溶氣泵在海上油田污水處理中的應(yīng)用

馬書(shū)楠

[中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 300451]

某油田加氣浮選器要求水相出口含油為30×10-6，伴隨著處理水量變大，水相出口含油為80×10-6，導(dǎo)致回注水水質(zhì)變差，嚴(yán)重影響了注水系統(tǒng)。注水水中含油是注水水質(zhì)的重要指標(biāo)，含油的高低直接影響整個(gè)油田注水效果，對(duì)驅(qū)油效果、地層保護(hù)、地層能量補(bǔ)充等多個(gè)方面有決定性作用，會(huì)導(dǎo)致地層注入壓力變高，注水井的注入量降低，進(jìn)而會(huì)影響油井的產(chǎn)量。

如何解決加氣浮選器處理效果，是目前油田注水生產(chǎn)面臨的難題。本文就該油田加氣浮選器進(jìn)行分析研究，找出水相水質(zhì)變差原因，并通過(guò)論證，制定了改造方案，成功解決了這一問(wèn)題。

1 流程現(xiàn)狀介紹

1.1 加氣浮選器介紹

氣體浮選系統(tǒng)主要由氣體浮選罐、氣浮循環(huán)泵、文丘立管、液位控制閥構(gòu)成。從上游斜板出油裝置處理后的生產(chǎn)水，加入浮選劑等化學(xué)藥劑后進(jìn)入氣體浮選裝置進(jìn)行處理，將粒徑非常小的油滴和固體顆粒懸浮物從生產(chǎn)水中分離出來(lái)。

1.2 某油田注水系統(tǒng)現(xiàn)狀

平臺(tái)污水系統(tǒng)主要接收原油系統(tǒng)各級(jí)分離器分離出來(lái)的生產(chǎn)水，通過(guò)斜板除油器、加氣浮選器、雙介質(zhì)濾器處理合格后進(jìn)入注水緩沖罐。平臺(tái)共有四口水源井，通過(guò)旋流除砂器、注水細(xì)濾器處理后，進(jìn)入注水緩沖罐。注水緩沖罐的水主要用于中心平臺(tái)以及油田小平臺(tái)注水井注水。

由于加氣浮選器水相出口含油較高，從而導(dǎo)致回注水達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)注水水質(zhì)要求，從而導(dǎo)致下游用戶水質(zhì)較差。

2 加氣浮選器水相含油較高原因分析

為了解決加氣浮選器水相含油較高的問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)所有導(dǎo)致加氣浮選器水質(zhì)變差原因進(jìn)行排查分析，找出油田加氣浮選器水相出口含油不合格的原因，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)整改措施實(shí)現(xiàn)加氣浮選器水相出口含油合格，達(dá)到處理水質(zhì)合格的目標(biāo)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)分析，得出四條可能導(dǎo)致處理效果不佳的原因。

1）CEP 生產(chǎn)分離器、斜板處理器等上游設(shè)備處理效果不佳，導(dǎo)致氣浮的入口含油較高，超過(guò)氣浮的設(shè)計(jì)要求，從而導(dǎo)致氣浮A 的出口水相含油較高。

2）CEP 加氣浮選器的文丘里管射流產(chǎn)生的氣泡不明顯，導(dǎo)致氣浮的處理效果變差，水相出口含油變高。

3）下藥藥劑濃度未處于最優(yōu)濃度。目前CEP 浮選劑下藥濃度20×10-6、清水劑下藥濃度為30×10-6，下藥濃度可能會(huì)對(duì)氣浮A 出口水相含油產(chǎn)生影響。

適當(dāng)提早播種。山地油菜應(yīng)在9月中、下旬播完，爭(zhēng)取冬前長(zhǎng)出較大的營(yíng)養(yǎng)體，使其扎根深、早封行，從而提高抗旱能力。

4）流程調(diào)控人員操作維護(hù)不當(dāng)。流程操作人員沒(méi)有定期對(duì)分離器排沙、氣浮收油、排底部懸浮物等可能導(dǎo)致注水水質(zhì)不合格。

2.1 上游設(shè)備處理效果不佳

對(duì)上游斜板的進(jìn)出口進(jìn)行取樣，通過(guò)對(duì)表的化驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以得出，目前氣浮入口的處理量滿足設(shè)計(jì)要求，因此，不存在上游設(shè)備處理不佳導(dǎo)致氣浮出口水中含油不滿足要求，如表1所示。

表1 斜板除油器入口出口化驗(yàn)

2.2 下藥藥劑濃度未處于最優(yōu)濃度

平臺(tái)目前使用的浮選劑型號(hào)為BHFX-05，下藥濃度20×10-6。通過(guò)調(diào)整下藥濃度，測(cè)出不同下藥濃度氣浮出口水相含油濃度，如表2所示。

表2 不同下藥濃度下氣浮出口化驗(yàn)含油

通過(guò)浮選劑不同下藥濃度關(guān)系表可以看出，浮選劑下藥濃度20×10-6時(shí)，氣浮水相出口含油濃度處于最低值，此因素基本可以排除。

2.3 日常未進(jìn)行排沙與氣浮收油

油田操作人員上崗前均會(huì)對(duì)設(shè)備流程進(jìn)行系統(tǒng)培訓(xùn)學(xué)習(xí)，且每日嚴(yán)格遵照平臺(tái)作業(yè)規(guī)定進(jìn)行排砂作業(yè)和收油作業(yè)，并具有詳細(xì)作業(yè)記錄，所以基本排除了人為操作不當(dāng)原因。

2.4 加氣浮選器的文丘里管射流效果不佳

CEP 平臺(tái)氣浮內(nèi)部的結(jié)構(gòu)不合理，加氣浮選器進(jìn)水區(qū)、接觸區(qū)、分離區(qū)、清水室等腔室，存在問(wèn)題導(dǎo)致氣浮出口含油過(guò)高；加氣浮選器基本原理是向污水中通入或在污水中產(chǎn)生微細(xì)氣泡，使污水中的乳化油或細(xì)小的固體顆粒附在氣泡上，隨氣泡一起上浮到水面，達(dá)到油水分離的目的。溶氣效果不好從而導(dǎo)致氣浮水相出口含油過(guò)高。

3 流程改造

3.1 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，對(duì)比文丘里與多相流溶氣裝置溶氣效果

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的文丘里管、多項(xiàng)流溶氣裝置對(duì)比：氣浮加氣系統(tǒng)采用噴射誘導(dǎo)（文丘里）方式釋氣、浮選，產(chǎn)生氣泡粒徑較大（＞100μm），無(wú)法充分在水中彌散，對(duì)污染物絮體捕捉效果差。多相流溶氣裝置使清水室回流水和氮?dú)獗欢嘞嗔鞅靡黄鹞氡们粌?nèi)，氣泡在較高的壓力和葉輪的切割下快速變小溶解到水中，在溶氣罐中，將壓力快速降低到常壓狀態(tài)，水中溶解的氣體以微氣泡的方式釋放出來(lái)，能夠形成大量粒徑在20μm 以下的氣泡，彌散效果好對(duì)水中的油和懸浮物具有較高的去除效果，將加氣浮選器的釋氣方式由原先的噴射誘導(dǎo)方式改為多相流溶氣釋放方式。將原有濾器和循環(huán)泵拆除，重新安裝EDUR 多相流溶氣泵2臺(tái)，設(shè)置溶氣罐，用于儲(chǔ)存和緩沖氮?dú)?，藥劑管線變更與溶氣系統(tǒng)出水混合進(jìn)入氣浮，增加氣泡浮選能力，如圖1所示。

圖1 多相流溶氣裝置

3.2 采辦物料，進(jìn)行改造

噴射誘導(dǎo)方式釋氣方式改為多相流溶氣釋放方式。重新安裝溶氣泵，實(shí)現(xiàn)一用一備，溶氣泵采用多相流溶氣泵2臺(tái)（可以根據(jù)水質(zhì)選擇1臺(tái)或2臺(tái)運(yùn)行），型號(hào)LBU603E162L；單臺(tái)參數(shù)p=7.5bar，Qr=45m3/h，單泵供氣量（按照氮?dú)庥?jì)）Qq=4.5Nm3（標(biāo)）/h，設(shè)置儲(chǔ)氣罐，用于儲(chǔ)存和緩沖氮?dú)?。將原有濾器和溶氣泵拆除，增加雙聯(lián)濾器，每臺(tái)溶氣泵均可實(shí)現(xiàn)泵前兩臺(tái)濾器交替使用，增加藥劑管線變更與氮?dú)獍l(fā)生裝置混合進(jìn)入氣浮，增加氣泡浮選能力。

4 效果檢驗(yàn)

項(xiàng)目施工完成后，對(duì)流程工況進(jìn)行持續(xù)的跟蹤，為保證加氣浮選器A 達(dá)到設(shè)計(jì)處理效果，后期穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試。此次調(diào)試通過(guò)確定最佳溶氣量，連續(xù)監(jiān)測(cè)加氣浮選器A 水相出口含油變化，達(dá)到最優(yōu)處理工況。

4.1 設(shè)備調(diào)試

根據(jù)氣浮原理，氣浮內(nèi)部釋放的氣泡越小越多。越有利于去除污油和懸浮物，而影響氣泡釋放效果的因素主要有截流閥前后壓差和溶解氮?dú)饬俊飧毫静蛔?，截流閥前后壓差主要取決于溶氣泵出口壓力，壓力越高，截流閥前后壓差越高，越利于氣泡釋放。溶解氮?dú)饬咳Q于氮?dú)庠谒械娜芙舛纫约盎亓魉浚绊懙獨(dú)馊芙舛鹊囊蛩刂饕腔亓魉疁囟群腿軞獗贸隹趬毫?，其中回流水溫度大約為65℃，基本不變，因此氮?dú)馊芙舛戎饕Q于溶氣泵出口壓力，出口壓力越高，泵腔內(nèi)部壓力越高，氮?dú)馊芙舛仍酱蟆８鶕?jù)溶氣泵的特性，回流水量與泵出口壓力呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，泵出口壓力越高，回流水量越低，進(jìn)而導(dǎo)致氮?dú)馊芙饬恳苍降汀?/p>

綜合以上分析，溶氣泵出口壓力是影響氣泡釋放效果的主要因素，但并沒(méi)有呈現(xiàn)出單向的相關(guān)性，因此需要通過(guò)設(shè)備調(diào)試得到最佳的溶氣泵出口壓力，進(jìn)而獲得最佳的氣泡釋放效果。

設(shè)備調(diào)試分兩步進(jìn)行，第一步是確定不同溶氣泵出口壓力下氮?dú)庾畲笕芙饬?；第二步是在氮?dú)庾畲笕芙饬康墓r下，確定氣浮出口含油率最低時(shí)的溶氣泵出口壓力。

4.2 確定氮?dú)庾畲笕芙饬?/h3>

溶氣泵揚(yáng)程70m，可將工作壓力設(shè)定在400～700kPa，通過(guò)泵出口截流閥調(diào)整泵出口壓力，在泵出口壓力穩(wěn)定后，不斷增大泵入口氮?dú)膺M(jìn)氣量，當(dāng)溶氣泵瀕臨氣蝕工況時(shí)，對(duì)應(yīng)的氮?dú)饬考礊樵搲毫ο碌牡獨(dú)庾畲笕芙饬?。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，溶氣泵在不同壓力下對(duì)應(yīng)的氮?dú)庾畲笕芙饬咳绫?所示。

表3 不同泵出口壓力氮?dú)庾畲笕芙饬?/p>

4.3 確定最佳溶氣泵出口壓力

保持氣浮處理水量以及氣浮入口含油率穩(wěn)定，調(diào)整溶氣泵出口壓力，保持氮?dú)庾畲笕芙夤r；溶氣泵運(yùn)行穩(wěn)定后，每?jī)尚r(shí)檢測(cè)一次氣浮出口含油率，每個(gè)壓力下檢測(cè)三次，取平均值作為檢測(cè)結(jié)果，見(jiàn)表4。

表4 不同出口壓力氣浮出入口含油率

由表4可知，在氣浮處理水量以及入口含油率基本穩(wěn)定的工況下，泵出口壓力為600kPa 時(shí)氣浮出口含油率最低，達(dá)到300×10-6，說(shuō)明在該壓力下氣泡釋放效果最佳，氣浮處理效果最好。

根據(jù)溶氣泵A 調(diào)試數(shù)據(jù)表、溶氣泵B 調(diào)試數(shù)據(jù)表得出，溶氣泵入口壓力調(diào)至-10～0kPa，氮?dú)饬髁空{(diào)至2.5～3.5m3/h，溶氣罐內(nèi)微氣泡層能達(dá)到“牛奶狀”彌散狀態(tài)，滿足處理需求。加氣浮選器改造投用后，CEP 加氣浮選器水相含油率由66×10-6降至35×10-6，加氣浮選器處理效果明顯提升。

4.4 優(yōu)化加氣浮選器收油液位

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)加氣浮選器油室液位變化情況，并對(duì)每日的加氣浮選器油室液位求平均值，200mm 為分組組距，統(tǒng)計(jì)每日液位平均值的分布情況，如表5所示。

表5 加氣浮選器油室液位分步頻次以及累計(jì)百分比

加氣浮選器正常液位為3 000mm 左右波動(dòng)，而根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，加氣浮選器器液位期望值為3 200mm，可知加氣浮選器收油液位3 200mm 最為合理。

5 結(jié)論與建議

通過(guò)加氣浮選器的改造，大幅改進(jìn)了加氣浮選器的處理效果，極大地降低了注水水質(zhì)的含油濃度，實(shí)現(xiàn)預(yù)想目標(biāo)，維護(hù)了平臺(tái)正常生產(chǎn)，降低了油田回注水含油，提升整個(gè)油田注水效果，驅(qū)油效果。對(duì)地層保護(hù)、地層能量補(bǔ)充等多個(gè)方面有了進(jìn)一步提升，進(jìn)而提高了油田的產(chǎn)量。