渤海油田D平臺(tái)聚結(jié)-氣浮除油技術(shù)①

方 健

中海油能源發(fā)展股份有限公司安全環(huán)保分公司

渤海油田D平臺(tái)聚結(jié)-氣浮除油技術(shù)①

方 健

中海油能源發(fā)展股份有限公司安全環(huán)保分公司

摘要針對(duì)渤海油田D平臺(tái)生產(chǎn)水流程的問題及特點(diǎn)，將聚結(jié)與氣浮技術(shù)結(jié)合一起，進(jìn)行除油效果研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用特有的聚結(jié)材料，經(jīng)過2級(jí)溶氣設(shè)備和聚結(jié)除油設(shè)備，出口水質(zhì)含油值小于20 mg/L；經(jīng)過3級(jí)溶氣設(shè)備和聚結(jié)除油設(shè)備，出口水質(zhì)含油值小于10 mg/L。并根據(jù)渤海油田D平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)空間情況，設(shè)計(jì)了1套聚結(jié)-氣浮除油的撬裝設(shè)備。

關(guān)鍵詞聚結(jié)氣浮生產(chǎn)水含油值

渤海油田D平臺(tái)(以下簡稱D平臺(tái))位于渤海灣西部海域，油田范圍水深20～24.5 m。D平臺(tái)屬于油田二期開發(fā)的設(shè)施，為了減輕浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油卸油裝置(FPSO)生產(chǎn)水處理的負(fù)擔(dān)，2008年11月對(duì)D平臺(tái)進(jìn)行了二期改造，增加生產(chǎn)水處理及回注系統(tǒng)。2012年12月，對(duì)生產(chǎn)水處理系統(tǒng)改造，由緊湊型浮選器(CFU)代替水力旋流器(HC)，處理效果并不理想，注水含油值高于100 mg/L。主要原因是CFU的除油效率低，且難以操控。

為了優(yōu)化注水含油值，使之達(dá)到20 mg/L以下，需要對(duì)生產(chǎn)水流程開展優(yōu)化工作?；诤Ｉ掀脚_(tái)生產(chǎn)水處理的特點(diǎn)(流程短、設(shè)備小、停留時(shí)間短等)，在眾多的除油技術(shù)中優(yōu)選出聚結(jié)除油這一物理方法來解決注水含油值高的難題。

1D平臺(tái)生產(chǎn)水處理流程現(xiàn)狀

1.1D平臺(tái)生產(chǎn)水處理流程簡介

為了減輕海洋石油FPSO流程的油氣水處理負(fù)擔(dān)，在D平臺(tái)增加油氣水處理流程，在井口平臺(tái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)液的脫水回注。D平臺(tái)的產(chǎn)液主要經(jīng)過自由水去除設(shè)備(V-2130)脫出的含油污水進(jìn)HC處理，處理后的生產(chǎn)水進(jìn)入生產(chǎn)水緩沖罐(V-2620)回注。

2012年，D平臺(tái)生產(chǎn)水處理系統(tǒng)開展流程改造，用CFU替代HC,以優(yōu)化生產(chǎn)水處理流程。D平臺(tái)生產(chǎn)水處理流程見圖1。

1.2D平臺(tái)生產(chǎn)水處理現(xiàn)狀

D平臺(tái)生產(chǎn)水系統(tǒng)處理后的注水含油值超標(biāo)，遠(yuǎn)高于20 mg/L。由于整個(gè)生產(chǎn)水系統(tǒng)只有CFU一級(jí)處理，且除油率較低，在45%左右，水相出口含油值高于300 mg/L。雖然注水緩沖罐(SV)內(nèi)部有手動(dòng)收油裝置，但是入口水質(zhì)含油值太高，不僅使得注水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)(高于100 mg/L)，而且還會(huì)污染SV內(nèi)部空間。D平臺(tái)生產(chǎn)水系統(tǒng)各級(jí)設(shè)備處理設(shè)計(jì)含油值見表1。

表1 D平臺(tái)生產(chǎn)污水各級(jí)設(shè)備含油值設(shè)計(jì)參數(shù)和現(xiàn)行處理值對(duì)比(ρ/(mg·L-1)Table1 ComparisonofdesignedandoperationalvaluesofproductionwatertreatmentprocessesatWHPD設(shè)備設(shè)計(jì)處理含油指標(biāo)現(xiàn)行處理參數(shù)自由水去除設(shè)備≤1500650~700緊湊型浮選器≤20250~350注水緩沖罐≤20120~130

1.3D平臺(tái)生產(chǎn)水處理問題分析

根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)水流程設(shè)備和各級(jí)水質(zhì)的調(diào)研，目前僅僅依靠CFU還無法將生產(chǎn)水含油值處理到20 mg/L以內(nèi)。在用絮凝劑可以在CFU內(nèi)部將水包油乳狀液部分破乳，但并不完全(出口水質(zhì)渾濁，未清澈透明)，出口水樣中仍有部分浮油。

注水含油值超標(biāo)不僅會(huì)傷害地層，而且還會(huì)堵塞近井地帶，使得注水壓力逐漸上升，最終頻繁使用酸化等措施。

2除油技術(shù)的選擇

含油污水處理的難易程度隨其來源及油污的狀態(tài)和組成不同而有差異。其處理方法按原理可分為物理法(沉降、機(jī)械、離心、粗?；⑦^濾、膜分離等)，物理化學(xué)法(浮選、吸附、離子交換、電解等)，化學(xué)法(凝聚、酸化、鹽析等)，生物化學(xué)法(活性污泥、生物濾池、氧化塘等)[1]。

D平臺(tái)生產(chǎn)水處理流程的特點(diǎn)主要是空間小、流程短、設(shè)備小和停留時(shí)間短，這對(duì)除油技術(shù)要求非常高。因此，處理工藝應(yīng)有所選擇，開發(fā)新工藝、應(yīng)用新技術(shù)成為油田污水處理發(fā)展的新趨勢(shì)[2]。近幾年來，由于石油廢水的水質(zhì)情況日趨復(fù)雜,化學(xué)除油方法在石油廢水處理凈化過程中受到了限制[3]。所以，研發(fā)一種新型的純物理采出水除油技術(shù)，不投加化學(xué)藥劑、不產(chǎn)生老化油和含油污泥，已經(jīng)成為形勢(shì)發(fā)展的需要[4-5]。

3聚結(jié)-氣浮除油技術(shù)介紹

該系統(tǒng)采用的是一種綜合物理除油方法，即：加壓溶氣氣浮除油和填料聚結(jié)除油原理。

含油污水進(jìn)入除油裝置時(shí)，先進(jìn)行旋流分離，同時(shí)通入定量的氣液混合物；進(jìn)入油水分離槽后，氣液混合物中的氣體膨脹形成大量微小的氣泡(直徑約為10 μm)，在旋流作用下，攜帶部分油滴及懸浮物上浮到水面；剩余的油和懸浮物隨污水向下進(jìn)入正弦形填料，在運(yùn)動(dòng)過程中，油珠經(jīng)反復(fù)碰撞、摩擦、聚集，當(dāng)油滴直徑增大到一定程度后(≥10 μm)，被小氣泡攜帶上浮至水面，從而被收集送至集油池中，懸浮物則沉積在處理槽底部，被送至集污池中[6-7]。

4室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

4.1實(shí)驗(yàn)水樣及標(biāo)準(zhǔn)

D平臺(tái)生產(chǎn)水的水樣是從自由水去除設(shè)備(V-2130)水相出口取得，20 L。經(jīng)檢測(cè)，水中含油值460 mg/L，觀其水樣顏色是淺黃色、不透明、渾濁,油在水中完全呈現(xiàn)出乳化和溶解狀態(tài)。

4.2室內(nèi)主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備及流程圖

結(jié)合D平臺(tái)水質(zhì)及平臺(tái)空間的特點(diǎn)，在CFU氣浮裝置與SV之間增加一套快速聚結(jié)-氣浮除油移動(dòng)撬裝，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)簡易的聚結(jié)和氣浮設(shè)備，將現(xiàn)場(chǎng)水樣(現(xiàn)場(chǎng)流程溫度60 ℃下)在該套設(shè)備中反復(fù)處理，根據(jù)處理結(jié)果設(shè)計(jì)最終的撬裝設(shè)備，即：簡易微氣泡發(fā)生器1臺(tái)；氮?dú)怃撈?個(gè)；2 L/h簡易聚結(jié)除油裝置(單元)1套；微型蠕動(dòng)計(jì)量泵1臺(tái)；pH值在線檢測(cè)儀1臺(tái)；污水含油檢測(cè)儀(上海佑科紅外分光光度計(jì))1臺(tái)。 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)裝置流程簡圖見圖2。

4.3室內(nèi)實(shí)驗(yàn)步驟

由D平臺(tái)自由水去除設(shè)備出水原水桶5 L，流量2 L/h經(jīng)過蠕動(dòng)計(jì)量泵計(jì)量并升壓后送入簡易微氣泡發(fā)生器；與此同時(shí)，由氮?dú)怃撈恐械牡獨(dú)饬髁坑锌刂频剌斎氲胶喴孜馀莅l(fā)生器與污水混合并完成混溶，氣液混合物通過簡易微氣泡發(fā)生器出口在釋放閥的控制下，流經(jīng)簡易聚結(jié)除油單元裝置底部而釋放；污水中的乳化或溶解油滴(O/W)經(jīng)摩擦分離聚結(jié)后，油相流入外部玻璃杯中，水相流入外部緩存桶(7)中，并在緩存桶(7)中取樣檢測(cè)水中含油量；操作結(jié)束后，將緩存桶(7)替換原水桶進(jìn)行第二次重復(fù)上述操作過程，將第二次處理好的水流入緩存桶(8)中并取樣檢測(cè)；操作結(jié)束后，緩存桶(8)替換緩存桶(7)進(jìn)行第三次重復(fù)上述操作過程，將第三次處理好的水流入緩存桶(9)并取樣檢測(cè)。上述污水經(jīng)過重復(fù)3次操作過程，其每次水樣在簡易聚結(jié)除油單元裝置內(nèi)停留3 min。

4.4室內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果

通過自行設(shè)計(jì)的模擬除油裝置，針對(duì)D平臺(tái)的自由水去除設(shè)備出口水樣進(jìn)行3輪循環(huán)實(shí)驗(yàn)(見表2)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，含油值為460 mg/L的水樣經(jīng)過第一輪聚結(jié)除油，出口水樣含油值達(dá)到50 mg/L以下；經(jīng)過第二輪聚結(jié)除油，出口水樣含油值達(dá)到20 mg/L以下；經(jīng)過第3輪聚結(jié)除油，出口水樣含油值達(dá)到10 mg/L以下。

表2 室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)一覽表Table2 Summaryofthebench-scaletestresults序號(hào)進(jìn)水含油值/(mg·L-1)停留時(shí)間/min出水含油值/(mg·L-1)循環(huán)次數(shù)/次重復(fù)次數(shù)/次1460.0350.011250.0318.021318.037.7314460.0349.012549.0319.522619.536.8327460.0356.013856.0319.923919.938.933

結(jié)合D平臺(tái)現(xiàn)行生產(chǎn)水處理流程，撤去簡易微泡發(fā)生器及設(shè)備內(nèi)部的聚結(jié)材料，將氮?dú)庵苯踊烊胗?jì)量泵出口，并注入現(xiàn)場(chǎng)使用的絮凝劑SZB-4491(質(zhì)量濃度為50 mg/L)，測(cè)定出口水質(zhì)含油值為110～130 mg/L。

室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，具備核心聚結(jié)材料和微氣泡發(fā)生器技術(shù)后，除油效率大幅度提高。

5現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)方案

保留現(xiàn)有的CFU(V-2630)氣浮裝置和SV(V-2620)，同時(shí)在CFU氣浮裝置與SV之間增加一套快速聚結(jié)-氣浮除油移動(dòng)撬裝，使SV(V-2620)清水緩存罐出水含油值小于20 mg/L。該裝置針對(duì)D平臺(tái)(空間小、生產(chǎn)水處理量大等)的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)，具有高效而快捷的優(yōu)點(diǎn)。該撬裝采用模塊化設(shè)計(jì)，在D平臺(tái)所占空間為4.75 m×2.63 m×5.5 m(L×W×H)，處理量為500 m3/h。撬裝設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的聚結(jié)-氣浮設(shè)計(jì)參數(shù)見表3。

表3 油田采出水處理裝置設(shè)計(jì)參數(shù)表Table3 Designparametersofthefull-scaleproductionwatertreatmentdevices1.進(jìn)出水水質(zhì)參數(shù)設(shè)計(jì)水量/(m3·d-1)≤11000進(jìn)水含油值/(mg·L-1)≤2500出水含油值/(mg·L-1)≤20停留時(shí)間5~10min2.設(shè)計(jì)參數(shù)工作壓力/MPa1.6最大壓力/MPa2.5出水壓力/MPa0.6氣源天然氣供氣壓力/MPa2.0清洗方式在線清洗自控系統(tǒng)PLC+組態(tài)監(jiān)控設(shè)備尺寸4.75m×2.63m×5.5m(L×W×H)應(yīng)用范圍海上作業(yè)平臺(tái)污水處理

6結(jié) 語

(1) 基于D平臺(tái)生產(chǎn)水處理流程的問題和平臺(tái)空間狀況以及特點(diǎn)(空間小、處理量大、停留時(shí)間短等)，在眾多的除油技術(shù)中推薦使用撬裝的聚結(jié)除油設(shè)備。聚結(jié)除油原理是將粗?；c氣浮選有機(jī)結(jié)合在一起，并對(duì)聚結(jié)材料和氣泡粒徑這兩個(gè)核心技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，使得該設(shè)備能夠?qū)臀鬯疃忍幚怼?/p>

(2) 針對(duì)D平臺(tái)生產(chǎn)水處理流程入口水樣(含油值為460 mg/L)，開展聚結(jié)-氣浮除油室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，并與平臺(tái)現(xiàn)用流程的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。經(jīng)過2級(jí)溶氣設(shè)備和聚結(jié)除油設(shè)備，出口水質(zhì)含油值在20 mg/L以下；經(jīng)過3級(jí)溶氣設(shè)備和聚結(jié)除油設(shè)備，出口水質(zhì)含油值在10 mg/L以下。使用普通氣浮出口水質(zhì)含油值在110～130 mg/L之間。

(3) 根據(jù)聚結(jié)-氣浮除油室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，利用D平臺(tái)現(xiàn)有的空撬塊，設(shè)計(jì)聚結(jié)-氣浮除油撬裝設(shè)備(4 m×2.4 m×6 m)為3級(jí)溶氣設(shè)備和2級(jí)聚結(jié)除油設(shè)備，第3級(jí)溶氣設(shè)備處理的生產(chǎn)水進(jìn)入緩沖罐釋放，將注水含油值控制在20 mg/L以下。

參 考 文 獻(xiàn)

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Aggregation-floatation technology for oily wastewater treatment at WHPD of BH Oilfield

Fang Jian

(CNOOCEnergyTechnology&ServicesLimited-SafeandEnviromental

ServicesCompany,Tianjin300458,China)

Abstract:In this study, aggregation and floatation technology has been used to improve the oil removal efficiency corresponding to the problems and characteristics of the production water from the WHPD of BH Oilfield. The results showed that the oil contents of treated water were under 20 mg/L through 2-stage treatment. Furthermore, the oil contents of the water collected at the outlet of the treatment process were below 10 mg/L through 3-stage treatment. A set of skid-mounted device for coalescence-gas floating oil removal was designed based on the space conditions of WHPD.

Key words:aggregation, floatation, production water, oil content

收稿日期：2014-09-22；編輯：鐘國利

中圖分類號(hào)：X741

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1007-3426.2015.04.023

作者簡介：①方健(1981-)，男，天津大學(xué)碩士研究生，工程師，現(xiàn)就職于中海油能源發(fā)展股份有限公司安全環(huán)保分公司水處理及SNG項(xiàng)目組,研究油田化工的固廢和污水的處理。E-mail：fangjian5@cnooc.com.cn