高壓高產(chǎn)氣井生產(chǎn)水處理研究

賈英博

摘要：以海上DF1-1氣田生產(chǎn)污水為研究對(duì)象，根據(jù)其生產(chǎn)污水性質(zhì)，開(kāi)發(fā)一種以聚胺類(lèi)表面活性劑為主劑、水溶性高分子為輔劑的復(fù)合絮凝劑，優(yōu)化后絮凝工藝條件為：投加濃度700～1100mg/L，pH 7～8。該藥劑在氣田進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，出水水質(zhì)完全符合氣田生產(chǎn)污水排海要求[1]。

關(guān)鍵詞：高壓高產(chǎn)氣井;出砂量;橇裝除砂工藝

引言

海上石油與天然氣開(kāi)發(fā)是21世紀(jì)最具潛力的與經(jīng)濟(jì)價(jià)值的石油和天然氣開(kāi)采方式，也是維護(hù)國(guó)家能源安全和海洋權(quán)益的重要舉措，戰(zhàn)略意義重大[2]。海上平臺(tái)是海上油氣開(kāi)發(fā)的最主要載體，其主要功能是實(shí)現(xiàn)石油與天然氣的開(kāi)采、油氣分離、油氣脫水及增壓外輸。近些年，隨著海上氣田開(kāi)發(fā)力度的不斷加大，海上油氣田所產(chǎn)生的生產(chǎn)水量也不斷攀升[3]，同時(shí)國(guó)家對(duì)于海洋環(huán)境保護(hù)的要求也越來(lái)越高，迫切需要海上平臺(tái)提升其生產(chǎn)水處理規(guī)模和能力。

1氣田生產(chǎn)水處理系統(tǒng)流程概述

氣田有新、舊兩套聚結(jié)分離器，分別處理來(lái)自不同分離器的液體。當(dāng)前新聚結(jié)分離器處理的液體來(lái)源：捕集器A、捕集器F、生產(chǎn)分離器，舊聚結(jié)分離器處理的液體來(lái)源：捕集器E、捕集器B、旋流分離器、過(guò)濾分離器、測(cè)試分離器、閉排泵出口，其中旋流分離器、過(guò)濾分離器和測(cè)試分離器液量少，對(duì)于聚結(jié)分離器的影響極小，在接下來(lái)的分析中不考慮其對(duì)生產(chǎn)水處理系統(tǒng)的影響。新、舊聚結(jié)分離器處理合格的凝析油，利用凝析油泵打入海管與增壓后的天然氣一起外輸至東方終端，水相則進(jìn)入閉排罐;閉排罐油相通過(guò)閉排泵打入舊聚結(jié)，水相到開(kāi)排;開(kāi)排油相通過(guò)開(kāi)排泵打入閉排，水相排海。

2生產(chǎn)污水處理現(xiàn)狀

（1）生產(chǎn)污水量。目前東方1-1氣田群共有一座中心平臺(tái)，4個(gè)井口平臺(tái)，每個(gè)平臺(tái)的產(chǎn)液量情況粗略統(tǒng)計(jì)如下（其中F平臺(tái)產(chǎn)液量為流量計(jì)計(jì)量值，其余平臺(tái)由于流量計(jì)故障而采用估算法得出）：（2）各平臺(tái)產(chǎn)液性質(zhì)差異。由于各平臺(tái)開(kāi)采層位不同，所產(chǎn)出地層水的性質(zhì)也各有差異，乳化程度不一，混合之后處理難度很大，在兩個(gè)聚結(jié)分離器內(nèi)停留時(shí)間較短，油水分離效果不穩(wěn)定。（3）生產(chǎn)處理設(shè)備存在問(wèn)題。2013年初，氣田發(fā)現(xiàn)部分井嚴(yán)重除砂，對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生了極大的沖擊，生產(chǎn)污水處理能力也受到嚴(yán)重制約主要表現(xiàn)在：①捕集器及聚結(jié)分離器內(nèi)部積砂嚴(yán)重，只能通過(guò)每年一次的清罐進(jìn)行清理，占據(jù)了生產(chǎn)污水處理空間，降低了污水處理效率和能力;通過(guò)取樣可以看到，經(jīng)過(guò)聚結(jié)分離器處理后的油底部有少量積砂，處理后的水有8%-10%的油，為后續(xù)的閉排和開(kāi)排水處理增加了難度，開(kāi)排排海水中含油濃度較高;②目前氣田所使用的緩蝕劑與破乳劑的配伍性較差，而且F平臺(tái)產(chǎn)液中的乳化液含量很大（常時(shí)間靜置后乳化液仍不分解），導(dǎo)致污水處理難度進(jìn)一步提高;③對(duì)污水處理流程和設(shè)備參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步分析：1）經(jīng)舊聚結(jié)分離器處理的流程：捕B+捕E=80.82方（污水產(chǎn)量），超過(guò)舊聚結(jié)設(shè)計(jì)：71.8方（設(shè)計(jì)處理量），且經(jīng)過(guò)閉排罐處理后的油需要通過(guò)閉排泵泵入到舊聚結(jié)分離器中再處理，這樣就導(dǎo)致舊聚結(jié)的油含水超標(biāo)，閉排泵泵入污油增加處理難度;2）經(jīng)新聚結(jié)分離器處理的捕F含油63%，新聚結(jié)設(shè)計(jì)25%含油，捕F占到新聚結(jié)處理量的62%，進(jìn)入新聚結(jié)的流體綜合含油率：48.4%，超過(guò)新聚結(jié)的凝析油處理量。導(dǎo)致新聚結(jié)水含油超標(biāo)。閉排泵泵入污油增加處理難度;以上兩點(diǎn)均是在未考慮其他工況對(duì)聚結(jié)處理量造成影響的條件下的分析，得出結(jié)論認(rèn)為：新舊聚結(jié)設(shè)計(jì)參數(shù)不滿足現(xiàn)有工況的生產(chǎn)污水處理要求，使得凝析油含水&外排水含油超標(biāo)常態(tài)化。

3現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及工藝條件優(yōu)化

3.1 藥劑用量對(duì)生產(chǎn)污水絮凝效果影響

以處理后出水含油濃度為主要參考指標(biāo)，選氣田生產(chǎn)污水為研究對(duì)象，考察復(fù)合絮凝劑用量對(duì)生產(chǎn)污水處理效果的影響由結(jié)果分析可知，適量絮凝劑可以提供數(shù)量適量的正電荷去中和懸浮物表面的負(fù)電荷，當(dāng)懸浮物表面負(fù)電荷被中和后，會(huì)在重力沉降、布朗運(yùn)動(dòng)等因素所用下失穩(wěn)聚集，實(shí)現(xiàn)沉降分離;絮凝劑用量過(guò)低，電性中和不完全，用量過(guò)高，懸浮物表面的電性發(fā)生反轉(zhuǎn)，都會(huì)導(dǎo)致混凝效果不佳[4]。

3.2 生產(chǎn)污水pH對(duì)藥劑絮凝效果影響

氣田生產(chǎn)污水來(lái)自各平臺(tái)產(chǎn)液，其pH值存在差異，以及捕集器B與捕集器E排液的不連續(xù)性，造成后續(xù)生產(chǎn)污水pH具有一定波動(dòng)性。因此，以生產(chǎn)污水為研究對(duì)象，考察生產(chǎn)污水pH對(duì)復(fù)合絮凝劑處理效果的影響。復(fù)合絮凝劑投加濃度500mg/L，溫度25℃。適宜復(fù)合絮凝劑發(fā)揮絮凝效果的pH范圍是7～8。這是由于復(fù)合絮凝劑中的水溶性高分子在堿性環(huán)境中能夠水解產(chǎn)生陽(yáng)離子基團(tuán)，發(fā)揮藥劑的電性中和作用和吸附橋連作用，形成良好的沉降體系和密實(shí)絮體。

3.3 主輔藥劑投加間隔對(duì)絮凝效果影響

在復(fù)合絮凝劑投加500mg/L、生產(chǎn)污水pH 7～8條件下，測(cè)定生產(chǎn)污水絮凝沉降5min后中部水體的濁度，來(lái)考察主輔藥劑投加間隔對(duì)絮凝效果影響。

結(jié)果表明：當(dāng)主輔藥劑同時(shí)投加時(shí)，處理出水濁度8.2NTU;當(dāng)主輔藥劑間隔10s投加時(shí)，處理出水濁度8.1NTU;當(dāng)主輔藥劑間隔30s投加時(shí)，處理出水濁度7.8NTU?？梢?jiàn)，隨著主輔藥劑投加間隔延長(zhǎng)，絮凝效果有小幅提高，實(shí)驗(yàn)確定主輔藥劑投加間隔為10s即可。

3.4 水力攪拌對(duì)藥劑絮凝效果影響

在復(fù)合絮凝劑投加500mg/L條件下，考察有無(wú)水力射流混合對(duì)絮凝效果影響。結(jié)果表明：存在水力射流混合時(shí)，復(fù)合絮凝劑能夠迅速與生產(chǎn)污水充分混合，明顯加快藥劑絮凝沉降效果，縮短沉降時(shí)間，提高藥劑利用率。

3.5復(fù)合絮凝劑現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2017年8月—2017年9月，在氣田進(jìn)行復(fù)合絮凝劑的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。在加注點(diǎn)A1處投加pH穩(wěn)定劑1600mg/L，將生產(chǎn)污水pH調(diào)至7～8后，在加注點(diǎn)A2處投加900mg/L聚胺類(lèi)表面活性劑，在加注點(diǎn)A3處投加9mg/L水溶性高分子。連續(xù)監(jiān)測(cè)出水水質(zhì)。試驗(yàn)期間生產(chǎn)污水含油濃度存在波動(dòng)，其含油濃度均值約為1200mg/L，經(jīng)處理后，出水水質(zhì)單次最大含油濃度36mg/L，平均含油濃度只有29.3mg/L，完全符合氣田生產(chǎn)污水排海要求。同時(shí)，藥劑的除油效率基本保持在96%以上，對(duì)氣田生產(chǎn)污水處理具有較好的適應(yīng)性。

3.6主輔藥劑投加間隔對(duì)絮凝效果影響

在復(fù)合絮凝劑投加500mg/L、生產(chǎn)污水pH 7～8條件下，測(cè)定生產(chǎn)污水絮凝沉降5min后中部水體的濁度，來(lái)考察主輔藥劑投加間隔對(duì)絮凝效果影響。

結(jié)果表明：當(dāng)主輔藥劑同時(shí)投加時(shí)，處理出水濁度8.2NTU;當(dāng)主輔藥劑間隔10s投加時(shí)，處理出水濁度8.1NTU;當(dāng)主輔藥劑間隔30s投加時(shí)，處理出水濁度7.8NTU。可見(jiàn)，隨著主輔藥劑投加間隔延長(zhǎng)，絮凝效果有小幅提高，實(shí)驗(yàn)確定主輔藥劑投加間隔為10s即可。

3.7聚結(jié)分離器入口加裝旋流除砂裝置

聚結(jié)分離器入口加裝旋流除砂裝置，使得進(jìn)入聚結(jié)分離器的生產(chǎn)水乳化程度明顯降低，新、舊聚結(jié)分離器的油水處理效果得到了明顯改善，降低了外輸凝析油的水露點(diǎn)，同時(shí)也降低了排海生產(chǎn)污水的含油濃度;聚結(jié)分離器入口旋流除砂裝置可以極大程度的減少進(jìn)入聚結(jié)分離器的砂量，使得聚結(jié)分離器凝析油泵柱塞密封系統(tǒng)不再受到砂粒的磨損，改造前每個(gè)月都要進(jìn)行凝析油泵拆檢維修并更換柱塞密封填料，改造后年度可節(jié)省材料人員費(fèi)用36萬(wàn);聚結(jié)分離器入口旋流除砂裝置的投用，使新、舊聚結(jié)分離器的開(kāi)罐清洗作業(yè)周期變長(zhǎng)，減少了開(kāi)罐清洗的人力、物資等消耗。

3.8對(duì)污水處理流程和設(shè)備參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步分析

1）經(jīng)舊聚結(jié)分離器處理的流程：捕B+捕E=80.82方（污水產(chǎn)量），超過(guò)舊聚結(jié)設(shè)計(jì)：71.8方（設(shè)計(jì)處理量），且經(jīng)過(guò)閉排罐處理后的油需要通過(guò)閉排泵泵入到舊聚結(jié)分離器中再處理，這樣就導(dǎo)致舊聚結(jié)的油含水超標(biāo)，閉排泵泵入污油增加處理難度;2）經(jīng)新聚結(jié)分離器處理的捕F含油63%，新聚結(jié)設(shè)計(jì)25%含油，捕F占到新聚結(jié)處理量的62%，進(jìn)入新聚結(jié)的流體綜合含油率：48.4%，超過(guò)新聚結(jié)的凝析油處理量。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，超深高溫高壓氣井機(jī)械分層壓裂-投產(chǎn)完井一體化管柱的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用形成了一套較為成熟的技術(shù)體系，較好地解決了庫(kù)車(chē)山前地區(qū)超深高溫高壓氣井層間矛盾突出，層間物性差異較大，層間跨距變化大，單層逐層改造成本高等問(wèn)題，為后續(xù)該區(qū)塊整體開(kāi)發(fā)探索出了有效的技術(shù)途徑。該工藝對(duì)多層改造效果好，可以最大程度提高儲(chǔ)層動(dòng)用率，作業(yè)成本較常規(guī)壓裂低30%左右。該工藝可以準(zhǔn)確地定位造縫位置，進(jìn)行精準(zhǔn)壓裂改造，不會(huì)在井筒其他位置產(chǎn)生裂縫，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]GB 4914—2008海洋石油勘探開(kāi)發(fā)污染物排放濃度限值[S].

[2]蘇保衛(wèi)，王懌，高學(xué)理，等.海上采油水處理技術(shù)的研究進(jìn)展[J].中國(guó)給水排水，2009，25（24）：23-27

[3]許航，陳衛(wèi)，袁哲，等.超濾膜與不同處理工藝組合處理湖泊水的中試研究[J].土木建筑與環(huán)境工程，2010，32（3）：149-154

[4]佟瑞利，趙娜娜，劉成蹊，等.無(wú)機(jī)、有機(jī)高分子絮凝劑絮凝機(jī)理及進(jìn)展[J].河北化工，2007，30（3）：3-6