撬裝一體化油田污水處理裝置技術

高 潔，張 杰，邱 濤，胡小剛，趙年峰，盧永強

（1.中國石油渤海石油裝備制造有限公司，河北任丘 062550；2.中國石油華北油田公司，河北任丘 062550）

0 引言

華北油田近幾年開發的油氣田場站產能規模小、油藏斷塊多、區塊分散、開發外部環境差、安全環保壓力大。油田采出液含水比例越來越高，采出水也越來越多，能夠就地處理就地達標回注是油田開發的主要需求。常規處理工藝及設備存在處理時間長、占地面積大、技術工藝流程復雜、運行能耗高等問題。為保障油田可持續發展，降低油田開采成本，需要采用新的設計理念，研制撬裝式一體化污水處理裝置，實現污水快速處理達標回注，簡化流程，快速建站。

1 工藝技術研究

1.1 工藝流程（圖1）

采出水處理裝置進水取自除油罐出水口，除油罐出水經泵提升增壓后進入兩級串并聯組合式旋流氣浮單元。通過離心分離、氣浮分離、聚結等作用，對含油、含懸浮物污水進行高效分離，去除污水中90%的油和懸浮物。

圖1 工藝流程

1.2 工藝技術

本技術采用物理法進行污水處理，將氣浮、混凝、除油、降濁、過濾等功能融為一體，實現了一體代多級和一器多能，簡化了污水處理流程，降低了工程投資和運行費用。工藝原理見圖2。

（1）組合式旋流氣浮技術。含油污水在入口管與攜帶大量微氣泡的部分回流溶氣水混合后，切向進入到旋流溶氣氣浮罐體內。在旋流離心力作用下，微氣泡迅速與油滴（或懸浮物）碰撞、粘附。同時微氣泡和油滴在離心力的作用下，逐步向中間聚集形成浮渣，上浮至油水界面，氣泡破裂，氣體析出，分離油集聚和聚結成油層一起從油氣出口排出。浮選之后的污水向下經污水出口排出。

圖2 工藝原理

（2）嵌入式旋流雙介質過濾。嵌入式旋流雙介質過濾器有機結合氣浮、旋流分離、深床過濾、多相流反洗等多種先進技術，具有高效的分離技術、獨特的布水方式、新型的反洗理念，將分離、過濾、反洗技術推向一個新的高度。過濾器引入多相流反洗技術，對濾層進行松動、流化、磨擦，將攪拌和沖洗過程有機結合起來，減少反洗時間，節省反洗用水量，提高反洗效率。既保證反洗中濾料之間有較強擦洗作用，還能及時帶出擦洗下來的污油及污泥，防止了反洗中的二次污染。反洗不留死角，濾料不易板結，清洗徹底。

（3）超精細纖維束過濾。采用改性纖維束作為過濾介質。過濾時通過濾層孔隙調節，來水通過濾料的攔截、吸附、架橋作用，濾除水中的懸浮物及污油。不同的孔隙度會實現不同的出水質量。反沖洗時，濾層孔隙不斷變化，同時從底部進水進氣進行反沖洗，實現濾料再生。孔隙度的調節可實現采出水過濾精度范圍調節，能夠更好適應現場采出水水質變化等極限工況的需求。

2 結構設計

渤海石油裝備制造有限公司石油機械廠針對華北油田現狀，研制了撬裝式一體化污水處理裝置，主要由組合式旋流氣浮系統、嵌入式旋流雙介質過濾系統和超精細纖維束過濾系統等組成。設備為整體撬裝結構，主體設備及全部附件均集成于撬座上（圖3），所有的操作及維護工作均可在撬內完成。設備集除油、除懸浮物、除粒徑中值等功能于一體，具有高效、節能、一體化、不加藥、密閉帶壓、整體撬裝、占地緊湊、功能完善等優點。

3 技術參數

圖3 主體結構

（1）設計進水指標。介質名稱：油田采出水；處理水量：250 m3/d，介質溫度：20～60 ℃；進水含油量：≤300 mg/L；進水懸浮物含量：≤300 mg/L。

（2）設計出水指標。含油量：≤6.0 mg/L；懸浮固體含量：≤2.0 mg/L；懸浮物顆粒直徑中值：≤1.5 μm。

4 創新點

（1）密閉帶壓旋流氣浮技術。突破傳統的采出水處理方式，創造性地將旋流分離技術和氣浮分離技術有機地組合于一體，實現密閉帶壓快速固液分離。

（2）不加藥氣浮技術。通過溶氣泵產生的超微氣泡（5～30 μm），能夠快速高效撲捉細微乳化油，并在分子間作用力下，乳化界面膜在微氣泡表面破裂并富集，乳化油破乳并在氣泡表面逐步形成油膜，再進一步聚集形成大油滴后分離，實現破乳、聚結和分離。由于氣浮氣泡小，故能夠捕捉到0.2 μm 以上乳化油滴，實現乳化油物理破乳。

（3）旋流離心分離技術。通過弱旋流和弱離心力作用，強化微氣泡和油滴（或懸浮物）快速碰撞、粘附，提高油滴（或懸浮物）去除效率，通過旋流離心作用加快油滴集聚和聚結，提高分離速度。

（4）氣浮技術。改變了傳統氣浮工藝依靠油水密度差進行重力沉降分離時存在速度慢、時間長的問題，采用油、氣、水三相密度差進行分離，大幅提高沉降速度，縮短分離時間。

5 應用

2020 年7 月，該產品在華北油田西-47 站進行現場應用試驗，來液240 m3/d，進水含油量及懸浮物含量≤300 mg/L，短時波動≤1000 mg/L。經過1 個月取樣檢測，出水指標均低于含油量6 mg/L、懸浮固體含量2 mg/L、懸浮物顆粒直徑中值1.5 μm，滿足油田污水回注二類水設計指標。與后端陶瓷膜處理系統配合處理后，可以達到油田污水回注一類水指標。

6 結語

華北油田小段塊油藏占比較大，采用常規建站方式投資大、周期長，通過撬裝式一體化污水處理技術的應用，可以實現污水快速處理達標回注，簡化流程，快速建站等目的。