旋流凈化技術在海洋修井平臺壓載水處理中的應用

（中國石化集團勝利油田設備管理處，山東 東營 257001）

旋流凈化技術在海洋修井平臺壓載水處理中的應用

叢 巖

（中國石化集團勝利油田設備管理處，山東 東營 257001）

介紹了海洋修井平臺海水壓載系統以及壓載水常用的處理工藝，分析了現有壓載水處理方法存在的問題，提出了旋流凈化技術在海洋修井平臺壓載水凈化處理系統中的應用，并對其凈化效果進行了驗證。

旋流凈化技術；修井平臺；壓載系統；應用驗證

海洋修井平臺主要擔負著海上修井、試油、完井防砂、酸化壓裂等油水井措施增產任務，在勝利淺海油田勘探開發中發揮著重要的作用。海洋修井平臺海上施工主要按以下步驟來完成：拖航-就位-壓載-調平臺對正井口-實施油水井作業。在整個過程中，平臺壓載是通過增加平臺可變載荷將平臺樁腳和部分樁腿壓過泥層至巖層，使平臺獲得一個穩定的支撐基礎，保證全作業過程平臺的穩性，以應對海上劇烈臺風、涌浪、海冰等對海洋修井平臺的沖擊。因此，壓載是海洋修井平臺作業的至關重要一環。

通常采用的壓載方法為：采用海水提升泵將海水提升至平臺甲板預先敷設的壓載管系內，通過壓載水調駁泵實現對平臺所有壓載艙室的壓載。由于海水水質中存在大量的懸浮泥沙、微生物和海生物，壓載過程中這些物質逐漸沉積在艙底，日積月累，就會在壓載艙底形成淤泥，一方面增加不必要的平臺載荷，增加作業過程的風險；另一方面，微生物在艙室內繁殖，破壞防腐漆面，加劇材料腐蝕，降低平臺使用壽命。目前，常采用粗濾器、微生物殺滅裝置等對海水進行處理，其效果不明顯。本文采用壓載水旋流凈化技術對提升的海水進行預處理，較好地實現了海水的清潔凈化，可有效避免壓載艙內泥質和微生物的淤積。

一、修井平臺海水壓載系統簡介

海洋修井平臺的壓載系統主要由海水提升泵、海水入口管線、過濾裝置、壓載總管、海水調駁泵、管匯、分支管線等組成。其原理圖如圖1所示。

平臺壓載時，安裝在海水提升泵架下的3臺潛水泵可從海中提升海水，海水經粗濾進入壓載總管，再經管匯分流，輸送至各個壓載艙室，實現對平臺的壓載。調駁泵與管匯相連接，可以從各個壓載艙、海水艙抽吸海水由船底排海，也可對左右舷壓載艙進行壓載水調駁。在海水艙頂部設有溢流管線，滿艙后可直接排海。同時，在每個壓載艙和海水艙安裝1個艙底泄放閥，可對艙室進行排載。

二、平臺壓載水凈化技術的現狀

目前，海上平臺對壓載水的處理主要有兩大類：一類為預防法；還有一類為后期處理法。

1.預防法

預防法是對進入平臺的海水進行預處理，消除海水中的雜質和微生物，保持壓載艙的長期清潔。這一類主要包括以下兩種：

（1）清潔壓載水

此方法是一種有預見性的壓載，選擇較深水域、水生物少、海水清潔的區域取水，但此方法比較受限制，不易實現。

（2）過濾

在船舶壓載水時采用過濾裝置可以過濾掉體積較大的生物，體積較小的海生物排放到壓載水中，待處理掉。此方法短期奏效，時間久了海生物就會沉積在艙壁或管道導致問題。

2.后期處理法

（1）紫外線照射

紫外線照射對不同的海生物有不同的效果，處理效果取決于壓載水的透明度，該方法無副作用，對船舶管系、泵、涂裝等無不利影響。但是該方法需要在艙內安裝紫外線裝置，增加投資成本和后期維護難度。

（2）對壓載艙加熱

壓載水加熱到80℃能夠殺死所有的海生物，但是，船舶設計依據、要求不同，不但要在艙內敷設加熱盤管，還要考慮如何避免熱應力對船體強度的影響，比較難以實現。

（3）臭氧

能有效地殺滅微生物，但是有很強的腐蝕性。

（4）艙內消毒

采用氯氣或銅、銀離子對海水艙進行消毒，可以有效殺滅海生物，但是氯氣消毒存在二次污染，且高濃度的銅、銀離子水對環境影響也需要進一步研究。

（5）對沉積物進行清淤

很多雜質和海生物都在壓載水的沉積物中，因此應對壓載艙內積存的沉積物定期進行清淤，在船舶設計中對船舶做出參數修訂，最大限度地排掉壓載水的沉積物。

三、旋流凈化技術在壓載水處理系統中的應用

1.旋流分離器的結構及工作原理旋流分離主要依托旋流器來實現，圖2為旋流器工作原理示意圖。

圖2 油水旋流分離器工作原理示意圖

旋流器主體是由入口段、收縮段、分離段和出口段四個回轉體順序連接而成。在入口段有一個或多個切向入口，用以輸入液體混合物。入口段的頂面上有一個溢流出口，用以排出較輕的組分。出口段的尾部是底流出口，用于排出較重的組分。泵注載壓流體混合物通過切向入口進入水力旋流器，促使流體在裝置內旋轉，水力旋流器的錐形加速了流體螺旋形流動，建立了自由的旋渦，創建了大的離心力。離心力致使輕的物質（即海水、溶解氣體）游離到水力旋流器的中心，而密度大的物質（如固體雜質，海生物）由于力的作用被甩到了外壁，通過在高壓下保持底流，迫使旋渦的海水逆流。結果，海水流從頂部溢出，而密度較大的固體雜質和海生物則流向底流。這樣就實現了對壓載海水的凈化分離。

旋流分離器具有設備成本低、外形尺寸小、分離精度高、無運動部件、工作性能穩定、操作費用低等諸多優點，是油水分離的理想設備。某公司生產的旋流器可以清除幾乎100%的固體顆粒、95%的≥50μm的海生物和85%的≥10μm的海生物。

2.旋流分離器的應用

根據旋流器的工作原理，將旋流技術引入平臺壓載水處理系統，圖3為壓載水旋流凈化裝置的工藝流程圖。

圖3 壓載水旋流凈化裝置的工藝流程圖

海水進入入口管線后，經過采樣器，然后進入2臺并聯的旋流器CY1和CY2，密度較小的海水、溶解氣等物質從上部經過采樣器進入到海水總管中，密度較大的雜質和海生物經過排污泵及排渣管匯排出，完成壓載海水的凈化。操作人員定期從采樣器采樣測定雜質和海生物含量，若不達標，需對設備進行維護。

旋液分離罐結構及現場安裝形式如圖4。主要設備包括旋流器、手動蝶閥、排渣泵及排渣管匯、采樣器、壓力表及電控箱等。

3.壓載水凈化效果試驗

圖4 壓載水旋流凈化裝置結構及現場安裝形式圖

為驗證壓載水旋流凈化裝置的凈化效果，對凈化處理的海水進行了試驗測定。試驗按照GB/T11901-1989水質懸浮物的測定重量法，采用膜分離的辦法對凈化的海水中包含的不同大小的雜質含量進行測定。試驗所采用的設備與器材見表1。

表1 海水測定試驗設備與器材表

實驗步驟如下。

（1）濾膜準備（前處理）

①濾膜在使用前應經過蒸餾水浸泡24h，并更換1～2次蒸餾水。

②將濾膜正確地放在過濾器的濾膜托盤上，加蓋配套漏斗，并用夾子固定好。

③約100ml蒸餾水抽濾至近干狀態（以50～60s為宜）。

④卸下固定夾子和漏斗，再用扁嘴無齒鑷子小心夾取濾膜置于編了號的稱量瓶內，蓋好瓶蓋（可露出小縫隙）。

⑤將稱量瓶連同濾膜一并移入103～105℃的烘箱中烘干60min取出，置于干燥器內冷卻至室溫后稱重；再移入烘箱中烘干30min取出，反復烘干、冷卻、稱量，直至兩次稱量的重量差值≤0.2mg為止。

(2)樣品測定

①用蒸餾水沖洗經自來水洗滌后的抽濾裝置。

②用扁嘴無齒鑷子小心從恒重的稱量瓶內夾取濾膜正確放于濾膜托盤上，再用蒸餾水簡單濕潤濾膜后，加蓋配套漏斗，并用夾子固定好。

③量取充分混合均勻的試樣100ml于漏斗內，啟動真空泵進行抽吸過濾。

當水分全部通過濾膜后，再用每次約10 ml蒸餾水沖洗量器3次，傾入漏斗過濾。然后，再以每次約10ml蒸餾水連續洗滌漏斗內壁3次，繼續吸濾至近干狀態。

④停止抽濾后，小心卸下固定夾子和漏斗，用扁嘴無齒鑷子仔細取出載有懸浮物的濾膜放在原恒重的稱量瓶內，蓋好瓶蓋（可露出小縫隙）。

⑤將稱量瓶連同濾膜樣品擺放在白磁盤中，移入103～105℃的烘箱中烘干60min取出，置于干燥器內冷卻至室溫后稱重；再移入烘箱中烘干60min取出，反復烘干、冷卻、稱量，直至兩次稱量的重量差值≤0.4mg為止。

(3)計算

懸浮物含量C（mg/L）按下式計算：

式中：C——水中懸浮物濃度，g/L；

A——懸浮物+濾膜與稱量瓶重量，g；

B——濾膜與稱量瓶重量，g；

V——試樣體積，ml。

（4）結果分析

根據修井平臺海水提升泵工作參數，試驗中控制工作壓力分別為0.3MPa和0.12MPa，分別進行試驗效果統計，結果見表2。從試驗數據可以發現，該裝置對30μm以上的顆粒分離性能達100%，且對各種大小等級顆粒整體平均分離凈化性能達到97%。取得了較好的凈化效果。

表2 海水凈化測試結果數據統計表

通過該技術對壓載海水的凈化處理，除去了海水中大量的泥質和海生物，減少了雜質在壓載艙的沉積，減輕了平臺重量，降低了海上平臺作業風險。

同時，降低了壓載艙室清淤的工作負擔，減小了雜質堵塞管道帶來的隱患，提升了海上修井平臺的本質安全性。

四、結論

壓載水旋流凈化技術在對海洋修井平臺的壓載海水進行凈化處理時能夠有效去海水中的大量泥質和海生物，減輕了平臺重量，降低了海上平臺作業風險。

降低了壓載艙清淤、船舶運輸費用，具有較高的經濟效益。

壓載水旋流凈化技術采用的設備造價低、操作簡單、維護成本低，且旋流器能夠并聯、串聯使用，多級分離確保分離效果。

[1]宋林松,王建軍,黎劍波.自升式平臺壓載量準靜態計算方法應用研究[J].中國海上油氣,2010,22（3）:193-196.

[2]AMERICAN BU REAU OF SHIPPING.Rules forbuilding and classing mobile offshore drilling units[S]. Houston:abs,2008,8（7）:159-160.

[3]曹士峰,程龍,劉新寶.淺談鉆井平臺壓載水的處理[J].船電技術,2010,30（5）:50-52.

[4]陳武強.測定水中懸浮物的影響因素及解決方法[J].化學工程與裝備,2010,（7）:144-146.

TE953

B

1671-0711（2014）10-0036-04

2014-07-09）