國產(chǎn)緊湊型氣浮裝置在南海東部海域油田的應(yīng)用

蔣孟生，胡孝峰

（中海石油 （中國）有限公司 深圳分公司，廣東 深圳 518000）

過去的數(shù)十年，常規(guī)技術(shù)如重力沉降、混凝除油及粗?；恢笔呛Ｉ嫌吞锼幚淼闹饕胧?，期間體積小巧的水力旋流器獲得了較大成功，成為眾多新油田基本選型設(shè)備［1-3］。緊湊的處理設(shè)備一直是海上平臺的選型目標(biāo)，對于產(chǎn)液量和綜合含水率不斷增高的老油田，還要求靈活的調(diào)整能力。但常規(guī)處理技術(shù)始終難以去除污水中被油類包裹的小顆粒以及粒徑小于15μm的反乳化油滴，為此，緊湊型氣浮裝置（CFU）的研究和試驗得到快速發(fā)展［4］。2008年，康菲公司在南海首次引進挪威M-I SWACO公司生產(chǎn)的EPCON CFU，成功應(yīng)對了油田逐年增長的生產(chǎn)水量［5］。此后，南海東部多個主力油田選用了同類裝置。國內(nèi)廠家和高校也在積極研制氣浮裝置并付諸實踐，深圳巨濤、深圳科力邇、寧波威瑞泰默賽等公司的產(chǎn)品都在海上油田進行了應(yīng)用或試驗［6-8］。

為了解國產(chǎn)CFU在國內(nèi)海上油田的適用性和差異性，筆者調(diào)研了南海東部海域12個安裝了主流氣浮裝置的設(shè)施。南海東部處于三級海域，油田生產(chǎn)水可以在處理達標(biāo)后排海。這些氣浮裝置均為近10 a投用，且都被設(shè)計成立式緊湊型，采用兩級或三級除油工藝處理來自油井的生產(chǎn)水，具有通用性和可比性。

1 CFU使用工藝流程

1.1 CFU作為二級處理裝置并聯(lián)使用

CFU作為二級處理裝置并聯(lián)使用的工藝流程為，生產(chǎn)井液先通過分離器進行一級處理，分離出來的生產(chǎn)水一部分經(jīng)過1套或多套CFU形成一級或多級處理，可實現(xiàn)串聯(lián)和并聯(lián)工況。另一部分生產(chǎn)水則通過撇油罐、氣浮罐、旋流器處理達標(biāo)。處理合格的生產(chǎn)水匯總后排海。此類工藝具有較強的流程調(diào)整能力，西江、番禺等油田使用了該工藝，流程示意見圖1和圖2。

圖1 西江30-2油田中CFU作為二級處理裝置并聯(lián)使用的水處理工藝流程示圖

圖2 番禺5-1A油田中CFU作為二級處理裝置并聯(lián)使用的水處理工藝流程示圖

1.2 CFU作為三級處理裝置串聯(lián)使用

CFU作為三級處理裝置串聯(lián)使用的工藝流程為，生產(chǎn)水經(jīng)分離器一級處理后進入水力旋流器進行二級處理，再通過CFU進行三級處理，最終排海。此類工藝流程受限于分離器的壓力和總產(chǎn)液量，工藝調(diào)整能力較差。恩平23-1/24-2、番禺5-1B/4-2B、惠州 25-8、西江 24-3B等油田使用了此流程，見圖3。

圖3 CFU作為三級處理裝置串聯(lián)使用的水處理工藝流程示圖

1.3 CFU作為二級處理裝置單獨使用

CFU作為二級處理裝置單獨使用的工藝流程為，生產(chǎn)水先進入分離器或生產(chǎn)水艙，經(jīng)沉降后再通過泵經(jīng)過并聯(lián)或串聯(lián)的CFU進行處理，處理后的生產(chǎn)水一部分排海，另一部分則回流至水處理系統(tǒng)。此類工藝流程特別適合產(chǎn)水量較小、顆粒物少的平臺或油輪。恩平油田油輪（FPSO）中CFU作為二級處理裝置單獨使用的水處理工藝流程示意見圖4。

圖4 恩平油田FPSO中CFU作為二級處理裝置單獨使用工藝流程示圖

2 CFU應(yīng)用情況

2.1 效能對比

南海東部海域油田各平臺或油輪CFU處理情況見表1。表1中所列出的這些CFU均使用了國內(nèi)外主流廠家的產(chǎn)品，其中有7套為國產(chǎn)。CFU處理的油品均為中質(zhì)或輕質(zhì)原油，油井綜合含水率54%～97%，平臺產(chǎn)液溫度69～96℃，原油黏度6～15 mPa·s，流動性普遍較好。

表1 南海東部海域油田平臺或油輪CFU處理情況

從表1可以看出，單臺CFU的設(shè)計處理能力在300～540 m3/h，實際處理水量 133～490 m3/h，差別不明顯。所選CFU的除油效率在15.6%～88.6%，除11#平臺的CFU除油效率較低外，國產(chǎn)設(shè)備除油效率基本超過了50%。但除油效率超過75%的CFU皆為進口廠家生產(chǎn)，說明國產(chǎn)CFU應(yīng)用效果與國外產(chǎn)品還存在一定差距。

2.2 處理能力主要影響因素

2.2.1化學(xué)藥劑

CFU的處理效果不是單一因素決定的，與油水性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和化學(xué)藥劑選型、操作維修方式及溶氣方式均有關(guān)，其中化學(xué)藥劑的選型十分關(guān)鍵?，F(xiàn)場試驗表明，在不投加清水劑時，有的CFU處理效率會至少降低50%。同時，發(fā)泡工藝控制好、增加旋流功能的國產(chǎn)CFU的攜油效果明顯更強。南海東部海域油田平臺或油輪CFU水處理藥劑使用情況見表2。

表2 南海東部海域油田平臺或油輪CFU水處理藥劑使用情況

從表2可以看出，國產(chǎn)和進口CFU對藥劑均有很強的依賴性，6#～12#平臺使用了國產(chǎn) CFU，處理期間均需加注多種藥劑，加注前后除油效率可提高約40%。而1#～5#平臺使用了4種國外CFU，僅在流程中加注清水劑水質(zhì)即滿足要求。

2.2.2 氮氣消耗量

氮氣注入效果是影響CFU處理效果的關(guān)鍵因素［9］。國內(nèi)外CFU氮氣消耗量基本大于10 m3/h，而實際消耗量高于設(shè)計消耗量。這主要是在氣浮裝置內(nèi)不能較好地形成微小氣泡，導(dǎo)致處理能力下降，而根據(jù)處理要求需被迫提高氮氣注入量。

2.3 使用適應(yīng)性問題

2.3.1 部件堵塞

所有南海東部海域油田使用的CFU均出現(xiàn)過部件堵塞情況，集中發(fā)生在射流器、循環(huán)泵及出口控制閥，表現(xiàn)為氮氣氣量不足、旋流效果差、閥門管線不通和回流管路充滿氣體等。堵塞點普遍位于管線、孔眼偏小以及過濾器等位置，堵塞物表現(xiàn)形式為結(jié)垢、結(jié)塊以及內(nèi)部本身涂層脫落堆積。對于此類堵塞問題，可采用加大設(shè)備內(nèi)徑尺寸，增加通過性來減少垢物聚集，如番禺5-1A油田更換了較大孔眼控制閥芯后，解決了出口控制閥處長期結(jié)垢的問題［10］。此外，工藝流程的系統(tǒng)壓力逐級降低促進了垢物的生成。因此，需改變工藝現(xiàn)狀，提升注氣效率。對涂層脫落現(xiàn)象，可改進涂層工藝，加裝或更換為抗腐蝕的管線材質(zhì)。

2.3.2 腐蝕

南海東部海域油田使用的CFU的腐蝕現(xiàn)象比較普遍，局部管材腐蝕較為嚴(yán)重。腐蝕主要發(fā)生在射流器、混合腔下底部、不銹鋼材質(zhì)集油槽上部、CFU生產(chǎn)水入口管線、循環(huán)泵出口管線、循環(huán)泵冷卻器、CFU出口管線及罐體連接處等，幾乎包括CFU全部部件。近3 a南海東部海域CFU發(fā)生的腐蝕部位及次數(shù)統(tǒng)計見圖5。

圖5 近3 a南海東部海域油田CFU腐蝕部位及次數(shù)統(tǒng)計

CFU本身處于易腐蝕環(huán)境，對南海東部海域CFU腐蝕成因的研究發(fā)現(xiàn)，腐蝕主因是Cl-、HCO3-、氣泡中的O2、水中H2S和含氣泡水體的沖刷腐蝕，同時還有來自泥砂雜質(zhì)和垢下的細菌腐蝕［4］。CFU進、出口管線彎頭的嚴(yán)重腐蝕穿孔主要是空泡腐蝕所致。腐蝕初期管線內(nèi)表面因多種電化學(xué)腐蝕、沖刷腐蝕等形成局部腐蝕穿孔，氣泡開始泄漏。隨著大量氣泡在泄漏處的外表面破裂，對外表面形成強烈的空泡腐蝕［11］，使穿孔擴大。

2.3.3 溶氣和氮氣注入量下降

南海東部海域油田中超過一半的CFU出現(xiàn)了氮氣注入量下降、管線和噴嘴堵塞等故障。主要原因為管線和噴嘴尺寸設(shè)計偏小，以及化學(xué)藥劑、油泥等影響引起的堵塞。針對這類情況，可增大噴嘴孔徑，或?qū)娮旖Y(jié)構(gòu)進行改進，將氮氣噴嘴管線沖洗改為在線沖洗［12］。番禺油田對氮氣噴嘴孔徑擴大改造后，堵塞得到了緩解。

3 改進建議

南海東部海域油田所用CFU的處理能力受到一些因素的制約，其中化學(xué)藥劑選型、注入控制、溶氣方式起決定性作用。而管線和部件的堵塞往往引起CFU除油效率進一步下降。此外，介質(zhì)和沖刷造成的腐蝕現(xiàn)象普遍存在，特別是空泡腐蝕造成進、出口管線彎頭穿孔嚴(yán)重。為此，筆者提出以下改進建議。

（1）海上平臺空間狹小，CFU運行期間要注入大量氮氣，需增設(shè)氮氣發(fā)生器，其總占地面積和能耗削弱了CFU的優(yōu)勢，屬于高能耗產(chǎn)品。未來的CFU宜保持緊湊性，探索利用生產(chǎn)伴生氣或尾氣替代氮氣，同時將CFU設(shè)置成兩級或多級降壓分布，以充分利用注入氣并提升處理效率，但要考慮多級分布后造成的泥垢沉積問題［13］。

（2）CFU處于腐蝕環(huán)境，應(yīng)充分考慮材質(zhì)選用和防腐工程，優(yōu)選耐腐蝕材料，改進內(nèi)涂層工藝（如采用納米陶瓷工藝或乙烯基玻璃鱗片）［14-15］。定期的檢測和緩釋藥劑篩選可有效減少腐蝕損失。

（3）在選用CFU進行水處理時，應(yīng)注重全系統(tǒng)設(shè)備的選型和化學(xué)藥劑的篩選，盡量避免CFU單獨作為一級水處理裝置使用。設(shè)備的不穩(wěn)定性可能造成外排水含油超標(biāo)，可將CFU、水力旋流器及溶氣撇油罐等串（并）聯(lián)使用，以提高冗余能力。

（4）在鹽和泥砂含量較高的油田，應(yīng)盡量避免全壓式工藝設(shè)計，宜采用先降壓后增壓工藝，避免結(jié)垢、沉積發(fā)生在旋流器和CFU里，以有效防止部件堵塞。

4 結(jié)語

國產(chǎn)CFU是一種成熟的水處理裝備，完全滿足南海東部海域油田外排水處理要求，整體除油效率超過50%。從實際應(yīng)用看，國產(chǎn)CFU的除油效率及整體性能略低于國外同類設(shè)備，在設(shè)計和制造方面與國外產(chǎn)品存在一定差距。CFU使用中普遍存在堵塞、腐蝕及高能耗等問題，是今后設(shè)計優(yōu)化的出發(fā)點。