南海油田水處理新工藝研究及應(yīng)用

周 建，陳文峰，張?zhí)K飛，余 智，曾樹(shù)兵

(海洋石油工程股份有限公司設(shè)計(jì)院，天津 300451)

1 南海油田水處理概述

海上油田水處理包括生產(chǎn)污水處理和注水處理。南海油田生產(chǎn)污水處理工藝主要有水力旋流器、緊湊式氣浮、撇油罐等，各級(jí)設(shè)備適當(dāng)組合使用，將水中含油量處理到要求指標(biāo)；南海注水開(kāi)發(fā)油田很少，可參考渤海油田注水處理流程，主要包括核桃殼濾器、雙介質(zhì)濾器、超濾等處理設(shè)備，處理油及懸浮物。

1.1 生產(chǎn)污水除油原理

生產(chǎn)污水的來(lái)源很多，但一般是水包油(O/W)的分散體系。其分散的狀態(tài)與油、乳化劑、水的性質(zhì)及其生成條件有關(guān)。一般認(rèn)為，油在水中主要以五種狀態(tài)分布[1]。

(1)浮油。油在水中分散顆粒較大，油粒徑一般大于100 μm，靜置后能較快上浮，以連續(xù)相的油膜漂浮在水面，用一般重力分離設(shè)備即能去除。

(2)分散油。油在水中的分散粒徑為 10 μm～100 μm，以微小油珠懸浮于水中，不穩(wěn)定，一般借助旋流和氣浮等外力除去。

(3)乳化油。油珠粒徑小于 10 μm，一般為0.1 μm～2 μm。往往因水中含有表面活性劑使油珠形成穩(wěn)定的乳化液。

(4)溶解油。油以分子狀態(tài)或化學(xué)方式分散于水體中，形成穩(wěn)定的均相體系，粒徑一般小于幾微米。油和水形成均相體系，非常穩(wěn)定，用一般的物理方法無(wú)法去除。但由于油在水中的溶解度很小(5 mg/L～15 mg/L)，所以在水中的比例僅約為0.5%。

(5)固體附著油。吸附于廢水中固體顆粒表面的油。

廢水中的油類多數(shù)以幾種狀態(tài)并存，極少以單一的狀態(tài)存在。一般需采用多級(jí)處理方法，經(jīng)分別處理后才能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。目前根據(jù)油的不同性質(zhì)相續(xù)開(kāi)發(fā)了不同的除油技術(shù)，按照處理原理的不同，可以分為物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法和生物法等，其中物理除油方法在石化行業(yè)裝置回用含油廢水處理及深度預(yù)處理過(guò)程中起了重要作用，如重力分離法、過(guò)濾法、膜分離法、粗?；靶鞣蛛x方法等。

經(jīng)濟(jì)有效的分離形式分別為：游離態(tài)，重力沉降分離；分散態(tài)，旋流分離、CPI；乳化態(tài)，聚結(jié)、離心、電場(chǎng)分離；溶解態(tài)，吸附、膜、化學(xué)手段。

1.2 納濾膜分離技術(shù)概述

常見(jiàn)的去除離子的方法主要有納濾膜法、反滲透膜法、電滲析法、蒸餾法、樹(shù)脂交換法。納濾膜孔徑約為1 nm左右，適宜分離大小約為1 nm的溶解組分，更適合于二價(jià)離子脫除，截留率≥99.9% ，能耗低，投資較低。

納濾的工作過(guò)程是原水在膜的一側(cè)從一端流向另一端，水分子透過(guò)膜表面，從原水側(cè)到達(dá)另一側(cè)；而無(wú)機(jī)鹽離子留在原來(lái)的一側(cè)，隨著原水的流程逐漸增長(zhǎng)，水分子不斷從原水中取走，留在原水中的含鹽量逐步增大，即原水逐步得到濃縮，從裝置中排出。

研究發(fā)現(xiàn)，操作壓力對(duì)納濾過(guò)程的影響至關(guān)重要，膜最佳操作壓力在2 MPaG～3 MPaG之間；對(duì)于溫度，一般需要25 ℃～35 ℃[2]。

2 生產(chǎn)水處理工藝

2.1 常規(guī)生產(chǎn)水處理工藝流程

目前南海典型油田生產(chǎn)污水處理流程通常是水力旋流器和緊湊式氣浮CFU串聯(lián)。來(lái)自上游三相分離器的生產(chǎn)污水首先經(jīng)水力旋流器除去大部分浮油，而后經(jīng)CFU進(jìn)一步除去微小的分散油，水中含油量處理到30 mg/kg以下達(dá)標(biāo)排海。

CFU作為一種高效的生產(chǎn)水處理設(shè)備，在適用條件下可進(jìn)一步提高生產(chǎn)水處理效果，達(dá)到減排的目的。一般在加注適當(dāng)藥劑的前提下，CFU處理后的生產(chǎn)水中含油量大多情況下可低于30 mg/L，但各油田的除油率也是差異較大。 經(jīng)調(diào)研南海多個(gè)油田CFU的實(shí)際除油效果，CFU除油效率在15%～80%之間，處理效果并不穩(wěn)定。設(shè)備在運(yùn)行中存在故障率高，操維復(fù)雜，浮選氣噴頭腐蝕、堵塞等情況。此外，CFU需要專屬藥劑，廠家試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)反饋情況表明，化學(xué)藥劑的注入濃度對(duì)緊湊式氣浮的除油效率影響較大。

2.2 聚結(jié)除油罐工藝

為替代價(jià)格高、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用高的CFU，在南海油田某項(xiàng)目中進(jìn)行了工藝研究及調(diào)研論證。調(diào)研南海油田常規(guī)撇油罐的實(shí)際除油效果，除油效率在70%～80%之間，能將來(lái)自水力旋流器的生產(chǎn)污水含油量處理到45 mg/kg，不滿足30 mg/kg要求。

根據(jù)聚結(jié)除油機(jī)理，聚結(jié)沉降法很適合乳化油的分離，微小油滴聚結(jié)變大然后加速沉降分離。新近開(kāi)發(fā)的新型聚結(jié)脫氣除油罐采用新型聚結(jié)填料，包括粗聚結(jié)模塊、沉降快速分離模塊、乳化油滴深度分離模塊，可將1 μm～20 μm油滴聚并至200 μm，再進(jìn)入沉降分離區(qū)分離，極大的提高液相分離的純凈度。油滴粒徑大使得該設(shè)備水力停留時(shí)間很短，一般在5 min～6 min，大大縮小設(shè)備設(shè)施尺寸。

另外，聚結(jié)除油罐操作壓力盡量降低，充分考慮天然氣浮選效應(yīng)。上游較高壓力的生產(chǎn)水進(jìn)入該罐后降壓閃蒸出氣，產(chǎn)生的微氣泡攜油能力較強(qiáng)，可以把水中微米級(jí)的細(xì)小油滴攜裹聚合并上浮分離。

基于以上原理設(shè)計(jì)的聚結(jié)除油罐能將水力旋流器來(lái)的生產(chǎn)污水進(jìn)一步除去微小的分散油和乳化油，水中含油量處理到30 mg/kg以下達(dá)標(biāo)排海。新型聚結(jié)脫氣除油罐可替代CFU，降本增效。

此工藝流程處理精度高，且不需要價(jià)格昂貴的專用藥劑、循環(huán)泵和連續(xù)氮?dú)庀摹ｍ?xiàng)目采用聚結(jié)除油罐，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。18 a運(yùn)行經(jīng)濟(jì)年限內(nèi)即可節(jié)省設(shè)備采辦費(fèi)用、電能和藥劑維護(hù)費(fèi)用共計(jì)7 000萬(wàn)元以上。

3 注水處理工藝

同時(shí)進(jìn)行了預(yù)處理技術(shù)比選研究，最終采用簡(jiǎn)單可靠的多柱式濾器作為超濾前置細(xì)濾器，該濾器可實(shí)現(xiàn)自清洗，不需要反洗水泵，比常規(guī)雙介質(zhì)濾器節(jié)省投資100萬(wàn)元，節(jié)省電能消耗、重量及占地。

4 結(jié)語(yǔ)

水力旋流器+聚結(jié)除油罐水處理工藝流程已在多個(gè)南海油田項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用，將對(duì)中國(guó)海油今后同類工程項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)積累經(jīng)驗(yàn)，提供良好借鑒。同時(shí)，隨著南海注水開(kāi)發(fā)油田的日益增加，納濾膜二價(jià)離子脫除工藝也將具有比較廣闊的應(yīng)用前景。