shù)：進(jìn)口含油量≤150 mg/L，出口含油量≤15 mg/L，進(jìn)口懸浮物≤150 mg/L，出口懸浮物≤15 mg/L，透光率≥85%。

3.3 斜板沉降罐

斜板沉降罐容積2 000 m3，直徑15.7 m，垂高11.2 m，并聯(lián)運(yùn)行，沉降罐內(nèi)采用梅花點(diǎn)式喇叭口集配水方式，出水采用管式出水。罐中部設(shè)置混凝裝置，增加沉降效果；罐底部設(shè)置負(fù)壓排泥裝置，可根據(jù)運(yùn)行情況定期排泥排污。

斜板沉降罐運(yùn)行參數(shù)：處理水量500～700 m3/h，停留時(shí)間3.0 h，下降速度0.60 mm/s，進(jìn)口含油量≤30 mg/L，出口含油量≤10 mg/L，進(jìn)口懸浮物≤30 mg/L，出口懸浮物≤10 mg/L。

3.4 過濾緩沖罐

過濾緩沖罐容積2 000 m3，鋼制拱頂罐，直徑15.7 m，垂高11.2 m，并聯(lián)運(yùn)行，緩沖時(shí)間4.0 h。

3.5 過濾器

（1）一級(jí)過濾器選用10臺(tái)全自動(dòng)雙濾料過濾器，濾料采用石英砂無煙煤雙濾料，過濾器直徑3.2 m。

一級(jí)過濾器運(yùn)行參數(shù)：處理水量100 m3/h，正常濾速12.5 m/h，強(qiáng)制濾速15.0 m/h，沖洗強(qiáng)度10～15 L/(s·m2)，進(jìn)口含油量≤20 mg/L，出口含油量≤5 mg/L，進(jìn)口懸浮物≤20 mg/L，出口懸浮物≤5 mg/L。

（2）二級(jí)過濾器選用10臺(tái)全自動(dòng)精細(xì)過濾器，過濾器采用的濾料為粒狀（粒徑0.1～0.15 mm）的特質(zhì)濾料，具有過濾精度高、運(yùn)行效果好等特點(diǎn)，過濾器直徑3.2 m。

二級(jí)過濾器運(yùn)行參數(shù)：處理水量100 m3/h，正常濾速12.5 m/h，強(qiáng)制濾速15.0 m/h，沖洗強(qiáng)度15 L/(s·m2)，進(jìn)口含油量≤10 mg/L，出口含油量≤2 mg/L，進(jìn)口懸浮物≤10 mg/L，出口懸浮物≤2 mg/L。

3.6 污泥沉降池

污泥沉降池為輻流式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，直徑20 m，高度3.65 m，單座容積1 000 m3。污泥停留時(shí)間4～16 h。

3.7 離心脫水機(jī)

污泥處理選用2套臥式螺旋離心脫水機(jī)，1用1備，單臺(tái)處理量10.0 m3/h，進(jìn)料含固率1%～3%，脫出污泥含水率≤75%，固相回收率≥95%。

配套裝置為無軸螺旋輸送器1臺(tái)、配藥裝置2套，以及電控柜等。

4 應(yīng)用效果

工程投產(chǎn)運(yùn)行多年，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，高溫凈化水成功回用油田熱采注汽鍋爐。2017年的部分實(shí)際運(yùn)行水質(zhì)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)指標(biāo)對(duì)比見表4。

表4 處理單元實(shí)際運(yùn)行水質(zhì)與設(shè)計(jì)指標(biāo)對(duì)比Tab.4 Comparison of the actual operation water quality of processing unit and design index mg/L

工程投產(chǎn)運(yùn)行以來，年均節(jié)約注汽鍋爐用清水547.5×104m3，節(jié)約清水費(fèi)用1 231.85萬元。并可充分利用特稠油采出水的熱能，年均節(jié)省天然氣用量約2 737.5×104m3（標(biāo)況），節(jié)約天然氣費(fèi)用2 682.75萬元。

5 結(jié)束語

通過對(duì)風(fēng)城特稠油采出水處理系統(tǒng)的工藝參數(shù)及水質(zhì)數(shù)據(jù)跟蹤分析，進(jìn)一步明確影響稠油采出水處理的影響因素和應(yīng)對(duì)措施，保證處理系統(tǒng)凈化污水含油量≤2 mg/L、懸浮物≤2 mg/L，凈化水處理合格率100%、污水回用率100%。該系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)保護(hù)當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境、加大資源再利用幅度、降低生產(chǎn)成本、促進(jìn)油田可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。