渤海油田注水水質(zhì)處理流程及影響因素

李文力，周日，周成江，劉珠呈

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300450)

0 引言

海上油田注水是一種增產(chǎn)技術(shù)[1]，它通過向油藏中注入符合一定標(biāo)準(zhǔn)的水來提高油藏壓力和溫度，從而促進油的流動性，提高采收率。因此，注水水質(zhì)的重要性主要體現(xiàn)在以下方面：(1)注入低質(zhì)量的水可能導(dǎo)致油藏污染、堵塞甚至礦化，影響增產(chǎn)效果[2]；(2)注水水質(zhì)不符合要求會使注水設(shè)備加速老化，減少使用壽命，同時也會加大維護難度和成本；(3)注入未經(jīng)處理的水或含有有害物質(zhì)的水可能對周邊環(huán)境和生態(tài)造成影響，對海洋生態(tài)系統(tǒng)造成損害，影響漁業(yè)資源等。因此，注水水質(zhì)的重要性在海上油田開發(fā)中不可忽視，油田企業(yè)需要對這一問題高度重視，嚴(yán)格按照國家或地方規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)進行注水作業(yè)。

1 設(shè)備設(shè)施對注水水質(zhì)影響

渤海地區(qū)海上采油平臺由于受空間以及作業(yè)環(huán)境限制對生產(chǎn)污水處理設(shè)備選擇有以下基本原則：(1)滿足油田生產(chǎn)污水最高峰處理量要求；(2)設(shè)備需要體積小、占地面積小、效率高等特點；(3)結(jié)構(gòu)簡單易操作；(4)性價比高；(5)易維修，使用壽命長。

因此海上油田生產(chǎn)污水處理設(shè)備主要有：水力旋流器、斜板除油器、加氣浮選器、核桃殼過濾器、精細(xì)濾器、快速過濾器等。根據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)以及工作原理分工不同，水力旋流器和斜板除油器一般作為第一級生產(chǎn)污水處理設(shè)備，處理含油比較高的生產(chǎn)污水，一般二選一即可，下一級依次為加氣浮選器、核桃殼過濾器。以上設(shè)備主要作用為去除生產(chǎn)污水中的油污，使水中含油達(dá)標(biāo)。精細(xì)濾器以及快速過濾器主要作用為去除含油達(dá)標(biāo)后的生產(chǎn)污水和地層水中懸浮物的設(shè)備。

為了更好地保證注水水質(zhì)合格，要對生產(chǎn)污水處理設(shè)備做到懂結(jié)構(gòu)懂原理，下面針對以上設(shè)備對其工作原理進行簡單介紹。

1.1 水力旋流器工作原理

水力旋流器是進行含油污水處理的重要設(shè)備，其體積小、占地面積小、除油效率高，近些年在海上采油平臺得到了廣泛應(yīng)用。水力旋流器內(nèi)部有很多錐形旋流管，進出口存在一定的壓差，使含油污水在一個個圓錐管內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，利用密度不同產(chǎn)生離心力不同的原理，密度大的水受離心力的作用甩向圓錐管管壁，而密度稍小的油滴則被擠向圓錐管的中心，分離開的油和水可以從不同的出口分別流出，達(dá)到使含油污水脫油的目的[3]。旋流管結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 旋流管結(jié)構(gòu)示意圖

如圖1所示，結(jié)合其結(jié)構(gòu)示意圖以及工作原理，會發(fā)現(xiàn)入口流體中含氣量以及雜質(zhì)會對其有一定的影響，含氣量多了會影響旋流管離心作用，雜質(zhì)多了會造成旋流管出口堵塞(旋流管油相出口比較細(xì)小)。因此需在其入口前增加濾網(wǎng)(已經(jīng)增加排氣管線)，減少雜質(zhì)以及氣體進入水力旋流器。

1.2 斜板除油器工作原理

斜板除油器是利用油與水、懸浮物與水的比重差進行重力分離，同時利用淺池理論設(shè)置斜板，使分離表面積增加，保證油珠和懸浮物微粒被有效的去除，從而大大提高了油、懸浮物分離效率[4]。污水由上部進入聚結(jié)區(qū)，聚結(jié)區(qū)聚結(jié)板能夠?qū)⒎稚⒂秃痛蟛糠值娜榛途劢Y(jié)變大后油斜管區(qū)去除，懸浮物隨水流升至斜板沉淀區(qū)，使固液快速分離，分離后的固體懸浮物在重力作用下下沉。除油效率和水力旋流器除油效率相差不大，但占地面積比水力旋流器要大，現(xiàn)場要根據(jù)實際情況來選擇。

1.3 加氣浮選器工作原理

加氣浮選器含油污水處理的基本原理是設(shè)備內(nèi)部大量微小氣泡進入含油污水中，將微小氣泡作為載體，其與污水中的油珠和懸浮絮粒相互粘附，使小的油珠聚集，并形成整體密度小于水的浮體上浮至水面，達(dá)到使含油污水油水分離的目的[5]。

氣浮法處理含油污水分為多種類型，但海油采油平臺常用的氣浮法為噴射式氣浮法。

噴射式氣浮主要由：噴射器、加藥系統(tǒng)、循環(huán)氣系統(tǒng)組成，其中噴射器采用文丘里管原理設(shè)計，氣浮循環(huán)泵的出口水進入噴射器內(nèi)，通過噴嘴直徑變小產(chǎn)生負(fù)壓，將氣浮頂部覆蓋氣吸入，液體和氣體在噴射器內(nèi)充分混合細(xì)化后，從末端噴出，形成大量分散的微小氣泡均勻分布在氣浮混合室底部進入流體中，到頂部后氣體分離出，氣體可以實現(xiàn)內(nèi)循環(huán)。循環(huán)泵的入口水源為氣浮處理后清水室水源。在混合室形成的微小氣泡攜帶流體中的油滴及懸浮物浮至液面上，由混合室的一次收油槽和二次收油槽將油污導(dǎo)出，混合室處理后的流體進入清水室，清水室也設(shè)置一收油槽。為了收取殘余油污，但氣浮收油效率主要在混合室，因一次收油槽為固定的長方形，優(yōu)點收油面積大，一次收油效率可達(dá)到80%，缺點為固定式的無法調(diào)節(jié)，只能通過調(diào)節(jié)混合室液位來達(dá)到收油的目的。二次收油槽高度可以通過外部手輪調(diào)整。加氣浮選器結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 氣浮選器結(jié)構(gòu)示意圖

結(jié)合噴射式氣浮結(jié)構(gòu)以及工作原理可知，影響其收油效果的因素比較多，有噴射器負(fù)壓吸入的氣體量、一二收油效果等。但是在工況穩(wěn)定的情況下，只需要對一次收油情況多加關(guān)注，二三次收油間歇性收油即可，由于一次收油槽起到主要收油作用，因此一次收油要持續(xù)收油。

1.4 核桃殼過濾器工作原理

核桃殼過濾器除油的工作原理是利用內(nèi)部濾料實現(xiàn)過濾分離，其內(nèi)部濾料采用一種特殊的核桃殼作為過濾介質(zhì)，其耐油性質(zhì)高。利用核桃殼顆粒比表面積大、吸附力強、截污量大的特性，將水中的油和懸浮物去除[6]。過濾時，含油污水自上而下，經(jīng)布水管、核桃殼濾料層、集水管完成過濾。反洗時，水流自下而上，由于濾料親水不親油的性質(zhì)，在反洗時攪拌核桃殼，使其在運動中相互磨擦，增強脫附能力，使再生能力加強，使濾料得到徹底清洗。由于化學(xué)穩(wěn)定性好，有利于過濾器性能長期穩(wěn)定，不過濾料按要求要定期更換，更換的核桃殼濾料尺寸要符合標(biāo)準(zhǔn)，不能太小，防止濾料流失。

1.5 精細(xì)濾器工作原理

精細(xì)濾器主要元件是由多組濾芯組成的，其濾芯制作材料采用一種不銹鋼金屬纖維多孔濾材經(jīng)折疊制成的，在相同的體積下過濾面積是常規(guī)管狀濾芯的3～4倍，因而具有處理量大的特點。且濾芯抗油浸，可清洗再用、過濾精度高、吸附力強、截污量大，能夠做到油、懸浮物雙效去除，但主要作用是去除懸浮物，易再生、反洗不加藥，可串聯(lián)或并聯(lián)使用等特點。

但是內(nèi)部容易結(jié)垢堵塞過濾空隙，結(jié)垢后反洗除垢效果不佳，只能進行拆卸清理，由于濾芯內(nèi)部制作特點，清洗難度大，更換濾芯費用高，目前已被其他設(shè)備取代。

1.6 快速過濾器工作原理

快速過濾器采用特殊集水式設(shè)計，濾料為改性纖維球，能夠?qū)⒑蛻腋∥锝亓粼跒V料上，反沖洗時易脫除。其特點是：在一定的過濾速度下污水流入壓緊的濾料，經(jīng)纖維球濾料過濾后，由水收集器流出，內(nèi)部纖維球?qū)腋∥锝亓粼诶w維球表面；當(dāng)濾料截留物質(zhì)增多，進出口壓差增大時，即需反沖洗，反沖水從水收集器流入松散的濾料，清洗濾料后流出，反沖洗時在較高的水流速度下，懸浮物可以脫離材料表面，從而達(dá)到清潔纖維球的目的。反沖洗也可設(shè)定為自動反沖洗，多為幾個快速過濾器為一組。一個快速過濾器反洗時不影響其他過濾器正常過濾，使用方便，反洗效果好，僅需要定期更換濾料即可滿足處理要求。

1.7 水處理設(shè)備原理小結(jié)

以上為生產(chǎn)污水處理常用設(shè)備的工作原理以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，了解設(shè)備的工作原理及結(jié)構(gòu)是為了清楚設(shè)備如何運轉(zhuǎn)，更好地操作設(shè)備，出現(xiàn)故障及時解決，不影響其處理效果。生產(chǎn)污水處理不是某一個設(shè)備就能達(dá)到處理標(biāo)準(zhǔn)，而是多個設(shè)備串聯(lián)起來，互相銜接運轉(zhuǎn)。生產(chǎn)污水處理其實就是一個系統(tǒng)，例如生產(chǎn)污水處理一般先處理水中含油及較大懸浮物微粒，再處理懸浮物；先對水中含油進行高效處理，將其含油量降低再進一步除油。只有保證上一級設(shè)備穩(wěn)定運轉(zhuǎn)才不會對下一級處理設(shè)備有影響，若每一級都能到達(dá)其處理效果，則注水水質(zhì)就能得到保證。

不管什么設(shè)備均有其操作要求，一是為了安全，二是為了達(dá)到其最佳運轉(zhuǎn)工況，生產(chǎn)污水處理設(shè)備也不例外。各個生產(chǎn)污水處理設(shè)備都有其要求的操作壓力、操作溫度、進口水質(zhì)指標(biāo)范圍、處理量范圍等一些基本要求，為了達(dá)到污水最佳處理效果，必須在其要求范圍內(nèi)工作，超出其要求范圍，會對設(shè)備處理效果有很大影響，極大可能出口水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，對下一級設(shè)備造成負(fù)擔(dān)。值得注意的是，每個設(shè)備還有其設(shè)計壓力設(shè)計溫度，是為了保證安全，處理量超出要求范圍還可以認(rèn)為超載，但是若壓力溫度超出設(shè)計要求，那就是直接影響安全，這種現(xiàn)象應(yīng)杜絕出現(xiàn)。為了保證注水水質(zhì)一直達(dá)標(biāo)，每一級設(shè)備都極其重要，最基本的要求就是要保證每個設(shè)備在其要求范圍內(nèi)運轉(zhuǎn)。

2 化學(xué)藥劑的選擇

為了滿足每一級設(shè)備高效穩(wěn)定運轉(zhuǎn)以及注水水質(zhì)的達(dá)標(biāo)，也離不開化學(xué)藥劑的選擇，生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)中的化學(xué)藥劑要根據(jù)藥劑的作用機理以及現(xiàn)場實際需要進行選擇，選擇錯誤的化學(xué)藥劑反而得不償失。為了保證化學(xué)藥劑選擇的正確性，在使用前必須進行化學(xué)藥劑配伍性實驗，即是否與生產(chǎn)污水反應(yīng)產(chǎn)生沉淀或者絮狀物等影響設(shè)備處理的物質(zhì)出現(xiàn)，以及不同藥劑在同一個設(shè)備容器內(nèi)是否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，影響化學(xué)藥劑作用機理。若是就需要考慮是否必須同時注入，還是可以分開點位注入。這些基本的工作做好后，才可以選擇注入。

根據(jù)藥劑作用機理不同，其注入濃度也是不同的，否則會造成不必要的浪費，要有合適的注入濃度才能到達(dá)最佳效果。其注入濃度和生產(chǎn)污水處理效果也有很大的關(guān)系，注入量與生產(chǎn)污水處理量比之的百萬分之叫注入濃度。如何達(dá)到最佳效果，這就要求某種化學(xué)藥劑注入時現(xiàn)場人員做好跟蹤對比，根據(jù)化學(xué)藥劑的作用機理不同，需要化驗的數(shù)據(jù)液不相同。例如有利于除油的化學(xué)藥劑的注入，在其他工況不變的情況下，看設(shè)備出口含油是否降低，再調(diào)整此種化學(xué)藥劑的注入濃度，對比那種濃度下的處理效果最好，最后確定注入濃度。注入濃度確定后，一個周期內(nèi)(根據(jù)現(xiàn)場實際情況，某一個時間段內(nèi)不需要對化學(xué)藥劑再次篩選)，但是注入量要根據(jù)生產(chǎn)污水處理量及時做好調(diào)整?；瘜W(xué)藥劑也要做好日常管理，禁止過期藥劑注入，保證藥劑干凈無雜質(zhì)。

化學(xué)藥劑的注入離不開化學(xué)藥劑泵，日常工作中也要做好化學(xué)藥劑泵的檢查維護。為了防止化學(xué)藥劑泵故障影響化學(xué)藥劑注入，進一步影響生產(chǎn)污水處理效果，化學(xué)藥劑泵必須做到一用一備。

3 海上油田水處理技術(shù)展望

3.1 水處理設(shè)備技術(shù)改進

不是說注水水質(zhì)達(dá)標(biāo)就可以了，水質(zhì)越好對地層越有利。隨著技術(shù)不斷進步，設(shè)備不斷更新?lián)Q代，根據(jù)現(xiàn)場需要結(jié)合實際情況，不斷進行對新技術(shù)應(yīng)用的摸索和新設(shè)備的替換。例如水質(zhì)在線監(jiān)測可以實現(xiàn)實時在線監(jiān)測，可以取代人員定期化驗，提高了監(jiān)測效果，但是化驗人員也要做好跟蹤，防止在線設(shè)備故障。

3.2 完善人員管理

設(shè)備設(shè)施都離不開人員操作，人員的技能水平高低對生產(chǎn)污水水質(zhì)處理有很大影響。人員技能水平參差不齊，對現(xiàn)場設(shè)備的認(rèn)知有深有淺，操作習(xí)慣也不相同。因此，需要根據(jù)各設(shè)備工作原理及現(xiàn)場實際制定標(biāo)準(zhǔn)操作程序，所有人員按照操作程序執(zhí)行，例如設(shè)備的投用、關(guān)停、反洗、濾料更換等一系列動作。這樣不會因為技能水平不足致使操作設(shè)備出現(xiàn)誤操作，對設(shè)備造成損壞或者影響設(shè)備處理效果。需要注意的是，設(shè)備操作程序要不斷結(jié)合現(xiàn)場實際進行更新。

另外操作人員也要做好現(xiàn)場數(shù)據(jù)的收集整理，與化驗數(shù)據(jù)相結(jié)合，學(xué)會分析判斷，甚至做到提前干預(yù)，保證設(shè)備的穩(wěn)定運行，還需要做好現(xiàn)場巡檢。人員思想認(rèn)識的提升對保證注水水質(zhì)合格起到很大作用，要加深人員水質(zhì)不合格危害性的宣傳貫徹力度，提高人員責(zé)任心。

4 結(jié)語

注水水質(zhì)合格對地層是一種保護，也是注水開采的最基本要求，直接影響注水在地層的流通情況，因此必須保證注水水質(zhì)合格，總的來說要保證注水水質(zhì)的合格就需要從以下幾點做起：

(1)保證生產(chǎn)污水處理設(shè)備高效穩(wěn)定運行，不超負(fù)荷運轉(zhuǎn)，各級設(shè)備處理均合格。

(2)做好化學(xué)藥劑選擇及選型。充分了解所使用的化學(xué)藥劑機理，有些化學(xué)藥劑對某種設(shè)備是必須的，有些是非必要的，這就要求我們對相應(yīng)的化學(xué)藥劑做好跟蹤。

(3)做好新技術(shù)新設(shè)備的應(yīng)用。為了提質(zhì)增效，人員技能水平要達(dá)標(biāo)，對設(shè)備工作原理，操作程序要熟練掌握。