海上某中心平臺生產(chǎn)水處理水質(zhì)提升研究

徐振，鄭博，閆旭

（中海石油（中國）有限公司曹妃甸作業(yè)公司，天津 300450）

1 引言

海上平臺因受到空間的限制，污水需集中起來用水處理設(shè)備進(jìn)行處理，加之注水任務(wù)重，通常是在常規(guī)水處理設(shè)備工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行參數(shù)改進(jìn)或調(diào)整，導(dǎo)致污水處理及回注過程中的水質(zhì)問題比陸地油田更為嚴(yán)重[1]。水中的油滴會通過吸附和液鎖對地層形成損害，油滴在多孔介質(zhì)中流動時會產(chǎn)生賈敏效應(yīng)，從而產(chǎn)生嚴(yán)重的堵塞作用。另外，油滴是可變形粒子，在某一壓力下油滴可能無法通過地層巖石的孔隙喉道，但當(dāng)流動壓力增加時，油滴可借助自身具有的良好變形特點通過孔隙喉道，這一特點使得油滴比固相顆粒有著更大的侵入深度。所以，注入水中的含油量的多少很大程度上影響邊部注水井的吸水能力。

海上某中心平臺屬于渤海某油田綜合調(diào)整項目，該油田屬于強(qiáng)邊底水油藏類型，地層能量充足，油井含水高，產(chǎn)液量大，該中心平臺日處理液量達(dá)到7 萬立方米，日回注生產(chǎn)水量最高達(dá)到6.4 萬立方米，水中含油量的微小差別直接影響邊部注水井的吸水能力，不合格的水質(zhì)進(jìn)入地層，對地層損害極大。

2 生產(chǎn)水處理系統(tǒng)概況

該中心平臺生產(chǎn)水處理流程如圖1所示。

圖1 某中心平臺生產(chǎn)水處理流程簡圖

該中心平臺生產(chǎn)水處理系統(tǒng)主要是對兩臺臥式三相生產(chǎn)分離器處理后的含油污水進(jìn)行處理，生產(chǎn)分離器分離出的生產(chǎn)水先后經(jīng)過7 組并聯(lián)運行的斜板除油器和溶氣式氣浮選器，氣浮水相出口匯合后進(jìn)入注水緩沖罐，再經(jīng)過注水增壓泵及注水泵增壓后全部回注到油田的邊部注水井。斜板除油器、氣浮選器及注水緩沖罐的收油進(jìn)入污油罐，污油罐的污油通過污油泵輸送至生產(chǎn)分離器，然后通過外輸泵外輸至終端處理設(shè)施繼續(xù)處理。

該中心平臺生產(chǎn)水處理系統(tǒng)設(shè)計處理量約7.05 萬立方米/天，目前實際處理水量約6.4 萬立方米/天，在進(jìn)行生產(chǎn)水處理水質(zhì)提升研究之前，各級設(shè)備處理水質(zhì)結(jié)果如表1所示。由于該區(qū)域的邊部注水井所對應(yīng)的回注地層的平均空氣滲透率大于1 500 md，根據(jù)該油田ODP 報告及SY/T 5329—2012《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》，該平臺邊部注水井水質(zhì)要求含油量小于等于50 ppm。

表1 水質(zhì)提升前生產(chǎn)水處理系統(tǒng)各級設(shè)備進(jìn)出口水中含油情況

海上平臺空間有限，無法為采出液提供足夠長的停留時間，原油分離器的停留時間一般只有30 min，相對于陸上油田48 h 以上的停留時間，海上油田設(shè)備的適用性明顯不足[2]。采出液的停留時間過短也是進(jìn)一步造成斜板除油器入口含油量偏高的原因。長此以往，過多的油泥堆積在水系統(tǒng)設(shè)備底部，降低了水系統(tǒng)各設(shè)備的有效處理容積和實際處理能力，含油污水在水處理系統(tǒng)內(nèi)部停留時間變短，處理速度變慢、效果變差，罐底部堆積的油泥會持續(xù)影響設(shè)備處理效果，從而使油田生產(chǎn)水的處理質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，影響油田的正常生產(chǎn)。

3 提升生產(chǎn)水處理系統(tǒng)處理水質(zhì)的措施

由于該中心處理平臺的處理水量較大，所以該平臺的邊部注水井承擔(dān)著巨大的注水量壓力。由表1可知，該平臺注水緩沖罐內(nèi)的水質(zhì)雖然符合注入標(biāo)準(zhǔn)，但仍游離在合格線邊緣。為延長該平臺邊部注水井的酸化周期，緩解邊部注水井的壓力，節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本，提升該平臺生產(chǎn)水的水質(zhì)迫在眉睫。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，現(xiàn)場工作人員制定了一系列提升生產(chǎn)水處理水質(zhì)的措施。

3.1 工藝罐體底部排污管線改造

該中心平臺斜板除油器及生產(chǎn)分離器底部原設(shè)計只有閉式排放管線及開排口，進(jìn)行底部排污工作時，需要利用桶接排出的介質(zhì)并倒運至專用廢液罐，既費時又費力，且排放流速慢，排污效果較差，嚴(yán)重影響了該罐體底部的排污工作。經(jīng)過現(xiàn)場的實際調(diào)研與考察，現(xiàn)場人員對生產(chǎn)分離器及斜板除油器排放口進(jìn)行改造，增加一路專用排污管線，將排污口接至下層甲板，可直接將罐底污油排至污油罐。利用生產(chǎn)分離器和斜板除油器內(nèi)的壓力和兩層甲板之間的重力差來提升罐底污油的流動性，提升了工藝罐底排污的工作效率，改善了排污效果，避免了大量油泥在罐底積聚造成的水質(zhì)變差。

3.2 溶氣式氣浮選器運行參數(shù)優(yōu)化

該中心平臺7 臺并聯(lián)運行的溶氣式氣浮選器為生產(chǎn)水處理系統(tǒng)最后一級生產(chǎn)水處理裝置。氣浮法是從液相中去除固體懸浮物或液體顆粒（如油料）最常用、效果最好的凈水方法之一。該中心平臺所使用的氣浮選器屬于常壓溶氣式氣浮選器，其工作原理是大量的微小氣泡迅速吸附到污水中的懸浮物或油滴粘浮，減輕絮體的整體比重，形成氣泡油滴聚合體，在浮力的作用下迅速上升液面，從而滿足油水分離、高效率脫油的條件。根據(jù)斯托克斯沉速公式即式（1）可知，氣泡的大小和氣浮選器溶氣比的大小直接影響氣浮選器的處理效果。現(xiàn)場人員開展了氣浮選器最佳溶氣比的摸索試驗。首先，吹掃驗證各氮氣管線，排除管線凍堵情況。其次，確保氣流暢通后，通過不斷調(diào)整氮氣流量，取樣目測氣泡粒徑及氣泡數(shù)量，并進(jìn)行對比、記錄，同時，對不同溶氣比下的加氣浮選器水相含油量進(jìn)行跟蹤對比，綜合現(xiàn)場實際和經(jīng)濟(jì)因素，確定最佳溶氣比。提高氣浮內(nèi)氣泡的攜帶能力，使污水中的懸浮物顆粒以及小油滴盡可能地從生產(chǎn)污水中脫出，從而達(dá)到提升水質(zhì)的效果。

式中：

v——水滴沉降速度；

dw——水滴直徑；

g——重力加速度；

μ——流體粘度；

ρw，ρ0——分別是水滴和油滴的密度。

該中心處理平臺的氣浮選器無自動收油功能，當(dāng)水中懸浮物顆粒以及小油滴經(jīng)過氣浮選器處理之后會懸浮在罐內(nèi)液面上，若不及時啟動刮板機(jī)進(jìn)行收油，將液面上的污油刮到油室，則脫出來的懸浮物顆粒與小油滴會直接進(jìn)入注水緩沖罐，進(jìn)而影響污水處理質(zhì)量。因此，氣浮選器的收油頻率及收油時間的長短直接影響處理后的水中的含油量。為提升電動刮板機(jī)的收油效果，現(xiàn)場工作人員對氣浮選器罐內(nèi)刮板機(jī)設(shè)備進(jìn)行檢查。由于刮板機(jī)的長時間運行，部分氣浮內(nèi)刮板膠皮已經(jīng)破損嚴(yán)重，從而使收油效果不佳?，F(xiàn)場人員可以將7臺氣浮內(nèi)的刮板膠皮更換為更加耐高溫、耐磨的材質(zhì)。同時，為避免刮板機(jī)長時間運行造成膠皮快速破損，延長刮板使用壽命，現(xiàn)場人員對收油時油相取樣點進(jìn)行取樣化驗，統(tǒng)計每次收油時油相取樣的含油量，摸索最佳收油頻率及收油時長。最終，考慮到該中心平臺的氣浮選器設(shè)備特性以及經(jīng)濟(jì)因素，確定一天進(jìn)行4 次收油，每次收油10 min 即可達(dá)到所需效果，提升了氣浮選器的收油效率，避免因刮板快速磨損造成水質(zhì)變差。

3.3 注水緩沖罐收油操作程序優(yōu)化

該中心平臺注水緩沖罐為微正壓矩形罐體，內(nèi)部無油水分離設(shè)備，僅靠油與水的密度差使油水進(jìn)行分離，收油槽堰板距離罐頂1 500 mm。在對注水緩沖罐進(jìn)行收油操作時，現(xiàn)場人員需要提升注水緩沖罐的液位，當(dāng)液位高于收油堰板時，液面上漂浮的油膜便會進(jìn)入油室，隨即排入污油罐。但是平臺投產(chǎn)后，現(xiàn)場人員多次對注水緩沖罐進(jìn)行收油操作時，油槽出口取樣點處并不能取到污油，注水緩沖罐出口水質(zhì)也并無變化?，F(xiàn)場人員通過分析，由于該中心處理平臺污水回注量較大，處理后的污水在注水緩沖罐內(nèi)停留的時間過短，油水未及時分離就直接被注入地下。所以，現(xiàn)場工作人員嘗試在每次收油前向注水緩沖罐內(nèi)加注一定量的清水劑，通過不斷摸索，確定清水劑的加注濃度及加注時長，再次對其進(jìn)行收油時，油槽出口取樣點可取出較多污油，收油效果有了大幅提升。

3.4 化學(xué)藥劑系統(tǒng)優(yōu)化

油田生產(chǎn)水處理中，要合理運用各種化學(xué)藥劑，確保能夠最大限度提升回注水水質(zhì)。為避免因化學(xué)藥劑下藥量異常而造成生產(chǎn)水的處理不合格，現(xiàn)場工作人員通過對平臺中控系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)，增加了藥劑下藥量異常報警功能。根據(jù)化學(xué)藥劑的推薦注入濃度及平臺的日產(chǎn)液量，計算出正常情況下該種化學(xué)藥劑的下藥量。根據(jù)計算出的結(jié)果，在中控設(shè)置合適的報警值。在設(shè)定時間內(nèi)，若下藥量少于正常值時，中控會自動報警，及時提醒現(xiàn)場人員對該藥劑進(jìn)行標(biāo)定。通過現(xiàn)場人員定時標(biāo)定和中控數(shù)據(jù)監(jiān)控的雙重方式，可及時發(fā)現(xiàn)下藥量異常的藥劑，極大地減少現(xiàn)場操作及化驗人員的工作量，保證了生產(chǎn)流程的穩(wěn)定，同時，避免沖程飄移導(dǎo)致藥劑浪費，節(jié)約藥劑成本，提升了平臺智能化和自動化水平。

由于該油田屬于強(qiáng)邊底水油藏類型，隨著開采時間的增長，該油田很快進(jìn)入高含水期。反相破乳劑在該油田的生產(chǎn)過程中發(fā)揮著巨大的作用。但該中心處理平臺并未設(shè)計反相破乳劑的加藥流程，需要在以棧橋相連的上游平臺加注，由于加藥點距離該中心平臺生產(chǎn)分離器較遠(yuǎn)，隨著該中心平臺處理液量的增加，上游平臺加注的反相破乳劑已經(jīng)不能滿足實際工況需求?，F(xiàn)場工作人員通過在該中心平臺增加反相破乳劑藥劑泵及相關(guān)管線，選擇合適的藥劑注入點，新增了一套反相破乳劑的注入流程。這既保證了反向破乳劑注入流程的可靠性和穩(wěn)定性，避免了缺陷，又滿足了現(xiàn)場工況需求，提升了生產(chǎn)分離器出口的水質(zhì)。

3.5 生產(chǎn)分離器運行參數(shù)優(yōu)化

該中心平臺的兩臺生產(chǎn)分離器并聯(lián)運行，之前由于入口管線布局不合理，兩臺生產(chǎn)分離器的入口管線于生產(chǎn)總管匯上一前一后引出，導(dǎo)致兩臺生產(chǎn)分離器存在處理的油水比例不同的問題。生產(chǎn)分離器A 處理的油較多，生產(chǎn)分離器B 處理的水較多。通過調(diào)整生產(chǎn)分離器入口截止閥開度，配合調(diào)整兩臺生產(chǎn)分離器設(shè)定壓力，緩慢提升生產(chǎn)分離器B 的處理量，減少生產(chǎn)分離器A 的處理量，摸索兩臺生產(chǎn)分離器最佳進(jìn)液比例，解決了生產(chǎn)分離器A 由于處理油較多造成的水相出口水質(zhì)較差的問題。同時，為避免生產(chǎn)分離器水相液位波動造成水相出口水質(zhì)變差，通過優(yōu)化水相液位設(shè)定值，修改生產(chǎn)分離器液位及壓力調(diào)節(jié)閥的PID 設(shè)置參數(shù)，保證生產(chǎn)分離器水相液位穩(wěn)定，從而在源頭提升了生產(chǎn)水系統(tǒng)的水質(zhì)。

3.6 加強(qiáng)操作人員培訓(xùn)

在社會發(fā)展新形勢下，石油企業(yè)及相關(guān)單位要加強(qiáng)對污水治理員工的專業(yè)教育工作，不斷提高他們的業(yè)務(wù)能力和綜合素質(zhì)，促使他們能夠堅決履行好自身的職責(zé)，做好油田回注水水質(zhì)科學(xué)治理工作，避免污水排放影響到采油工作質(zhì)量和效率，破壞生態(tài)環(huán)境[3]。通常來說，石油的開采具備時間的連續(xù)性。鑒于石油開采的工作性質(zhì)，海上石油從業(yè)人員一般選擇兩班倒或者三班換崗的工作制度。由于人員工作的銜接性不夠，不同人員的技能水平參差不齊，這也會導(dǎo)致注水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的狀況出現(xiàn)[4]。在石油開采過程中，操作人員的規(guī)范操作可以在很大程度上保障生產(chǎn)的計劃性[5]。為進(jìn)一步控制采油廠注水水質(zhì)問題，平臺對生產(chǎn)水處理崗位人員進(jìn)行生產(chǎn)水處理工藝及現(xiàn)場設(shè)備操作程序培訓(xùn)，在每位員工熟練地掌握操作技能并開展抽查考試活動。只有提高生產(chǎn)水處理崗位員工的專業(yè)水平和職業(yè)素養(yǎng)，才能實現(xiàn)對油田回注水水質(zhì)的優(yōu)化改善目標(biāo)，為油田后續(xù)高效生產(chǎn)開發(fā)打下扎實的工作基礎(chǔ)。

4 提升效果

經(jīng)過對生產(chǎn)分離器運行參數(shù)、化學(xué)藥劑系統(tǒng)及現(xiàn)場相關(guān)操作程序等進(jìn)行優(yōu)化，生產(chǎn)水處理系統(tǒng)各級處理設(shè)備水質(zhì)有了明顯提升，注水緩沖罐出口含油量由45 ppm 左右降至35 ppm以下?，F(xiàn)場操作人員的技能水平及對水質(zhì)的重視程度有了大幅提高，各級設(shè)備處理生產(chǎn)水含油量化驗情況如表2所示，注水緩沖罐出口水質(zhì)前后對比照片如圖2所示。該項研究有效提升了油田生產(chǎn)水處理系統(tǒng)的水質(zhì)，降低了水中含油量。本研究為今后同類項目的探索和研究提供可借鑒措施。

表2 水質(zhì)提升后生產(chǎn)水處理系統(tǒng)各級設(shè)備進(jìn)出口水中含油情況

圖2 水質(zhì)提升措施前后注水緩沖罐出口取樣對比照片

5 結(jié)語

本文根據(jù)海上某中心平臺生產(chǎn)水處理流程現(xiàn)狀，探究了該平臺為提升生產(chǎn)水處理水質(zhì)的一系列措施。具體來說，分別從流程管理、化學(xué)藥劑系統(tǒng)提升、設(shè)備運行參數(shù)設(shè)置等方面進(jìn)行研究分析，提出了對工藝設(shè)備底部排污管線進(jìn)行改造、優(yōu)化設(shè)備的收油程序、增加中控系統(tǒng)化學(xué)藥劑監(jiān)控組態(tài)等一系列提升油田生產(chǎn)水水質(zhì)的措施。這些措施的實施，有效提升了該中心處理平臺的處理水質(zhì)，降低了水中含油量，延長注水井酸化周期，節(jié)約了采油的經(jīng)濟(jì)成本。本文可為今后提升油田生產(chǎn)水水質(zhì)的探索和研究提供可借鑒措施。