大港某油田油泥砂處理工藝優(yōu)化及應(yīng)用

王云鵬 王建偉 鄒曉燕 王樹好

(1.中國石油大港油田公司質(zhì)量安全環(huán)保處；2.中國石油大港油田公司采油工藝研究院)

0 引 言

油田在開發(fā)生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的含油泥砂[1-2]，它的主要來源包括三部分，一是油井生產(chǎn)過程中，地層中的泥砂隨采出液進入地面處理系統(tǒng)，在地面系統(tǒng)中的罐、池、管道中沉積，形成油砂油泥；二是鉆井、修井以及油田生產(chǎn)過程中落地原油回收產(chǎn)生的油泥；三是各種聚合物、絮凝劑、破乳劑等藥劑反應(yīng)生成的沉淀物。油泥砂含有烴類及少量的氮、硫等有害物質(zhì)，處理不當(dāng)會對周圍環(huán)境造成污染。

大港某油田油泥砂總體特點為：含油高、含泥多、含砂少。油泥砂中砂含量為10%～15%，含油量為15%～25%，油泥砂組分化驗數(shù)據(jù)見表1。

表1 油泥砂組分化驗數(shù)據(jù) %

大港油田于2012年建設(shè)N油泥砂凈化處理廠，處理工藝主要采用熱化學(xué)洗滌法，解決了油泥砂堆放存在的安全、環(huán)保問題。隨著國家對環(huán)境保護的日益重視，國家能源局發(fā)布SY/T 7301—2016《陸上石油天然氣開采含油污泥資源化綜合利用及污染控制技術(shù)要求》，規(guī)定含油污泥經(jīng)處理后剩余固相中石油烴總量應(yīng)不大于2%。已建油泥砂處理裝置處理后指標(biāo)不能滿足該要求，因此，需對油泥砂處理裝置進行技術(shù)升級改造。

1 已建處理工藝及生產(chǎn)情況

1.1 處理工藝流程

油泥砂處理工藝采用熱化學(xué)洗滌法，主體設(shè)備為油泥砂凈化處理撬塊及配套設(shè)施，處理后達到要求的泥砂經(jīng)晾曬后用于井場道路底基施工，分離出的原油輸送至附近的A聯(lián)合站原油處理系統(tǒng)進行處理，產(chǎn)出的污水輸送至聯(lián)合站污水沉降池，經(jīng)沉降后輸至采出水處理系統(tǒng)進行處理，油泥砂處理工藝流程見圖1。

圖1 油泥砂處理工藝流程

1)油泥砂處理工藝

油泥砂通過龍門吊放入進料斗內(nèi)，加入15 m3/h的90～95℃熱水(熱水和油泥砂比例為3∶1)及16 kg/h的清洗劑，混合物在分揀攪拌機內(nèi)攪拌混合，油泥砂中的雜物被清理出來后拉至堆放區(qū)堆放，油泥砂水混合物自流進入均質(zhì)機，充分混合和破膠，然后泵入兩級空化分離器，在空化分離器內(nèi)通過兩級超聲波清洗和旋流的共同作用，含油污泥中的油上浮至上液面，經(jīng)泵提升至細泥處理器內(nèi)進行泥和油水的沉降分離，分離后油水進入污水沉降池，泥進入均質(zhì)機?？栈蛛x器底層的泥水經(jīng)泵提升至旋流器，實現(xiàn)泥水與砂的分離，砂拉至晾曬場，泥水混合物進入臥螺式離心機進行泥水分離，分離出來的水經(jīng)泵輸送到污水沉降池，沉降后污水循環(huán)利用，污泥則拉運至晾曬場。

2)洗滌用水及油水回收工藝

15 m3/h的A聯(lián)合站沉降罐底水(水溫50℃)，與導(dǎo)熱油換熱后升溫至90～95℃，作為洗滌用熱水水源，油泥砂處理系統(tǒng)排出的污水經(jīng)泵提升至污水沉降池，經(jīng)沉降后，上部浮油由刮油機刮入污油池，污油池內(nèi)的含水污油由泵輸?shù)紸聯(lián)合站原油處理系統(tǒng)，中部污水由泵提升至A聯(lián)合站污水池，底部沉泥由污泥泵輸?shù)接湍嗌按娣懦亍?/p>

1.2 生產(chǎn)情況

油泥砂處理裝置設(shè)計處理能力4 m3/h，設(shè)計進料指標(biāo)：油泥砂中泥含量≤95%，設(shè)計處理指標(biāo)：砂中含油<1%，泥中含油<5%。

目前該油田油泥砂處理廠運行時間為每年的3—11月，每天運行8 h，處理量為24～27 m3/d。處理后油泥砂檢測結(jié)果見表2。

表2 處理后油泥砂檢測結(jié)果 %

由表1可知，處理后的砂平均含油為1.72%，泥平均含油為3.67%，按照固相中泥含量85%，砂含量15%計算，綜合固相含油3.38%。處理指標(biāo)無法達到SY/T 7301—2016《陸上石油天然氣開采含油污泥資源化綜合利用及污染控制技術(shù)要求》中“含油污泥經(jīng)處理后剩余固相中石油烴總量應(yīng)不大于2%”的要求。

2 處理工藝選擇

按照不同的除油機理，目前油泥砂處理的方法主要有：焚燒法、熱解析法、生物處理法、溶劑萃取法、熱化學(xué)洗滌法等，油泥砂處理工藝技術(shù)對比見表3。

表3 油泥砂處理工藝技術(shù)對比

結(jié)合不同處理工藝的應(yīng)用情況，本次升級改造選擇熱化學(xué)洗滌+物理分離相結(jié)合的處理工藝。依托已建油泥砂處理裝置，將機械動力場、超聲波能量場、旋流動能場及化學(xué)藥劑的破乳、破膠、絮凝過程同時作用于油泥砂的處理，實現(xiàn)油、水、泥、砂分離。

3 工藝優(yōu)化研究

參照熱化學(xué)洗滌+物理分離工藝在大港港東油田的應(yīng)用實踐[11]，并以此為基礎(chǔ)進行室內(nèi)試驗和技術(shù)升級，優(yōu)化超聲波處理參數(shù)、增加溢流除油次數(shù)、增加油泥砂的二次處理及污水曝氣裝置，進一步提高油泥砂處理效果。

博物館島上最值得參觀的莫過于老國家藝術(shù)畫廊，里面展示了珍貴的德國繪畫，比如弗里德里希創(chuàng)作的《瑞森伯治的早晨》。這是一幅典型的德國浪漫主義作品，畫的是畫家和他的新婚妻子在一座大山頂上一起觀賞日出的場景，茫茫群山與中國山水畫的意境不謀而合。

3.1 超聲波破乳試驗

超聲波破乳的效果取決于位移效應(yīng)，由于位移效應(yīng)的存在，水粒子將不斷向波腹或波節(jié)移動、聚積并發(fā)生碰撞，當(dāng)超聲波強度足夠大時，形成的負壓會使空穴或氣泡受到很大的作用力而迅速膨脹或突然崩潰裂解，生成直徑較大的水滴，然后在重力作用下與油分離。超聲波輻射的強度和頻率是影響破乳效果的重要參數(shù)。

不同頻率和強度超聲波處理后油泥砂含油率見表4。

表4 不同頻率和強度超聲波處理后油泥砂含油率 %

試驗重點是研究可控制的參數(shù)(頻率、聲強、聲波輻射時間)對破乳的影響，并驗證提高超聲波破乳的可行性。試驗條件為頻段40，28，21，16 kHz，清洗介質(zhì)為清水，清洗溫度為80℃，處理前油泥砂含油為6.8%。

不同超聲波處理時間油泥砂含油率見表5。

表5 不同頻率、不同時間超聲波處理后油泥砂含油率 %

由表4、表5可知，超聲波最佳強度優(yōu)選0.31，超聲波最佳頻率為16 kHz，性價比最高的作用時間為30 min。按照上述技術(shù)參數(shù)，處理后油泥砂的含油率可達3.6%。

3.2 油泥砂二次處理試驗

對現(xiàn)有出砂口和出泥口的油泥砂進行二次處理，降低油泥砂的含油率。清洗介質(zhì)為清水，水與砂的比例為1∶1，水與泥的比例為1.5∶1，水溫90℃。油泥砂二次處理含油率見表6。

表6 油泥砂二次處理含油率 %

表6表明，凈砂沖洗可以有效降低砂中的含油率25%以上，凈泥再次水洗離心除油可以有效降低泥中的含油率約40%。

3.3 污水曝氣試驗

污水曝氣試驗結(jié)果見表7。

表7 污水曝氣試驗結(jié)果

表7表明，在曝氣時間較短的情況下，因污水受氣流擾動，除油效果低于靜置條件；作用時間達到15 min以上時，曝氣對污水中的含油具有良好的去除效果，且隨著時間的增加，去除率逐漸升高。因此，為保證處理效果，污水曝氣時間應(yīng)控制在15 min以上。

4 處理工藝升級

對現(xiàn)有系統(tǒng)的處理流程進行升級改造，主要包括：對空化處理撬塊改造，新建深度凈化處理撬塊，實現(xiàn)一級破膠破乳分離、二級空化分離、三級深度凈化分離的油泥砂處理工藝，處理后的油泥砂總含油率小于2%。

主體工藝流程為：4 m3/h油泥砂經(jīng)上料系統(tǒng)進行預(yù)處理除油、兩次分揀、破膠、破乳、均質(zhì)，經(jīng)空化處理撬塊連續(xù)兩次空化分離處理，再經(jīng)新建的三級凈化處理撬塊的兩次高速離心分離，處理后的油泥砂含油達到指標(biāo)要求，統(tǒng)一運送至晾曬場晾曬后用于井場道路底基施工，污水凈化處理后大部分直接循環(huán)使用，少量水和污油輸送至A聯(lián)合站處理系統(tǒng)，油泥砂處理工藝升級后總體工藝流程見圖2。

圖2 油泥砂處理工藝升級后總體工藝流程

4.1 一級破膠破乳分離工藝

存放池中的油泥砂(含油20%)首先進入預(yù)處理池，經(jīng)溢流去除部分原油(去除率15%)，然后通過龍門吊放入上料斗內(nèi)(4 m3/h)，與90～95℃熱水(16 m3/h)以及清洗劑(20 L/h)一并進入一級、二級除雜機，分別清理出大于15 mm和大于5 mm的雜物，雜物運至專設(shè)堆放區(qū)堆放，約20 m3/h混合物自流進入均質(zhì)緩沖池，在均質(zhì)緩沖池充分混合、破膠、破乳后，均質(zhì)緩沖池溢流部分油水混合物(1～2 m3/h)進入溢流池，經(jīng)污油泵排入已建1#細泥處理器，其余油泥砂漿經(jīng)提升泵泵入空化分離器(油泥砂漿含泥砂8%～10%、含油11%～13%)。

4.2 二級空化分離工藝

一級來料(85℃以上)加入12 L/h的清洗劑，經(jīng)泵提升至3具空化分離器，經(jīng)連續(xù)三次超聲波及旋流作用使油與泥砂分離，空化分離器上部的油、水及細泥的混合物(每具約2 m3/h)溢流進入油水緩沖箱后，經(jīng)泵提升至1#細泥處理器，再經(jīng)曝氣、沉降分離，油水去污水沉降池，底部細泥泵入預(yù)處理池或均質(zhì)緩沖池?？栈蛛x器中的其余油泥砂漿(13～15 m3/h，油泥砂漿含泥砂11%～13%、含油3%～6%)經(jīng)泵提升至三級凈化分離處理撬塊。

4.3 三級深度凈化分離工藝

二級空化分離系統(tǒng)來料進入旋流器，將泥水和砂分離，其中：含水砂進入沉砂池，沉砂池上部污水經(jīng)溢流進入溢流池，砂進入洗砂池進行二次沖洗，溢流池內(nèi)的污水及洗砂池排出的沖洗水經(jīng)泵提升至均質(zhì)緩沖池，砂洗凈后排出(凈干砂0.3～0.6 m3/h、含油率0.5%～1%)。旋流器出來的泥水加凈水劑(15 L/h)提升至高位緩沖罐，后進入兩級離心機，實現(xiàn)污水和泥分離，合格泥經(jīng)螺旋輸送機統(tǒng)一輸出，經(jīng)翻斗車?yán)\至晾曬場。此工序可降低凈泥30%～50%的含油率。

油泥砂處理工藝各階段的處理效果見表8。

表8 油泥砂處理工藝各階段的處理效果 %

由表8可知，處理后的油泥砂混合后含油率0.8%～1.68%，平均值1.33%。

5 結(jié) 論

1)大港某油田油泥砂處理效果達不到指標(biāo)要求，通過技術(shù)調(diào)研分析，優(yōu)選熱化學(xué)洗滌與物理分離相結(jié)合的處理工藝，依托已建油泥砂處理裝置進行技術(shù)升級。

2)根據(jù)室內(nèi)試驗研究結(jié)果，確定超聲波最佳頻率為16 kHz，最佳強度選擇0.31，性價比最高的作用時間為30 min；對現(xiàn)有出砂口和出泥口的油泥砂進行二次處理，可提高除油率25%以上；增加污水曝氣裝置，曝氣時間15 min以上，可提高油泥砂處理效果。

3)根據(jù)試驗結(jié)果，對現(xiàn)有系統(tǒng)的處理流程進行升級改造，實現(xiàn)一級破膠破乳分離、二級空化分離、三級深度凈化分離的油泥砂處理工藝，處理后的油泥砂總含油率0.8%～1.68%，平均值1.33%。