海上油田污水處理技術(shù)研究

李強(qiáng) 劉星 萬泊宏

【摘 要】隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷增長、科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，海上油田開采技術(shù)的發(fā)展得到了質(zhì)的飛躍。在海上油田開采過程中會(huì)產(chǎn)生大量的采油污水，這些污水里含有各種污染物，會(huì)嚴(yán)重威脅生態(tài)海洋環(huán)境，不利于建設(shè)穩(wěn)定和諧社會(huì)。對(duì)此，有關(guān)部門必須高度重視海上油田污水處理技術(shù)的科學(xué)高效應(yīng)用工作，要積極優(yōu)化和改善污水處理工藝技術(shù)，加強(qiáng)對(duì)污水處理的監(jiān)督管理工作，確保相關(guān)工作人員能夠履行好自身的職責(zé)，避免將含有大量污染物的采油污水直接排放到海洋中，文章主要對(duì)海上油田污水處理技術(shù)展開分析與探討。

【關(guān)鍵詞】海上油田;污水處理技術(shù);實(shí)踐應(yīng)用

【中圖分類號(hào)】X741 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2020）05-0117-02

0 引言

隨著人類生產(chǎn)活動(dòng)越來越頻繁，海上油田資源得到了大勢(shì)開發(fā)利用，但是此過程也會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成巨大的影響，石油企業(yè)在開采石油的過程中會(huì)產(chǎn)生大量污水，而這些污水中含有油、有機(jī)物及懸浮物等污染物，會(huì)嚴(yán)重威脅到海洋生態(tài)環(huán)境，造成大量海洋生物死亡的現(xiàn)象。為了實(shí)現(xiàn)海上油田綠色環(huán)保開發(fā)管理工作目標(biāo)，有關(guān)部門必須結(jié)合實(shí)際情況合理采用污水處理工藝技術(shù)，積極引進(jìn)和利用先進(jìn)的污水處理設(shè)備與技術(shù)，確保能夠高效解決采油污水中的污染問題，將污水處理達(dá)標(biāo)后再排放到海洋中。

1 海上油田污水的主要來源分析

由于社會(huì)的不斷發(fā)展，促使人們對(duì)石油的需求量增大，地底原油本來是基于一次采油采出的，然而伴隨著油田開發(fā)深度的不斷加大，石油開采人員將難以直接靠地層壓力展開采油作業(yè)，石油采收率發(fā)生了明顯下降的情況。石油企業(yè)為了保障能夠滿足市場客戶的需求，只能夠通過利用二次采油、三次采油技術(shù)提高原油采收率[1]。與一次采油技術(shù)原理不同，二次采油、三次采油技術(shù)通常是基于水驅(qū)方式實(shí)施，采油人員需要將大量水注入地層，以提高原油采收率。但是，這種原油開采方式會(huì)導(dǎo)致大量采油污水的產(chǎn)生。采油污水分為兩種類型，一種是陸上油田采出水，一種是海上油田采出水。不同地質(zhì)環(huán)境下的油氣田會(huì)產(chǎn)生不同的油田污水，企業(yè)在對(duì)邊底水油藏開采作業(yè)時(shí)，會(huì)隨著開發(fā)的進(jìn)行導(dǎo)致原油含水率的持續(xù)遞增，最終達(dá)到80%～90%甚至更高。在海上油田初期開采作業(yè)時(shí)就有可能會(huì)產(chǎn)生大量采油污水，管理部門針對(duì)這些污水要及時(shí)采取有效的污水處理措施，督促污水治理人員合理采用污水處理技術(shù)，提高海上油田污水處理水平，避免將存在污染物的采油污水直接排放到海洋環(huán)境中，導(dǎo)致海鮮生態(tài)環(huán)境變得越來越惡劣。

2 海上油田污水處理技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用

2.1 減量化技術(shù)

減量化技術(shù)是一種被廣泛應(yīng)用的海上油田污水處理技術(shù)，它又被稱為源頭控制技術(shù)，該項(xiàng)污水控制處理技術(shù)主要涵蓋了兩個(gè)方面的內(nèi)容。一方面是防止水流進(jìn)入井筒的技術(shù)，可以分為化學(xué)堵水方式和機(jī)械封堵方式?；瘜W(xué)封堵方式指的是海上油田污水處理技術(shù)人員通過合理運(yùn)用化學(xué)藥劑，將其注入井筒當(dāng)中，該種藥劑通常是聚合物凝膠。機(jī)械封堵方式則是通過利用各項(xiàng)機(jī)械設(shè)備與完井技術(shù)避免大量水流進(jìn)入到井筒當(dāng)中，產(chǎn)生原油污水。防止水流進(jìn)入井筒的技術(shù)不能被看作是一種生態(tài)環(huán)保方法，更多的是被人們當(dāng)做采油生產(chǎn)領(lǐng)域的實(shí)踐作業(yè)。減量化技術(shù)的另一個(gè)作用是減少污水升至平臺(tái)，該項(xiàng)技術(shù)可以分為海底分離技術(shù)和井下油水分離技術(shù)。其中，前者海底分離技術(shù)是基于利用海底分離和注入系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)油井產(chǎn)出液的有效分離操作目標(biāo)[2]，分離出來的油氣會(huì)舉升至對(duì)應(yīng)平臺(tái)，另外分離出來的水則會(huì)直接由注入井回注。井下油水分離技術(shù)實(shí)質(zhì)是指通過在井筒中正確安裝分離裝置，在分離裝置作用下完成對(duì)產(chǎn)出液的科學(xué)分離工作目標(biāo)，有效分離出來的油會(huì)傳輸?shù)降孛嬗凸芫W(wǎng)中，而分離出來的水則被直接注入其他層段中。井下油水分離技術(shù)應(yīng)用最大的弊端在于分離效率降低，難以在短時(shí)間內(nèi)分離出大量污水。

2.2 采出水處理技術(shù)

由于受到國家政府部門的管控要求，石油企業(yè)在開采海上油田石油資源時(shí)，實(shí)際產(chǎn)生的大量原油污水必須經(jīng)過嚴(yán)格處理達(dá)標(biāo)后才能夠排放到生態(tài)環(huán)境中。然而實(shí)際情況是由于海上平臺(tái)通常具有承重能力小、空閑小的特征，所以該項(xiàng)工作的實(shí)施難度較大。因此，石油企業(yè)要引進(jìn)和利用先進(jìn)的海上油田污水處理技術(shù)。目前，海上油田采出水過程的處理技術(shù)主要包括液旋流除油、氣浮選除油及萃取技術(shù)等。

2.2.1 液旋流除油技術(shù)

液旋流除油技術(shù)需要運(yùn)用到旋流分離裝置，該裝置最為顯著的特征就是質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡單，能夠科學(xué)高效地去除掉粒徑超過10μm的油滴，基于將聚結(jié)與旋流有機(jī)地結(jié)合，并通過聚結(jié)增大進(jìn)旋流器油滴粒徑，能夠最大限度地提升旋流分離裝置的除油效率。比如，Cyclotech公司研發(fā)生產(chǎn)的B20系列除油旋流分離器，通過優(yōu)化旋流器裝置的直徑比例和長度，大大提高了該項(xiàng)裝置的出油率和污水綜合處理能力。B20系列除油旋流分離裝置通常被用在處理含油高達(dá)5 000 mg/L的產(chǎn)出水，能夠達(dá)到30 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)污水排放要求。VWS油氣公司創(chuàng)新研發(fā)了一種名為STREAMLINERTM去油水力旋流分離器，該旋流分離裝置經(jīng)過一系列優(yōu)化調(diào)整后[3]，環(huán)形軸向入口可以有效降低液體紊流，流線管呈現(xiàn)出來的圓錐狀則能夠加速分離油水。此外，該項(xiàng)旋分離裝置的渦流產(chǎn)生元器件拆卸方便，能夠減輕工作人員的工作量，節(jié)省更多的現(xiàn)場作業(yè)時(shí)間。

2.2.2 氣浮選除油技術(shù)

氣浮選除油技術(shù)最為顯著的優(yōu)勢(shì)在于除油效率高、質(zhì)量輕及體積小，該項(xiàng)技術(shù)有效將旋轉(zhuǎn)離心分離技術(shù)和脫氣浮選分離技術(shù)結(jié)合，能夠幫助石油企業(yè)去除粒徑超出20μm的油滴。如果石油企業(yè)采用微氣泡技術(shù)，則能夠有效去除粒徑為3μm的油滴。在海上油田污水處理工作領(lǐng)域中，緊湊型組合處理設(shè)備主要包括Cyclotech公司研發(fā)生產(chǎn)的DeepSweepTM、Epcon公司研發(fā)生產(chǎn)出的緊湊型氣浮裝置（CFU）及Monosep公司的CyclosepTM等。這些緊湊型氣浮裝置在海上油田污水處理工作中的應(yīng)用，能夠幫助石油企業(yè)有效提高除油工作質(zhì)量和效率，將大量污水進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后排放到海洋環(huán)境中，節(jié)省成本。氣浮選除油技術(shù)應(yīng)用效果的好壞與氣泡大小有著直接關(guān)系，微細(xì)氣泡會(huì)增大氣泡與油滴的接觸機(jī)會(huì)，其會(huì)黏附粒徑偏小的乳化油，并將其攜帶至表面撇除。當(dāng)前，市面上的微氣泡技術(shù)主要包括兩種，它們分別是ONYX泵和GLR氣液反應(yīng)器。其中，ONYX泵是基于完成對(duì)泵的多級(jí)離心設(shè)計(jì)，促使混入至泵液流20%體積的氣體，經(jīng)過加壓、剪切的處理[4]，產(chǎn)生微氣泡，同時(shí)避免了氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生。應(yīng)用ONYX泵產(chǎn)生的氣泡直徑通常維持在5～50μm，除油效率超過95%，出水含油量則能夠有效降低至5 mg/L以下。GLR氣液反應(yīng)器的應(yīng)用原理是通過液流動(dòng)力學(xué)產(chǎn)生剪切、壓縮等作用力，從而有效制造出微氣泡。

2.2.3 萃取技術(shù)

在海上油田污水處理工作中，萃取技術(shù)也是一項(xiàng)常用的處理技術(shù)，這一技術(shù)借助與水不相溶，卻能夠高效溶解污染物的萃取藥劑，促使原油污水中的污染物能夠被有效分離提取出來。萃取技術(shù)的科學(xué)高效應(yīng)用能夠幫助工作人員去除原油中的多環(huán)芳烴、BTEX等污染物，并且出水含油能夠被控制在3 mg/L以下。

C-Tour工藝技術(shù)的工作原理是通過氣體壓縮的形式推動(dòng)液體冷凝物質(zhì)的產(chǎn)生，把液體冷凝物質(zhì)作為溶劑萃取劑，并且根據(jù)1%～2%（體積分?jǐn)?shù)）融入產(chǎn)出水中，且使其始終保持在線混合狀態(tài)3～5 s。C-Tour萃取工藝技術(shù)能夠?qū)⒊鏊土靠刂圃? mg/L以下，并且還能夠幫助石油企業(yè)去除污水中90%以上的有毒的溶解性PAH。除此之外，MPPE也是一項(xiàng)較為先進(jìn)的萃取工藝技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)對(duì)分散油、溶解油的去除率超過了99%，當(dāng)脂肪族化合物、進(jìn)水苯及多環(huán)芳烴含量分別為10～200 mg/L、300～800 mg/L、0.2～2 mg/L時(shí)，MPPE萃取工藝技術(shù)能夠保證對(duì)它們的去除率達(dá)到99%以上。

3 結(jié)語

綜上所述，與西方發(fā)達(dá)國家相比較，我國海上油田污水處理技術(shù)研究應(yīng)用水平較為落后，各地區(qū)石油企業(yè)必須結(jié)合自身污水處理工作的實(shí)際情況，合理引進(jìn)和利用先進(jìn)的海上油田處理技術(shù)，并結(jié)合我國海上油田污水水質(zhì)情況，優(yōu)化設(shè)計(jì)污水處理設(shè)備，形成符合我國海上油田污水處理工作實(shí)際需求的處理技術(shù)路線，全面提升污水處理工作的質(zhì)量和效率。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]劉濤，包木太，李希明，等.油田污水處理工藝中COD的去除研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2019，28（11）：2035-2039.

[2]杜春安，潘永強(qiáng)，吳曉玲.海上油田污水處理技術(shù)研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2018（2）：54-56.

[3]田津杰，朱洪慶，劉觀軍.化學(xué)驅(qū)產(chǎn)出污水回注技術(shù)在渤海石油能源開發(fā)中的研究與意義[J].天津科技，2016（12）：6-9.

[4]韓小明.海上油田污水處理技術(shù)研究[J].技術(shù)研究，2017（8）：15-17.