南堡油田一號島水處理安全運行系統(tǒng)優(yōu)化

范志勇，姚江龍

冀東油田公司南堡油田作業(yè)區(qū)，河北唐山 063200

南堡油田一號島水處理站投產(chǎn)于2008年，設計規(guī)模9 600 m3/d，現(xiàn)處理量8 000 m3/d；主要將采出水處理達到B1級標準后，供1、2、3號人工島以及陸岸進行注水和海管摻水使用。2018年水處理站水處理合格率僅為90.3%，低于目標合格率95%，主要表現(xiàn)為懸浮固體含量和粒徑中值超標。為了提高處理水質(zhì)，提高了破乳劑、反相破乳劑、絮凝劑、助凝劑等藥劑濃度，增加了水處理系統(tǒng)接收水罐、浮選機、過濾罐的清淤及清罐頻次，但效果不明顯，因此，研究新方法、尋求新技術(shù)以提高脫水和水處理效果并減輕成本支出已變得刻不容緩。

1 一號島水處理站工藝流程

一號島水處理站工藝流程見圖1。

圖1 水處理系統(tǒng)工藝流程

一號島水處理系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的沉降浮選過濾工藝。三相分離器脫出水經(jīng)管道進入2座5 000 m3接收水罐進行緩沖、沉降、除油；接著，進入2臺并聯(lián)使用的高效溶氣浮選機，進行二級除油和進一步的懸浮物去除；浮選機出水依靠重力流入緩沖水池，再經(jīng)過提升泵增壓后進入一級雙濾料過濾裝置；一級過濾后的出水直接進入二級懸掛纖維束過濾裝置，再進入三級雙濾料過濾裝置處理，達到B1級水質(zhì)標準。

此工藝流程投產(chǎn)初期運行良好，但近兩年處理水質(zhì)達標率較差，對近兩年的水處理系統(tǒng)出水水質(zhì)進行分析，外輸水出口懸浮物波動較大，系統(tǒng)運行穩(wěn)定比較脆弱，對水處理系統(tǒng)出水水質(zhì)問題進行分析，主要原因有兩個方面。

（1）來液含雜質(zhì)較多，對三相分離器出水水質(zhì)變差的影響較大。2019年7、8月份和2020年6、7月份，3#三相分離器的來液輸油管道正處于通球期，三相分離器內(nèi)進入較多的蠟質(zhì)、管壁油泥，導致三相分離器出水水質(zhì)特別差；另外，過濾裝置反洗水因機泵故障，無法徹底沉淀，攜帶大量懸浮物的反洗水再次進入接收水罐，最終導致接收水罐出水紊亂[1]，出水水質(zhì)較差。其間，有兩個階段過濾水質(zhì)好轉(zhuǎn)，外輸水質(zhì)較好，經(jīng)過分析主要是此時接收水罐、凈化水罐剛進行了清罐作業(yè)，水罐內(nèi)懸浮物和污泥較少。

（2）二級纖維束過濾罐和一、三級雙濾料過濾罐濾料[2]受污染后，反洗效果差。懸浮物不斷在過濾罐內(nèi)聚集，隨著運行時間的延長，出水效果更差。

因此要改善水處理系統(tǒng)水質(zhì)，控制三相分離器出水水質(zhì)以及提高過濾裝置過濾效果是關(guān)鍵。

2 水處理系統(tǒng)優(yōu)化方案研究

2.1 新型破乳劑篩選

2.1.1 新型破乳劑篩選試驗

三相分離器主要依靠添加破乳劑進行脫水，破乳劑的添加量對水出口的懸浮物含量、含油量均有較大影響。在用破乳劑受來液組分中聚合物含量的變化影響較大，三相分離器出水水質(zhì)達不到接收水罐進水要求，并且需要較高的脫水溫度，綜合成本較高。本次破乳劑的選型[3]委托專業(yè)化工公司開展，試驗方法參照標準SY/T 5280—2018《原油破乳劑通用技術(shù)條件》。

本次試驗首先選定二號島來液進行測試。二號島來液在1#三相分離器進行處理。二號島來液（約2 100 m3/d、溫度38℃） 先進入1#三相分離器分離出1 800 m3水，其余約300 m3（含水15%左右）原油進入4#、5#三相分離器進行二次脫水?？紤]到冬季來液溫度較低，取來液的上層原油60 mL作為試樣，試樣中加入40 mg/L藥劑，在35℃水浴下進行脫水實驗，油樣脫水效果如圖2所示，實驗結(jié)果見表1。

圖2 油樣脫水效果

表1 油樣脫水實驗結(jié)果

從表1及圖2可以看出：在35℃下，8號、10號、25號、JL-64試驗藥劑在5 min內(nèi)脫水速度相對較快，其中10號藥劑最終脫水量最大。

采用同樣方法，分別對2#、3#三相分離器的來液進行脫水試驗，最終，經(jīng)過綜合評定，對于1#、2#、3#三相分離器來液，8號藥劑在溫度35℃的條件下，5 min脫水速度較快，60 min綜合脫水量最多，分離出的水色度較為透明，懸浮物含量低于120 mg/L，含油量低于100 mg/L，并且加藥濃度最低。因此，選定8號藥劑應用于一號島三相分離器脫水系統(tǒng)。

2.1.2 新型破乳劑應用情況

經(jīng)過破乳劑篩選以后，選用新型8號破乳劑，1#三相分離器加藥濃度從29 mg/L增加到40 mg/L，加藥量增加至20 kg/d；2#三相分離器加藥濃度從52.3 mg/L降低到40 mg/L，加藥量減少至25 kg/d；3#三相分離器加藥濃度從7 mg/L增加到15 mg/L，加藥量增加至60 kg/d。同時停用先導試驗站脫水加熱爐以及采油五區(qū)脫水加熱爐，以節(jié)約運行成本。其中停運采油五區(qū)外輸加熱爐、先導試驗站加熱爐后，3#三相分離器的運行溫度由50℃降至43℃左右，三相分離器水出口懸浮物含量及含油量指標并未受到較大影響，仍然在要求范圍之內(nèi)。

新型破乳劑應用以后，雖然破乳劑加藥費用從180萬元增加至210萬元，但同時，采油一區(qū)自用氣量從2019年的220.1×104m3下降到2020年的77.9×104m3，減少了142.2×104m3，新型破乳劑試驗測試取得較好的預期效果。

2.2 小型橇裝水處理裝置測試[4]

一號島水處理系統(tǒng)已運行12年，設備老化，維護成本越來越高，浮選機及過濾裝置維修、清洗濾料、更換濾料等成本達到了80萬元，且2018年水質(zhì)達標率不滿足要求。結(jié)合一號島水處理系統(tǒng)設備設施以及運行現(xiàn)狀，需要選取一種較為先進的水處理工藝。經(jīng)過調(diào)研與考察，選取一小型橇裝水處理裝置進行試驗，驗證其是否符合一號島含油污水的處理要求，見圖3。

圖3 小型橇裝水處理裝置試驗現(xiàn)場

2.2.1 工作原理

該試驗裝置處理量為100 m3/d，融合了向心氣浮除油技術(shù)、微渦旋除污降濁技術(shù)、過濾凈化技術(shù)、溶氣增氧殺菌技術(shù)、濾料體內(nèi)渦流沖洗體外循環(huán)再生技術(shù)，工作原理是：在進液管上溶氣，溶氣液體在裝置的向心氣浮除油構(gòu)件中進行渦流旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的離心力將油氣向內(nèi)圓運移，在此步驟中將分散油和輕質(zhì)有機物去除；分離出的液體進微渦旋迷宮，在此步驟中主要是將細小顆粒聚結(jié)成大顆粒，細小油珠聚結(jié)成大油珠；聚結(jié)后的液體進顆粒濾料進行過濾，通過核桃殼的親油性將顆粒和油珠吸附攔截，從而達到過濾懸浮物和油的目的。

2.2.2 試驗過程及結(jié)論

通過一號島化驗室和第三方化驗中心對試驗裝置處理水樣進行了連續(xù)化驗和抽樣檢驗跟蹤。通過數(shù)據(jù)比對，在來水懸浮物平均含量為36 mg/L的情況下，出水懸浮物含量平均為0.46 mg/L，懸浮物的平均去除率達96.78%；來水含油量13.5 mg/L，裝置出水含油平均含量為1.1 mg/L，并且出水水質(zhì)穩(wěn)定，過濾的效果明顯優(yōu)于目前一號島水處理系統(tǒng)工藝。

2.2.3 一體化水處理裝置應用

在可行性試驗的基礎(chǔ)上，通過進一步考察調(diào)研，最終選定在一號島建設一體化水處理裝置。裝置主要由16臺一體化處理罐構(gòu)成，設備自帶提升泵、料泵、反洗泵、加料池及控制系統(tǒng)，占地面積576 m2，日處理能力 10 000 m3。

一體化水處理技術(shù)在試驗裝置的基礎(chǔ)上增加了濾料體外搓洗再生、機泵充裝濾料等技術(shù)，將原來的“氣浮選-緩沖水池-三級過濾”工藝優(yōu)化為一體化水處理新工藝，過濾采用2級，分別設置8個一體化裝置，濾層選擇核桃殼濾料[5]，投產(chǎn)后日處理能力8 000 m3，見圖4。

圖4 一體化水處理裝置現(xiàn)場

一體化水處理裝置投用以后，原浮選機、三級過濾工藝停用。在運行過程中多次進行取樣化驗，一體化水處理裝置進、出口水質(zhì)見表2。

表2 一號島一體化水處理裝置進出口水質(zhì)

從表2可以看出，該裝置投用以后，裝置出口懸浮物固體含量、粒徑中值以及含油量三項指標，達標率達到了100%。同時，該一體化水處理裝置采用了橇裝模塊設計多功能一體化油田采出水處理裝置，便于制造安裝和快速建產(chǎn)，設備自動化控制程度高，可實現(xiàn)自動反沖洗和排污。解決了一號島水處理系統(tǒng)存在的外輸水懸浮物超標、粒徑中值超標等問題，降低了運行成本，同時提高了自動化水平，降低了工人勞動量，在一號島水處理系統(tǒng)應用中取得了預期效果。

3 結(jié)束語

通過對破乳劑進行重新篩選以及對原有水處理工藝的改造，一號島水處理系統(tǒng)的出水水質(zhì)均達到了B1級水質(zhì)的要求。通過篩選低溫破乳劑，不僅有利于三相分離器水出口的出水水質(zhì)，而且可以大幅降低自用氣消耗量。采油一體化水處理裝置新工藝降低了員工加藥、反洗的勞動強度，提高了水質(zhì)達標率，值得進一步深入推廣。