新型“兩段式”稠油污水處理工藝在渤海稠油油田的應用

劉 星，王亞儒，盧大艷，張金鵬，楊 強

（1.中海石油（中國）有限公司秦皇島32-6作業公司，天津 300450；2.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452；3.華東理工大學，機械與動力工程學院，上海 200030）

1 背景

中國海上探明儲量中有70%左右是稠油，開采過程產生的大量生產廢水中微細稠油油滴以分散態穩定存在，且含有瀝青質、懸浮物、溶解性有機物等成分，處理難度大[1-4]。針對稠油油田，當前主要采用斜板除油器-氣浮除油器-核桃殼過濾器的三段式處理工藝，同時加注各類化學藥劑以滿足處理要求，存在占地面積大、化學藥耗高等問題，難以滿足平臺擴能提產的需求。本文介紹了一種CFC除油器-纖維球過濾器的兩段式水處理工藝作為海上油田擴容水處理系統，對新工藝中核心CFC設備的原理、現場運行效果進行了介紹，討論了傳統生產污水處理設備和新型水處理設備在處理能力、占地面積和性能上區別。

2 生產工藝對比分析

渤海某油田當前生產污水處理總量為54 000m3/d，分為新舊兩套水處理系統。其中舊系統采用傳統的“斜板-氣浮-核桃殼”三段式處理工藝，達到回注地層的要求，處理能力為36 000m3/d。2019年，為了滿足平臺內掛12口油井和油藏最新提液計劃，增設新處理系統，處理能力為18 000m3/d，新生產污水處理系統采用“CFC聚結除油-纖維球過濾”的兩段式處理工藝，處理達標后回注。新增工藝流程中，利用新型CFC除油器來代替傳統斜板除油器和氣浮除油器，不僅有效地減少設備占地空間，有利于平臺擴容改造，且能夠降低生產成本，使經濟效益最大化。

傳統水處理流程處理能力為36 000m3/d，單臺斜板除油器和氣浮除油器處理能力均為12 000m3/d，三臺并聯運行。具體傳統水處理流程：油井采出液經過生產分離器通過重力沉降實現油水兩相簡單分離，重相（生產污水）經過斜板除油器、氣浮除油器和核桃殼過濾器處理后進入注水緩沖罐，每級水處理設備收集的油相進入污油罐。注水緩沖罐中凈化水由注水泵回注油層，污油罐中油相輸送至下游處理。

新型水處理流程處理流量為18 000m3/d，新工藝流程：生產分離器底部排出的生產污水經CFC除油和預除懸，再經過纖維球過濾器組處理后，凈化水進入注水緩沖罐，每級設備收集到的油相進入污油罐等待輸送至下游處理。

3 新型“兩段式”水處理工藝效果評價

3.1 兩段式工藝運行數據

生產污水水質情況將影響除油設備結構參數及工藝流程，了解生產污水水質是水處理環節的重要一環。本文研究油田生產污水pH略大于7，呈微堿性，絕大部分陰陽離子含量均在常見生產污水濃度范圍內，符合一般生產污水中Na、Cl兩種離子占主導地位的特點，且Na/Cl=2 388/6 417＜1，[Na-Cl]/SO4＜0，[Cl-Na]/Mg＞1，符合深層水的水型特點。并且生產污水中油質密度大，且含懸浮物顆粒，處理難度大。

對生產分離器出口、CFC除油器出口和纖維球過濾器出口水質進行長期檢測發現，CFC除油器進口油含量為846～2 200mg/L，平均油含量為1 370mg/L，出口油含量為9～60mg/L，平均油含量為38mg/L；在經纖維球過濾器處理后，系統出口油含量為3～20mg/L，平均油含量為9mg/L，滿足進入注水緩沖罐油含量低于20mg/L的水平。由數據可以看出，新型“兩段式”生產污水處理工藝能適應入口油含量在較大范圍波動的工況，處理效果比較穩定，滿足系統處理指標要求。

CFC除油器長周期運行工況下，分別在低流量（3 600m3/d）、中流量（4 800m3/d）及高流量（6 000m3/d）條件下對應的除油效率分別為97.64%、97.24%與96.38%，整體平均除油效率為97%。在設計處理量的條件內，流量越小效率越好，流量對CFC設備平均除油效率影響較小，不到2%。主要原因是，流量的增大，降低了油水與組合纖維接觸的時間，進而影響了分離效率，在設計條件下，滿足了處理要求。

纖維球過濾器進口平均油含量38mg/L，出口平均油含量9mg/L，平均除油效率為76%，滿足進入注水緩沖罐水質要求。

對兩段式生產污水處理工藝的進出口懸浮物含量進行取樣測試，進口固含量為200～500mg/L，經CFC除油及纖維球過濾處理后，懸浮含量降低至14～26mg/L，平均出口懸浮物含量為20mg/L，系統除懸效率高于90%。

3.2 設備處理量及占地空間的綜合評價指標

設備處理量及占地空間的綜合評價指標是海上平臺關鍵參數之一，反映了生產污水處理設備的緊湊高效性，數值越大說明在相同處理規模下設備占地越小，具體計算方法如下：

面積評價參數FA及體積評價參數FV計算公式如（1）（2）所示：

Qave代表平均流量；A代表設備撬體面積；V代表設備撬體體積。

在兩段式處理工藝中，主要利用CFC除油器取代傳統三段式中斜板除油器-氣浮除油器兩設備，因此采用新舊兩套生產污水處理設備參數進行核算比較，得到的對比參數如表1所示。按照計算數據所得，CFC除油器面積評價參數FA是傳統三段式“斜板-氣浮”處理工藝的4倍，在油水分離能力相同的情況下，新型應用大大縮小了平臺的占地空間，適用于平臺狹小空間內現有生產污水處理系統的擴能改造。

表1 12 000m3/d下新老設備性能對比

3.3 平臺藥劑優化控制

為實現短流程狀態下的油水快速分離，在生產污水處理系統中日常添加破乳劑、反相破乳劑、清水劑和絮凝劑四種化學藥劑。破乳劑和反向破乳劑注入點在生產分離器A/B/C之前，在新老系統中注入濃度未發生變化。傳統水處理流程中，清水劑注入位置在生產分離器A/B之后，斜板除油器之前；對于新型水處理流程，清水劑注入點為生產分離器C之后，CFC除油器之前。絮凝劑僅在傳統水處理系統中協同氣浮除油器共同使用。新型水處理系統中清水劑由傳統流程的10mg/L，降低至8mg/L，清水劑用量降低20%，且取消了絮凝劑的使用，起到了一定的經濟效益。

4 結束語

1）新型“兩段式”生產污水處理工藝應用于海上稠油油田平臺擴容中。該兩段式處理工藝中，進口平均油含量為1 370mg/L，一級CFC除油器出口平均油含量為38mg/L，二級纖維球過濾器平均出口油含量為9mg/L，懸浮物含量為20mg/L，系統平均除油率達99%，滿足了擴容系統處理指標要求。

2）與海上平臺傳統生產污水“斜板-氣浮-核桃殼”三段式處理流程相比，新型工藝流程中CFC除油器取代了老工藝斜板除油器與氣浮分離器，設備處理量及占地空間的綜合評價指標是傳統設備的4倍，大大減小了平臺使用空間，節省了平臺甲板的外擴費用；并且，新型水處理系統較傳統處理工藝，清水劑耗量降低20%，且取消了絮凝劑的使用，經濟效益顯著，為海上油氣田平臺擴容改造或者新建平臺生產污水處理提供了新的選擇。