新型“兩段式”稠油污水處理工藝在渤海稠油油田的應(yīng)用

劉 星，王亞儒，盧大艷，張金鵬，楊 強(qiáng)

（1.中海石油（中國）有限公司秦皇島32-6作業(yè)公司，天津 300450；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452；3.華東理工大學(xué)，機(jī)械與動力工程學(xué)院，上海 200030）

1 背景

中國海上探明儲量中有70%左右是稠油，開采過程產(chǎn)生的大量生產(chǎn)廢水中微細(xì)稠油油滴以分散態(tài)穩(wěn)定存在，且含有瀝青質(zhì)、懸浮物、溶解性有機(jī)物等成分，處理難度大[1-4]。針對稠油油田，當(dāng)前主要采用斜板除油器-氣浮除油器-核桃殼過濾器的三段式處理工藝，同時(shí)加注各類化學(xué)藥劑以滿足處理要求，存在占地面積大、化學(xué)藥耗高等問題，難以滿足平臺擴(kuò)能提產(chǎn)的需求。本文介紹了一種CFC除油器-纖維球過濾器的兩段式水處理工藝作為海上油田擴(kuò)容水處理系統(tǒng)，對新工藝中核心CFC設(shè)備的原理、現(xiàn)場運(yùn)行效果進(jìn)行了介紹，討論了傳統(tǒng)生產(chǎn)污水處理設(shè)備和新型水處理設(shè)備在處理能力、占地面積和性能上區(qū)別。

2 生產(chǎn)工藝對比分析

渤海某油田當(dāng)前生產(chǎn)污水處理總量為54 000m3/d，分為新舊兩套水處理系統(tǒng)。其中舊系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的“斜板-氣浮-核桃殼”三段式處理工藝，達(dá)到回注地層的要求，處理能力為36 000m3/d。2019年，為了滿足平臺內(nèi)掛12口油井和油藏最新提液計(jì)劃，增設(shè)新處理系統(tǒng)，處理能力為18 000m3/d，新生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)采用“CFC聚結(jié)除油-纖維球過濾”的兩段式處理工藝，處理達(dá)標(biāo)后回注。新增工藝流程中，利用新型CFC除油器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)斜板除油器和氣浮除油器，不僅有效地減少設(shè)備占地空間，有利于平臺擴(kuò)容改造，且能夠降低生產(chǎn)成本，使經(jīng)濟(jì)效益最大化。

傳統(tǒng)水處理流程處理能力為36 000m3/d，單臺斜板除油器和氣浮除油器處理能力均為12 000m3/d，三臺并聯(lián)運(yùn)行。具體傳統(tǒng)水處理流程：油井采出液經(jīng)過生產(chǎn)分離器通過重力沉降實(shí)現(xiàn)油水兩相簡單分離，重相（生產(chǎn)污水）經(jīng)過斜板除油器、氣浮除油器和核桃殼過濾器處理后進(jìn)入注水緩沖罐，每級水處理設(shè)備收集的油相進(jìn)入污油罐。注水緩沖罐中凈化水由注水泵回注油層，污油罐中油相輸送至下游處理。

新型水處理流程處理流量為18 000m3/d，新工藝流程：生產(chǎn)分離器底部排出的生產(chǎn)污水經(jīng)CFC除油和預(yù)除懸，再經(jīng)過纖維球過濾器組處理后，凈化水進(jìn)入注水緩沖罐，每級設(shè)備收集到的油相進(jìn)入污油罐等待輸送至下游處理。

3 新型“兩段式”水處理工藝效果評價(jià)

3.1 兩段式工藝運(yùn)行數(shù)據(jù)

生產(chǎn)污水水質(zhì)情況將影響除油設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)及工藝流程，了解生產(chǎn)污水水質(zhì)是水處理環(huán)節(jié)的重要一環(huán)。本文研究油田生產(chǎn)污水pH略大于7，呈微堿性，絕大部分陰陽離子含量均在常見生產(chǎn)污水濃度范圍內(nèi)，符合一般生產(chǎn)污水中Na、Cl兩種離子占主導(dǎo)地位的特點(diǎn)，且Na/Cl=2 388/6 417＜1，[Na-Cl]/SO4＜0，[Cl-Na]/Mg＞1，符合深層水的水型特點(diǎn)。并且生產(chǎn)污水中油質(zhì)密度大，且含懸浮物顆粒，處理難度大。

對生產(chǎn)分離器出口、CFC除油器出口和纖維球過濾器出口水質(zhì)進(jìn)行長期檢測發(fā)現(xiàn)，CFC除油器進(jìn)口油含量為846～2 200mg/L，平均油含量為1 370mg/L，出口油含量為9～60mg/L，平均油含量為38mg/L；在經(jīng)纖維球過濾器處理后，系統(tǒng)出口油含量為3～20mg/L，平均油含量為9mg/L，滿足進(jìn)入注水緩沖罐油含量低于20mg/L的水平。由數(shù)據(jù)可以看出，新型“兩段式”生產(chǎn)污水處理工藝能適應(yīng)入口油含量在較大范圍波動的工況，處理效果比較穩(wěn)定，滿足系統(tǒng)處理指標(biāo)要求。

CFC除油器長周期運(yùn)行工況下，分別在低流量（3 600m3/d）、中流量（4 800m3/d）及高流量（6 000m3/d）條件下對應(yīng)的除油效率分別為97.64%、97.24%與96.38%，整體平均除油效率為97%。在設(shè)計(jì)處理量的條件內(nèi)，流量越小效率越好，流量對CFC設(shè)備平均除油效率影響較小，不到2%。主要原因是，流量的增大，降低了油水與組合纖維接觸的時(shí)間，進(jìn)而影響了分離效率，在設(shè)計(jì)條件下，滿足了處理要求。

纖維球過濾器進(jìn)口平均油含量38mg/L，出口平均油含量9mg/L，平均除油效率為76%，滿足進(jìn)入注水緩沖罐水質(zhì)要求。

對兩段式生產(chǎn)污水處理工藝的進(jìn)出口懸浮物含量進(jìn)行取樣測試，進(jìn)口固含量為200～500mg/L，經(jīng)CFC除油及纖維球過濾處理后，懸浮含量降低至14～26mg/L，平均出口懸浮物含量為20mg/L，系統(tǒng)除懸效率高于90%。

3.2 設(shè)備處理量及占地空間的綜合評價(jià)指標(biāo)

設(shè)備處理量及占地空間的綜合評價(jià)指標(biāo)是海上平臺關(guān)鍵參數(shù)之一，反映了生產(chǎn)污水處理設(shè)備的緊湊高效性，數(shù)值越大說明在相同處理規(guī)模下設(shè)備占地越小，具體計(jì)算方法如下：

面積評價(jià)參數(shù)FA及體積評價(jià)參數(shù)FV計(jì)算公式如（1）（2）所示：

Qave代表平均流量；A代表設(shè)備撬體面積；V代表設(shè)備撬體體積。

在兩段式處理工藝中，主要利用CFC除油器取代傳統(tǒng)三段式中斜板除油器-氣浮除油器兩設(shè)備，因此采用新舊兩套生產(chǎn)污水處理設(shè)備參數(shù)進(jìn)行核算比較，得到的對比參數(shù)如表1所示。按照計(jì)算數(shù)據(jù)所得，CFC除油器面積評價(jià)參數(shù)FA是傳統(tǒng)三段式“斜板-氣浮”處理工藝的4倍，在油水分離能力相同的情況下，新型應(yīng)用大大縮小了平臺的占地空間，適用于平臺狹小空間內(nèi)現(xiàn)有生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)的擴(kuò)能改造。

表1 12 000m3/d下新老設(shè)備性能對比

3.3 平臺藥劑優(yōu)化控制

為實(shí)現(xiàn)短流程狀態(tài)下的油水快速分離，在生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)中日常添加破乳劑、反相破乳劑、清水劑和絮凝劑四種化學(xué)藥劑。破乳劑和反向破乳劑注入點(diǎn)在生產(chǎn)分離器A/B/C之前，在新老系統(tǒng)中注入濃度未發(fā)生變化。傳統(tǒng)水處理流程中，清水劑注入位置在生產(chǎn)分離器A/B之后，斜板除油器之前；對于新型水處理流程，清水劑注入點(diǎn)為生產(chǎn)分離器C之后，CFC除油器之前。絮凝劑僅在傳統(tǒng)水處理系統(tǒng)中協(xié)同氣浮除油器共同使用。新型水處理系統(tǒng)中清水劑由傳統(tǒng)流程的10mg/L，降低至8mg/L，清水劑用量降低20%，且取消了絮凝劑的使用，起到了一定的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)束語

1）新型“兩段式”生產(chǎn)污水處理工藝應(yīng)用于海上稠油油田平臺擴(kuò)容中。該兩段式處理工藝中，進(jìn)口平均油含量為1 370mg/L，一級CFC除油器出口平均油含量為38mg/L，二級纖維球過濾器平均出口油含量為9mg/L，懸浮物含量為20mg/L，系統(tǒng)平均除油率達(dá)99%，滿足了擴(kuò)容系統(tǒng)處理指標(biāo)要求。

2）與海上平臺傳統(tǒng)生產(chǎn)污水“斜板-氣浮-核桃殼”三段式處理流程相比，新型工藝流程中CFC除油器取代了老工藝斜板除油器與氣浮分離器，設(shè)備處理量及占地空間的綜合評價(jià)指標(biāo)是傳統(tǒng)設(shè)備的4倍，大大減小了平臺使用空間，節(jié)省了平臺甲板的外擴(kuò)費(fèi)用；并且，新型水處理系統(tǒng)較傳統(tǒng)處理工藝，清水劑耗量降低20%，且取消了絮凝劑的使用，經(jīng)濟(jì)效益顯著，為海上油氣田平臺擴(kuò)容改造或者新建平臺生產(chǎn)污水處理提供了新的選擇。