油田生產水處理系統氣浮選器的優化改造

程東旭，代齊加

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津300459)

1 生產水處理系統流程及存在問題

某油田設置有一套生產水處理系統，主要設備包括斜板除油器、氣浮選器、生產水冷卻器、核桃殼過濾器、雙介質過濾器、注水緩沖罐等，用于接收上游油田的生產水進行處理，處理合格后全部回注地層，如圖1 所示。

圖1 某油田生產水處理系統示意圖Fig.1 Schematic diagram of production water treatment system in an oilfield

氣浮選器采用回流加壓式溶氣氣浮工藝，是實現去除生產水中懸浮物的關鍵設備[1]。其基本原理是利用微氣泡與懸浮物結合，形成表觀密度小于水的氣載絮體，使其在浮力作用下上浮到液相表面進行聚集后，通過頂部收油將其排至污油罐，從而實現水體凈化[2]。該設備具有處理效率高、出水效果好、對水質適應性廣等優點[3]。

在生產水來液穩定、浮選劑加注濃度及性能符合要求、氣浮選器實際處理水量低于設計處理量的情況下，氣浮選器水相出口懸浮物含量存在超標現象，導致生產水處理不合格污染地層，注水井欠注，地層壓力下降，油井采收率降低。

通過對氣浮選器進行深入的排查和研究，分析其懸浮物含量超標的原因如下：

①由于氣浮選器的微氣泡發生器效果不佳，產生的微氣泡數量少且直徑大，導致微氣泡攜帶懸浮物的上浮能力較差；②氣浮選器下游的核桃殼供給泵出口未設置自動流量調節閥，導致氣浮選器液位波動較大，頂部收油效果不理想。具體見表1。

表1 氣浮選器進出口懸浮物含量數據對比Tab.1 Comparison of suspended solids content at inlet and outlet of air flotation separator

2 技術改造措施

2.1 微氣泡發生器注氣流程優化改造

微氣泡發生器是氣浮選器的核心處理部件，將來自燃氣洗滌器(操作壓力510 kPa)的氣源經氣體濾清器過濾，在氣體注入器中與經氣浮循環泵增壓的生產水(操作壓力650 kPa)混合進入微氣泡發生器，由于微氣泡發生器的氣源壓力低于氣浮循環泵壓力，導致氣體無法注入，微氣泡發生器產生的氣泡大小不均勻且數量較少，導致氣浮選器的浮選功能弱化。

改造措施：從燃氣緩沖罐(操作壓力3 300 kPa)增加一路至氣體濾清器，通過增加節流孔板、調節閥組將壓力降至800 kPa 作為微氣泡氣源，為微氣泡發生器提供注入氣，增強注氣效果，提高處理能力。

改造后的氣浮選器提高了懸浮物的去除效率，其水相出口懸浮物含量低于設計值，滿足了處理要求。流程優化如圖2 所示，改造效果對比見圖3，數據對比見表2。

2.2 核桃殼供給泵出口增加自動流量調節閥

氣浮選器處理后的生產水通過核桃殼供給泵增壓后分為兩路：一路通過手動截止閥調節流量進入核桃殼過濾器進一步過濾處理，另一路通過自動調節閥調節流量回流至氣浮選器，以保證氣浮選器液位穩定。

圖2 微氣泡發生器注氣流程優化改造示意圖Fig.2 Optimization of gas injection process of microbubble generator

圖3 微氣泡發生器注氣流程改造前后效果對比Fig.3 Comparison of microbubble effect before and after modification of microbubble generator gas injection process

表2 微氣泡發生器注氣流程改造前后懸浮物含量對比Tab.2 Comparison of suspended solids content before and after modification of microbubble generator gas injection process

核桃殼過濾器操作壓力為35 kPa，氣浮選器操作壓力為110 kPa，由于兩者壓差較大，導致核桃殼供給泵出口大多數生產水進入核桃殼過濾器，回流量較小，手動截止閥的開度不僅需要頻繁調整且調節效果差，而且還導致氣浮選器液位波動較大，無法在頂部正常收油，處理效果欠佳。

圖4 核桃殼供給泵出口增加自動流量調節閥示意圖Fig.4 Schematic diagram of adding automatic flow control valve at outlet of walnut shell supply pump

改造措施：在核桃殼供給泵與核桃殼過濾器之間的主流程上增加流量調節閥，實現流量的自動調節，提高了氣浮選器的自動化和精細化水平，實現氣浮選器參數自動調控，避免來水波動影響，提升了氣浮選器的處理效果。具體見圖4、5。

圖5 核桃殼供給泵出口增加自動流量調節閥前后氣浮選器液位歷史曲線圖Fig.5 Liquid level history curve of air flotation separator before and after adding automatic flow control valve at outlet of walnut shell supply pump

3 結 論

氣浮選器的高效運行是實現“注夠水，注好水，精細注水，有效注水”目標的關鍵因素。通過深入全面的分析與研究，微氣泡發生器注氣流程優化改造、核桃殼供給泵出口增加自動流量調節閥兩項優化措施的實施從根本上解決了氣浮選器處理效果欠佳的問題。該做法對于提升氣浮選器的處理能力具有很好的指導意義，值得借鑒。