長(zhǎng)北區(qū)塊采出水處理工藝技術(shù)研究及應(yīng)用

趙發(fā)壽，李戰(zhàn)平，楊亞濤，余志斌

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田長(zhǎng)北作業(yè)分公司，陜西西安 710016）

1 采出水現(xiàn)狀

長(zhǎng)北生產(chǎn)水日平均量65 m3，凝析油日平均量30 m3，峰值合計(jì)約170 m3/d；每年分別清管3～4 次，清管來(lái)液500 m3～1 000 m3不等，為了加快收液，將來(lái)液從三相分離器直接進(jìn)入T0620 或T-0602A/B，靜置時(shí)間也少于24 h，大量含油和機(jī)械雜質(zhì)的采出水進(jìn)入甲醇回收單元以及生產(chǎn)水處理單元。2015 年由于水質(zhì)惡化造成甲醇再生塔頻繁堵塔，影響甲醇回收系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行及回收效率，全年共進(jìn)行了8 次清塔作業(yè)；每年從各個(gè)生產(chǎn)水處理罐清理出來(lái)的污泥總量約為120 t，清罐作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高，危廢處理費(fèi)用較高。2018 年累計(jì)產(chǎn)液42 427.14 m3，產(chǎn)凝析油14 255.14 m3，采出水量28 172.0 m3。

1.1 采出水化學(xué)特征

通過(guò)對(duì)氣田采出水水質(zhì)持續(xù)監(jiān)測(cè)顯示，長(zhǎng)北采出水氯根平均值低于2 000 mg/L，總礦化度平均值低于10 000 mg/L，水型主要CaCl2+NaHCO3，因此判斷長(zhǎng)北區(qū)塊采出水為凝析水產(chǎn)液類型（見(jiàn)圖1）。

圖1 單井水分析數(shù)據(jù)

1.2 采出水處理現(xiàn)狀

長(zhǎng)北天然氣處理廠的工藝技術(shù)特點(diǎn)為天然氣集中處理、前期J-T 閥節(jié)流制冷、后期壓縮機(jī)增壓、丙烷制冷、低溫分離、導(dǎo)熱油供熱系統(tǒng)、緊急關(guān)斷。而針對(duì)于含油采出水有一套完整的水處理工藝流程，氣液通過(guò)管道混輸?shù)紺PF 后，在三相分離器進(jìn)行氣，油和水分離，水則進(jìn)入緩沖罐進(jìn)一步閃蒸除油，油進(jìn)入凝析油處理單元，并首先在緩沖罐進(jìn)一步氣，油和水分離，上述2座緩沖罐的水隨后進(jìn)入除油沉降罐進(jìn)一步除油，然后進(jìn)入甲醇富液罐靜置，在經(jīng)過(guò)過(guò)濾單元后進(jìn)入甲醇再生單元對(duì)水中甲醇進(jìn)行回收處理，水則進(jìn)入生產(chǎn)水處理單元，依次經(jīng)過(guò)斜板除油器、核桃殼、纖維球、石英砂和精細(xì)過(guò)濾器后回注地下。

CPF 于2006 年投產(chǎn)至今累計(jì)產(chǎn)液41.9×104m3，年平均產(chǎn)水2.1×104m3，產(chǎn)油1.0×104m3。平均油氣比0.031 m3/104m3，水氣比0.06 m3/104m3。2018 年兩者均有偏高趨勢(shì)，且出現(xiàn)油水乳化現(xiàn)象，含油超過(guò)1 000 mg/L，機(jī)雜超過(guò)50 mg/L。

2 采出水處理影響因素

從乳化物形成機(jī)理分析可知，乳狀液有著巨大的比表面，屬熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，不會(huì)自發(fā)形成，要得到穩(wěn)定的乳狀液必須有乳化劑的存在，在泡沫排水采氣中，往往需要向氣井中加入泡排劑，因氣井積液中含有水和凝析油，這就無(wú)法避免乳化物的形成，泡排劑既充當(dāng)了起泡劑的作用，同時(shí)又充當(dāng)了乳化劑的作用，泡排和乳化這對(duì)矛盾將同時(shí)存在于整個(gè)生產(chǎn)流程之中，可以通過(guò)削弱乳化物的穩(wěn)定性，提高泡排效果，減少乳化物的產(chǎn)生[1-3]。同時(shí)為了防止管線及井筒腐蝕，在生產(chǎn)中定期加入足量的緩蝕劑，這也為乳化的形成增加了一種活性物質(zhì)。而乳化程度的大小除受活性劑濃度影響外，還可能受到溫度等方面的影響，具體通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)分析（見(jiàn)圖2、圖3）。

圖2 V-2501 含油粒徑圖

圖3 T-4002 含油粒徑圖

緩蝕劑、泡排劑是長(zhǎng)北目前主要加注的藥劑類型，緩蝕劑用于防腐蝕，泡排劑用于氣井排水采氣。分析表明這兩種藥劑都是乳化形成的表面活性劑，是造成乳化的客觀因素之一。

2.1 緩蝕劑影響

取500 mg/L、1 000 mg/L、3 000 mg/L、5 000 mg/L不同濃度的緩蝕劑進(jìn)行乳化實(shí)驗(yàn)，在緩蝕劑濃度低于1 000 mg/L 時(shí)，乳化現(xiàn)象不明顯，大于1 000 mg/L 時(shí)，會(huì)出現(xiàn)明顯的乳化現(xiàn)象。

2017 年底長(zhǎng)北緩蝕劑加注量每天超過(guò)1 000 L，出現(xiàn)嚴(yán)重乳化，調(diào)整緩蝕劑加注量，引進(jìn)中試撬裝設(shè)備，乳化程度有所降低（見(jiàn)圖4）。

圖4 長(zhǎng)北緩蝕劑加注量與含油量曲線圖

2.2 泡排劑影響

在實(shí)驗(yàn)室對(duì)當(dāng)前選用的泡排劑進(jìn)行了兩個(gè)濃度的測(cè)試，分別是100 mg/L 和500 mg/L。在目前的實(shí)驗(yàn)條件下，當(dāng)泡排劑在水中的濃度等于100 mg/L 時(shí)，沒(méi)有明顯的乳化現(xiàn)象。當(dāng)泡排劑在水中的濃度等于500 mg/L時(shí)，出現(xiàn)了嚴(yán)重的乳化現(xiàn)象，而目前對(duì)CPF 破乳效果很好的破乳劑，對(duì)泡排劑形成的乳液沒(méi)有明顯的破乳效果。

2.3 管網(wǎng)壓力因素影響

長(zhǎng)北采用的是封閉濕氣集輸管網(wǎng)，受整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)影響，自2017 年底啟用壓縮機(jī)，管網(wǎng)壓力降低，長(zhǎng)北采出水含油量出現(xiàn)升高的趨勢(shì)，因此可以判定管網(wǎng)壓力降低加劇了采出水乳化（見(jiàn)圖5）。

圖5 CPF 入口壓力與含油量曲線圖

3 采出水處理工藝優(yōu)化

基于上述出現(xiàn)的采出水乳化現(xiàn)象，同時(shí)回注井回注壓力升高的問(wèn)題，對(duì)水處理工藝進(jìn)行初步優(yōu)化，在回注罐前增加中試撬裝裝置，對(duì)采出水進(jìn)入回注前進(jìn)行再次處理，解決乳化問(wèn)題，使回注水指標(biāo)達(dá)到回注標(biāo)準(zhǔn)。

3.1 技術(shù)原理

高效旋流分離器撬裝裝置是一種用于油氣田采出水預(yù)處理的高效沉淀分離裝置，該裝置是基于旋流分離原理，即：在離心力的作用下利用兩相或多相間的密度差來(lái)實(shí)現(xiàn)相分離的。

加藥絮凝：加入藥劑（調(diào)節(jié)劑、氧化劑、助凝劑、絮凝劑），有效絮凝。

懸浮污泥過(guò)濾：利用處理過(guò)程中已產(chǎn)生的老化污泥吸附過(guò)濾新產(chǎn)生的污泥，實(shí)現(xiàn)凈化水質(zhì)的目的（見(jiàn)圖6）。

圖6 中試撬裝設(shè)備水處理流程圖

3.1.1 預(yù)反應(yīng)器 預(yù)反應(yīng)單元（見(jiàn)圖7）主要作用是來(lái)水進(jìn)行pH 調(diào)節(jié)和混凝沉淀，由于所選混凝劑的最佳工作條件的pH 值是7 左右，除油罐的出水pH 為弱酸性，需對(duì)pH 進(jìn)行調(diào)節(jié)。實(shí)驗(yàn)證明，pH 調(diào)節(jié)與混凝同步進(jìn)行，更加有利于混凝的效果。通過(guò)水力旋流及反應(yīng)腔之間的管道折流，實(shí)現(xiàn)無(wú)動(dòng)力無(wú)損害攪拌，利用多個(gè)獨(dú)立反應(yīng)腔控制藥劑的混合時(shí)間，避免藥劑間的相互影響，同時(shí)通過(guò)其結(jié)構(gòu)可以控制每個(gè)藥劑間的加藥間隔時(shí)間，保證最佳的加藥方案。

圖7 預(yù)反應(yīng)器水處理流程圖

技術(shù)優(yōu)勢(shì)：利用水力折流及獨(dú)立反應(yīng)腔促使藥劑與采出水有效混合并充分反應(yīng)，克服了傳統(tǒng)藥劑加注方式導(dǎo)致的藥劑與采出水混合不均、藥劑間相互影響的問(wèn)題。

3.1.2 旋流分離器 高效旋流分離器（見(jiàn)圖8）是一種用于油氣田采出水預(yù)處理的高效沉淀分離裝置，該裝置是基于旋流分離原理，即：在離心力的作用下利用兩相或多相間的密度差來(lái)實(shí)現(xiàn)相分離的。將預(yù)處理的出水流入高效旋流分離器，在離心力的作用下，進(jìn)行油水分離?；旌弦和ㄟ^(guò)切向入口進(jìn)入旋流分離器，促使混合液在分離器內(nèi)旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，水和油上浮，污泥下沉，實(shí)現(xiàn)快速的沉降分離。該裝置能夠有效降低采出水懸浮物含量，通過(guò)高效混凝技術(shù)和旋流分離原理實(shí)現(xiàn)固液分離，避免污泥在系統(tǒng)中循環(huán)，適用于油氣田采出水的預(yù)處理環(huán)節(jié)，提高采出水處理效果。

技術(shù)優(yōu)勢(shì)：依靠螺旋導(dǎo)流槽產(chǎn)生的水力旋流和填料層對(duì)懸浮物的攔截實(shí)現(xiàn)油泥水三相分離，相較傳統(tǒng)水力旋流分離器分離效果更佳。

圖8 高效旋流分離器水處理流程圖

3.2 加藥類型、加藥量選擇

通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出每100 mL 液加藥量方案為：破乳劑0.30 mL、氧化劑0.40 mL、10 %氫氧化鈉溶液1.0 mL、5 %PAC 溶液2.0 mL、1 ‰PAM 溶液2.0 mL（見(jiàn)表1）。

表1 中試藥劑加注實(shí)驗(yàn)情況表

目前加藥方案組合主要為“一藥兩劑”包括：聚丙烯酰胺0.02 kg/d～1 kg/d，破乳劑10 kg/d～100 kg/d，氧化劑10 kg/d～100 kg/d。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

4.1 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

2018 年7 月9 日在回注罐前成功安裝一套中試撬裝設(shè)備即采出水處理一體化裝置，包括氣浮、預(yù)反應(yīng)器、高效旋流分離器、緩沖水箱、粗過(guò)濾以及精細(xì)過(guò)濾、加藥系統(tǒng)、污泥濃縮系統(tǒng)，工藝簡(jiǎn)圖（見(jiàn)圖9）。

采出水來(lái)水經(jīng)過(guò)一級(jí)提升泵提升至多相流氣浮池，采出水在多相流氣浮池內(nèi)通過(guò)多相流泵的溶氣作用進(jìn)行氣浮除油，氣浮出水通過(guò)二級(jí)提升泵進(jìn)入預(yù)反應(yīng)器，同時(shí)向預(yù)反應(yīng)器內(nèi)投加氫氧化鈉溶液、PAC 溶液及PAM 溶液進(jìn)行中和混凝；中和混凝后的采出水迅速進(jìn)入高效旋流分離器，在離心力的作用下實(shí)現(xiàn)泥、水、油的三相分離；高效旋流分離器出水進(jìn)入緩沖罐，經(jīng)過(guò)濾提升泵提升至雙濾料過(guò)濾器，去除大顆粒懸浮物并控制水中顆粒粒徑中值；雙濾料過(guò)濾器出水進(jìn)入改性纖維束過(guò)濾器，進(jìn)一步去除采出水中殘留的微小的懸浮物，達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)，最終出水進(jìn)入凈化水罐通過(guò)回注系統(tǒng)回注。

圖9 采出水處理裝置流程簡(jiǎn)圖

高效旋流分離器、雙濾料過(guò)濾器及改性纖維束過(guò)濾器反洗出水進(jìn)入污泥池進(jìn)行污泥脫水。中試撬裝設(shè)備安裝后進(jìn)行采出水再處理，預(yù)期達(dá)到SY-T6569-2004 標(biāo)準(zhǔn)：含油≤30 mg/L，懸浮物≤25 mg/L，pH 值6.5～8。投運(yùn)至今長(zhǎng)北采出水水質(zhì)得到明顯改善，投運(yùn)后機(jī)雜含量平均12 mg/L，平均含油10 mg/L，解決了近期出現(xiàn)的采出水乳化問(wèn)題，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)（見(jiàn)圖10、圖11）。

圖10 機(jī)雜趨勢(shì)變化圖

圖11 含油趨勢(shì)變化圖

4.2 取得的亮點(diǎn)

（1）全新的藥劑混凝，通過(guò)大量的藥劑篩選實(shí)驗(yàn)，確定了一套有效可行且成本較低的藥劑投加方案。

（2）區(qū)別于傳統(tǒng)的機(jī)械混合和管道靜態(tài)混合，與高效旋流分離器相配套的預(yù)反應(yīng)器藥劑混合裝置，混合效果佳，對(duì)混凝后的絮體破壞小，加藥的停留和間隔時(shí)間可控。

（3）高效旋流分離器的投運(yùn)能夠有效快速的實(shí)現(xiàn)懸浮物、油分和水的分離，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

（4）“一藥兩劑，靶向處理，快速達(dá)標(biāo)”，迅速解決了長(zhǎng)北目前采出水乳化的問(wèn)題，保障了長(zhǎng)北日常生產(chǎn)及冬季高峰供氣。

5 結(jié)論

（1）明確長(zhǎng)北區(qū)塊采出水為凝析水，水型為CaCl2+NaHCO3。

（2）初步確定長(zhǎng)北采出水乳化由緩蝕劑造成，目前已優(yōu)化緩蝕劑加注量，減少緩蝕劑造成的乳化程度。

（3）成功應(yīng)用中試撬裝進(jìn)行采出水再處理，目前含油量、機(jī)雜均接近10 mg/L，基本達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，效果明顯。