渤海油田FPSO 污油水減量工藝研究與應(yīng)用

王立秋

（中海石油（中國(guó)）有限公司曹妃甸作業(yè)公司，天津 300459）

渤海某油田由FPSO 和6 座井口平臺(tái)組成，整個(gè)油田的產(chǎn)液均由海管輸送至FPSO 處理。FPSO 原油處理系統(tǒng)采取三段脫水脫氣處理工藝，脫水后合格原油下艙存儲(chǔ)，產(chǎn)生的含油量小于300 mg/L 的生產(chǎn)水進(jìn)入生產(chǎn)水處理系統(tǒng)，處理合格后注入到平臺(tái)的回注井中。在原油脫水及生產(chǎn)水處理過(guò)程中產(chǎn)生的污油水進(jìn)入污油水艙，該污油水多為O/W 型乳狀含油污水，這種乳狀液狀態(tài)穩(wěn)定，含有各種固體雜質(zhì)、浮油、分散油、乳化油以及溶解油等污染成分[1]。污油水下艙后通過(guò)重力沉降和加熱作用進(jìn)行油水分離，分離出的含油量小于300 mg/L 的污水可以再次輸送回生產(chǎn)水處理系統(tǒng)處理，分離出的污油部分可以輸送到原油處理系統(tǒng)進(jìn)行回?zé)捥幚韀2]。

下艙污油水中的殘?jiān)滔嗪透呷榛塾褪谴龠M(jìn)老化油形成的重要因素，其進(jìn)入生產(chǎn)流程后會(huì)加重原油乳化，使原油處理系統(tǒng)和污水處理系統(tǒng)紊亂。因此，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)時(shí)含渣固相或乳化較高的污油水無(wú)法直接返回FPSO 生產(chǎn)系統(tǒng)處理，這意味著污油水艙內(nèi)的污油水將會(huì)逐漸積累，最終占用大量艙容空間[1，3]，給FPSO 的原油處理集輸系統(tǒng)的平穩(wěn)操作及維護(hù)帶來(lái)壓力。因此，有必要通過(guò)采取流程調(diào)控優(yōu)化、藥劑優(yōu)選換型等措施有效控制污油水的生成量，并利用現(xiàn)有流程功能，將艙內(nèi)積累的污油水進(jìn)行回?zé)捥幚恚刮塾退仗幚砹看笥谖塾退丈闪?，從而有效降低艙?nèi)污油水存量、減輕FPSO 艙容壓力。

1 污油水來(lái)源及處理難點(diǎn)

FPSO作為海上油氣田的油氣水處理中心，其匯集全油田產(chǎn)液并集中處理。FPSO 設(shè)備空間有限，流程短，處理要求高，處理液性質(zhì)的微小變化都會(huì)造成流程波動(dòng)。為了維持FPSO 生產(chǎn)集輸系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，污油水的產(chǎn)生與處理必須平衡，且污油水返流程處理時(shí)不能造成流程波動(dòng)。目前，渤海某油田FPSO 設(shè)備滿負(fù)荷運(yùn)行，在現(xiàn)有設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上處理每日的下艙污油水，面臨著許多困難與挑戰(zhàn)。

1.1 污油水形成及來(lái)源

FPSO 污油水來(lái)源復(fù)雜，每日產(chǎn)生量大，在正常生產(chǎn)過(guò)程中污油水來(lái)源主要有以下幾個(gè)方面：

（1）生產(chǎn)水系統(tǒng)各設(shè)備處理過(guò)程中產(chǎn)生的污油水。例如撇油器、浮選器及核桃殼過(guò)濾器等處理過(guò)程中從油相撇出的污油水；

（2）恢復(fù)核桃殼濾料再生能力所產(chǎn)生的濾料反沖洗水；

（3）生產(chǎn)系統(tǒng)波動(dòng)紊亂，設(shè)備單元關(guān)停時(shí)為維持生產(chǎn)而必須下艙的生產(chǎn)液；

（4）天然氣處理設(shè)備分液罐分液排液；

（5）開式排放罐收集的各撬塊的排放污水、雨水等；

（6）容器設(shè)備檢修時(shí)的排放沖洗污水。

1.2 污油水理化性質(zhì)

FPSO 污油水的來(lái)源多，包括生產(chǎn)系統(tǒng)日常操作及各類設(shè)備的排放最終都匯集在污油水艙，使下艙污油水成分較多且不穩(wěn)定。下艙污油水中主要包含：穩(wěn)定的乳化油、絮狀懸浮物、泥質(zhì)類機(jī)械雜質(zhì)等。復(fù)雜成分的存在容易在污油艙上部形成絮狀乳化油，且難以通過(guò)簡(jiǎn)單的重力沉降達(dá)到分離的目的。對(duì)FPSO 污油艙不同層位取樣離心，結(jié)果（見(jiàn)圖1～圖3）。

由離心結(jié)果可以看出，污油水艙底部水中含油及雜質(zhì)較少，頂部含油及雜質(zhì)較多且水色較深，含有絮團(tuán)狀懸浮物。圖3 上層黑色為高含水乳化油，其含有的固相雜質(zhì)及膠質(zhì)瀝青質(zhì)會(huì)提高乳化原油的穩(wěn)定性，且無(wú)法依靠重力沉降等方法破乳，當(dāng)含乳化油的污油水進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)時(shí)會(huì)造成生產(chǎn)分離器的嚴(yán)重乳化。

1.3 污油水處理的難點(diǎn)

油氣生產(chǎn)集輸過(guò)程中產(chǎn)生的污油水含有泥沙、環(huán)烷酸鹽、絮狀物等各種成分的機(jī)械雜質(zhì)及渣相。這些物質(zhì)在原油乳化機(jī)理中起到乳化劑的作用，使污油水產(chǎn)生穩(wěn)定的乳化污油，雜質(zhì)及乳化油的存在使得污油水處理變的困難，具體表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（1）污油水中的乳化污油和雜質(zhì)進(jìn)入原油生產(chǎn)系統(tǒng)會(huì)造成分離器內(nèi)原油乳化升高，原油穩(wěn)定脫水效果變差，原油分離器水相水質(zhì)變差；

（2）不斷富集的機(jī)械雜質(zhì)污染水處理系統(tǒng)，為保證水處理效果需提高收油頻率，加強(qiáng)過(guò)濾器反洗，又會(huì)增加污油水的產(chǎn)生，形成惡性循環(huán)；

（3）大風(fēng)涌浪天氣引起FPSO 晃動(dòng)，導(dǎo)致下艙污油水無(wú)法靜置分層，此時(shí)污油水進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)會(huì)攜帶更多的乳化污油和各類雜質(zhì)加劇生產(chǎn)系統(tǒng)惡化；

圖1 底部取樣離心

圖2 中部取樣離心

圖3 頂部取樣離心

圖4 FPSO 生產(chǎn)水系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖

（4）FPSO 設(shè)計(jì)的污油水處理能力不能滿足現(xiàn)有工況需求，導(dǎo)致污油水不斷積累。

2 污油水處理過(guò)程優(yōu)化

要解決FPSO 污油水對(duì)油氣生產(chǎn)集輸系統(tǒng)的影響，首先需要從源頭減少污油水的產(chǎn)生。在正常生產(chǎn)時(shí)，污油水主要來(lái)源于生產(chǎn)水處理系統(tǒng)，其流程簡(jiǎn)圖（見(jiàn)圖4）。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的生產(chǎn)流程及工況做出優(yōu)化調(diào)整，優(yōu)化生產(chǎn)系統(tǒng)操作及調(diào)控模式，減少生產(chǎn)系統(tǒng)的污油水產(chǎn)生。

2.1 生產(chǎn)系統(tǒng)工藝調(diào)控優(yōu)化

生產(chǎn)工藝的調(diào)控是海上油田流程優(yōu)化最直接有效的方式。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)在用設(shè)備進(jìn)行精密調(diào)控，確保設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)最佳，對(duì)污油水量的控制具有十分重要的意義。

2.1.1 精細(xì)控制水系統(tǒng)設(shè)備的收油操作 調(diào)整細(xì)化撇油器、浮選器的收油操作，確保收油的必要性和有效性，減少不必要的污水下艙量。為保證生產(chǎn)水系統(tǒng)的處理效果，防止生產(chǎn)水系統(tǒng)各設(shè)備上部污油聚集導(dǎo)致生產(chǎn)水質(zhì)變差，需要定時(shí)對(duì)撇油器和浮選器進(jìn)行收油操作，從而增加了污油水的下艙量。

圖5 撇油器1 min、5 min、10 min 收油狀態(tài)

通過(guò)摸索跟蹤以及現(xiàn)場(chǎng)取樣觀察發(fā)現(xiàn)，每3 h 對(duì)撇油器、浮選器進(jìn)行一次收油，撇油器每次收油操作持續(xù)10 min，氣浮器每次收油持續(xù)8 min 時(shí)效果最佳，既可以保證設(shè)備頂部聚集浮油清除干凈，又可有效降低下艙量。現(xiàn)場(chǎng)撇油器收油1 min、5 min、10 min 狀態(tài)（見(jiàn)圖5）。

由圖5 可知，撇油器開始收油時(shí)，上部為黑色絮狀油，含水較少；持續(xù)收油，上部油相逐漸變少，至10 min時(shí)，上部基本無(wú)浮油，污水含油值小于500 mg/L，收油過(guò)程結(jié)束。浮選器收油1 min、4 min、8 min 狀態(tài)（見(jiàn)圖6）。

圖6 浮選器1 min、4 min、8 min 收油狀態(tài)

由圖6 可知，浮選器開始收油時(shí)，上部為黑色絮狀油，水相顏色較深；持續(xù)收油，上部油相逐漸變少，水質(zhì)變好，至8 min 時(shí)，上部基本無(wú)浮油，水色變通透，污水含油值小于200 mg/L，收油過(guò)程結(jié)束。通過(guò)嚴(yán)格把控收油過(guò)程，維持現(xiàn)場(chǎng)流程穩(wěn)定，將有效的收油時(shí)間控制到最優(yōu)狀態(tài)，可有效控制污油水的下艙量。

2.1.2 核桃殼過(guò)濾器反沖洗程序優(yōu)化 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)過(guò)濾器反沖洗水質(zhì)減少無(wú)效沖洗時(shí)間，減少反沖洗水下艙量。通過(guò)對(duì)反洗開始之初和結(jié)束前水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，總結(jié)歸納出核桃殼濾料再生的最佳反洗時(shí)間，通過(guò)有效控制核桃殼濾料的反洗時(shí)間來(lái)減少污油水的下艙量。不同時(shí)間段，核桃殼過(guò)濾器反洗水狀態(tài)（見(jiàn)圖7）。

圖7 核桃殼濾料反洗水質(zhì)變化圖片

由圖7 可知，隨反洗過(guò)程進(jìn)行，水中含油值逐漸減低，反洗水水質(zhì)變好。不同時(shí)間點(diǎn)水質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表1）。

表1 核桃殼濾料反洗水質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果

由圖7 及表1 數(shù)據(jù)可知：開始反洗時(shí)污水含油值較高，且污水樣顏色較深，懸浮絮狀物較多，隨反洗進(jìn)行，30 min 時(shí)核桃殼反洗污水含油值降至200 mg/L 左右，且隨著反洗繼續(xù)進(jìn)行，水中含油值基本穩(wěn)定，濾料已恢復(fù)過(guò)濾性能，反洗結(jié)束。繼續(xù)對(duì)核桃殼濾料進(jìn)行反洗無(wú)明顯效果，且只能增加污油水的下艙量。

2.1.3 生產(chǎn)處理流程精細(xì)調(diào)控 海上油田獨(dú)特的作業(yè)性質(zhì)，極易受大風(fēng)、涌浪等極端天氣影響。密切關(guān)注生產(chǎn)情況，在原油穩(wěn)定及污水處理過(guò)程中出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)控制調(diào)整，可減少因流程紊亂波動(dòng)而造成的污油水下艙。

2.2 生產(chǎn)系統(tǒng)的藥劑優(yōu)化

污油水下艙的一個(gè)主要來(lái)源是生產(chǎn)水處理系統(tǒng)的撇油收油操作和核桃殼過(guò)濾器反洗的下艙污油水。要減少生產(chǎn)水處理設(shè)備的撇油量則需要降低生產(chǎn)水中的含油量。可通過(guò)藥劑優(yōu)化減少生產(chǎn)水中含油，減輕水處理設(shè)備壓力，減少核桃殼濾料反洗下艙量，使下艙污油水更易處理。

2.2.1 絮凝劑優(yōu)選換型 絮凝劑的作用是聚結(jié)小油滴變?yōu)榇笥偷?，在重力作用下大油滴上浮達(dá)到除油效果；并在水中形成絮團(tuán)，吸附油滴、懸浮物等，在浮力作用下絮團(tuán)上浮達(dá)到除油效果[5]。為提高生產(chǎn)水系統(tǒng)的處理效果，改善生產(chǎn)水質(zhì)，將原使用的絮凝劑BHQ-341 優(yōu)化換型為BHQ-379。在BHQ-379 作用下污水系統(tǒng)產(chǎn)生的絮團(tuán)變小，乳化值低，水系統(tǒng)各級(jí)水質(zhì)均有所優(yōu)化，撇油器、浮選器水質(zhì)改善明顯；絮團(tuán)變小且松散，絮團(tuán)在核桃殼上的黏附力減小，提高核桃殼處理效果，減緩對(duì)核桃殼的污染，降低核桃殼反洗產(chǎn)生的污水量。水體變化和各級(jí)水質(zhì)變化（見(jiàn)圖8～圖10）。

圖8 絮凝劑換型前后水系統(tǒng)水體狀態(tài)

圖9 絮凝劑換型前后水質(zhì)對(duì)比

圖10 絮凝劑換型前后核桃殼過(guò)濾器壓差對(duì)比

由圖8～圖10 可知，絮凝劑換型后，撇油器水中含油值降低11.3 %，浮選器水中含油值降低15.1 %，核桃殼壓差峰值降低25 %，表明，絮凝劑換型后，撇油器和浮選器出口水質(zhì)改善，且進(jìn)入核桃殼過(guò)濾器時(shí)減少了對(duì)核桃殼濾料的污染程度，因而減少了反洗核桃殼濾料時(shí)下艙的污油水量。

2.2.2 反相破乳劑優(yōu)化換型 為從源頭上降低生產(chǎn)水中含油量，將FPSO 原油系統(tǒng)反相破乳劑優(yōu)化換型為BH-532，該藥劑相對(duì)分子質(zhì)量較小，能夠快速的對(duì)高含水的水包油乳狀液進(jìn)行油水分離，與破乳劑協(xié)同作用好，對(duì)水無(wú)較強(qiáng)的絮凝力，油水分離后大部分藥劑留存在水相中，對(duì)含油更少的水包油乳狀液有持續(xù)的、逐步的、較徹底的破乳作用[6]。在BH-532 的作用下，改善了原油處理系統(tǒng)一級(jí)分離器水相出口水質(zhì)，減輕了生產(chǎn)水系統(tǒng)處理壓力，降低了進(jìn)入到生產(chǎn)水系統(tǒng)內(nèi)的污油量，進(jìn)一步改善了生產(chǎn)水處理系統(tǒng)各設(shè)備處理水質(zhì)。換型前后各級(jí)水質(zhì)變化（見(jiàn)圖11）。

圖11 FPSO 反相破乳劑換型前后水質(zhì)對(duì)比

由圖11 可知，反相破乳劑換型后，原油系統(tǒng)水相出口水質(zhì)變好，水系統(tǒng)壓力降低明顯。水頭含油值降低31.2 %，撇油器出口含油值降低48.4 %，氣浮器出口含油值降低40 %。一方面減少撇油器、浮選器中油滴及絮團(tuán)，降低收油頻率；另一方面減少對(duì)核桃殼的污染，提高核桃殼處理效率，減少核桃殼反洗產(chǎn)生的污水量。

2.2.3 上游反相破乳劑優(yōu)化 為了進(jìn)一步提高水處理效果，在上游WGPA 平臺(tái)加注反相破乳劑BH-550，從源頭添加藥劑改善原油系統(tǒng)中水相水質(zhì)，進(jìn)一步降低生產(chǎn)水處理系統(tǒng)處理壓力，提升水系統(tǒng)處理效果，并降低污水系統(tǒng)藥劑加注量。在上游平臺(tái)加入反相破乳劑后，絮凝劑加注量由500 mL/min 降低至340 mL/min，降低幅度32 %，水系統(tǒng)各級(jí)水中含油值均有所降低（見(jiàn)圖12）。

圖12 上游平臺(tái)反相破乳劑試驗(yàn)期間水質(zhì)對(duì)比

由圖12 可知，上游平臺(tái)在海管中加入反相破乳劑之后，F(xiàn)PSO 原油系統(tǒng)一級(jí)分離器水相出口含油值降低18.3 %，水系統(tǒng)各級(jí)水相出口水質(zhì)變好，生產(chǎn)水頭含油值降低28 %，撇油器出口含油值降低28.1 %，氣浮器出口含油值降低21.4 %。試驗(yàn)結(jié)果表明，從上游加注藥劑后，水系統(tǒng)絮凝劑加注量降低明顯，進(jìn)而降低絮凝劑作用下產(chǎn)生的絮團(tuán)量，減少撇油器、浮選器收油量，并降低核桃殼過(guò)濾器壓力，減少了反洗核桃殼濾料的反洗水下艙量。

FPSO 生產(chǎn)系統(tǒng)工藝調(diào)控優(yōu)化與化學(xué)藥劑換型優(yōu)化，有效的減少了生產(chǎn)水系統(tǒng)每日產(chǎn)生的污油水量，從源頭上減少下艙污油水量（見(jiàn)圖13、圖14）。

圖13 措施前后污油水下艙量對(duì)比

圖14 措施前后每日進(jìn)入生產(chǎn)水系統(tǒng)污油量對(duì)比

通過(guò)圖13 可知，通過(guò)一系列的優(yōu)化控制措施，F(xiàn)PSO 生產(chǎn)系統(tǒng)每日的下艙量顯著下降，核桃殼濾料反沖洗水下艙量由1 100 m3降至950 m3，生產(chǎn)水系統(tǒng)各設(shè)備收油操作產(chǎn)生的下艙污油水由700 m3降至200 m3。由圖14 可知，通過(guò)化學(xué)藥劑的優(yōu)選換型，生產(chǎn)水頭的水質(zhì)由298 mg/L 降至152 mg/L，根據(jù)總處理水量計(jì)算可知，污油量由每日的16.39 m3下降至8.36 m3，每日進(jìn)艙污油量減少將近50 %。

2.3 下艙污油水處理

經(jīng)過(guò)不斷的探索對(duì)比發(fā)現(xiàn)下艙污油水乳化和水質(zhì)變差的影響因素較多，為保證污油水的處理效果需要對(duì)現(xiàn)有的污油水工藝艙操作模式進(jìn)行優(yōu)化[7]。

由于正常生產(chǎn)時(shí)不同設(shè)備下艙污油水成分不同，例如水處理系統(tǒng)的撇油器浮選器收油污水中含油，含雜質(zhì)絮團(tuán)懸浮物較多，形成的乳化油比較穩(wěn)定，而核桃殼過(guò)濾器反沖洗水中含油及雜質(zhì)相對(duì)少。日常操作時(shí)將這兩部分污油水分開存放，核桃殼濾料的反洗水進(jìn)入到7 右污油水艙，利用7 右污油水艙艙室窄，有縱深，受海況影響較小的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)核桃殼濾料反洗積攢在艙內(nèi)的污油水進(jìn)行沉淀處理，并且通過(guò)艙室底部的加熱盤管進(jìn)行加熱，通過(guò)摸索總結(jié)，溫度控制在55 ℃左右，沉淀效果較好，再通過(guò)7 右污油水艙內(nèi)的低位泵將分離出的污水輸送到生產(chǎn)流程處理，流程簡(jiǎn)圖（見(jiàn)圖15）。

圖15 7 右污油水艙至生產(chǎn)系統(tǒng)流程圖

撇油器浮選器收油操作產(chǎn)生的污油水進(jìn)入到4 右污油水艙處理，由于4 右污油水艙體積大，進(jìn)液量少，進(jìn)艙的污油水通過(guò)重力作用部分分離后，將底部的干凈的生產(chǎn)水導(dǎo)入到7 右污油水艙后一起輸送到生產(chǎn)流程處理。并且將歷史積累的成分復(fù)雜的污油水也采取類似的方法，將其中較干凈的生產(chǎn)水轉(zhuǎn)入到7 右污油水艙中輸送到生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行回?zé)捥幚?。?jù)統(tǒng)計(jì)，自2018年1 月到2019 年3 月，F(xiàn)PSO 日均處理污油水量約為1 500 m3，工藝流程日均生成污油水量約1 150 m3，每日污油水量?jī)魷p少350 m3，實(shí)現(xiàn)了污油水的日均處理量大于日均生成量（見(jiàn)圖16）。

圖16 措施后污油水日均處理量與日均生產(chǎn)量對(duì)比圖

根據(jù)生產(chǎn)流程中產(chǎn)生的污油水的成分不同，對(duì)其進(jìn)行分艙處理，避免了不同成分污油水的摻混干擾，并將含污油量較少的污油水返回到生產(chǎn)流程處理，不但有效控制了每日的污油水下艙量，還將歷史積累的污油水進(jìn)行處理，使得每日污油水的處理量大于每日污油水的下艙量，實(shí)現(xiàn)了污油水歷史累積量的減少。

3 結(jié)論

FPSO 在正常生產(chǎn)時(shí)會(huì)不可避免的產(chǎn)生大量的污油水，各設(shè)備產(chǎn)生的污油水匯集使得污油水成分復(fù)雜，難以處理。要解決污油水問(wèn)題需要用系統(tǒng)思維綜合考慮，從源頭出發(fā)效果顯著，避免了各處污油水摻混導(dǎo)致成分復(fù)雜的乳化油的生成，降低了處理難度，也減少了處理量。通過(guò)優(yōu)化生產(chǎn)工藝與操作模式有效減少污油水下艙，并利用現(xiàn)有流程對(duì)污油水進(jìn)行回?zé)捥幚?，階段性的解決了該油田污油水處理問(wèn)題，并且實(shí)現(xiàn)了歷史積累污油水的減量，綜合效果明顯，成功經(jīng)驗(yàn)值得面臨類似問(wèn)題的海上油田設(shè)施借鑒。