全密閉短流程采出水處理工藝在南堡油田的應用及效果

趙金龍

中國石油天然氣股份有限公司冀東油田分公司

目前國內(nèi)各油田采出水處理多數(shù)采用“隔油除油（自由沉降或電脫水）+混凝沉降（或氣浮）+壓力過濾”三段處理工藝，再輔以阻垢、緩蝕、殺菌、膜處理或者生化法處理等[1]，但在經(jīng)濟、技術等方面存在一定的問題。如隔油池只能去除大粒徑的油，不能去除水中的溶解油和乳化油；氣浮需要加入破乳劑，且油不能回收，運行能耗大；膜法運行成本高[2]工藝環(huán)節(jié)多，停留時間長，露天運行造成曝氧腐蝕。針對以上問題，經(jīng)過調(diào)研選擇全密閉短流程采出水處理工藝彌補以上弊端，并在南堡油田NP2-3LP采出水處理站中應用，為后續(xù)全密閉短流程采出水工藝在該油田的推廣應用提供理論依據(jù)。

1 全密閉短流程采出水處理工藝研究

1.1 工藝流程及指標

針對傳統(tǒng)采出水處理工藝存在溶解氧腐蝕、細菌滋生繁殖、產(chǎn)生老化油、加藥量大等問題，需要開發(fā)出多種組合工藝及多功能一體化的集成設備。集精簡、高效、密閉運行等特點于一體的全密閉短流程采出水處理工藝[3-4]流程如圖1所示。

圖1 全密閉短流程采出水處理工藝流程Fig.1 Process flow of fully closed short-flow produced water treatment

采用雙旋流除油+速沉器+過濾的核心工藝，在來水含油濃度（質(zhì)量濃度）≤500 mg/L、懸浮固體濃度≤300 mg/L 的條件下，先通過雙旋流除油器用物理法實現(xiàn)油水的初步分離，再通過速沉器將水中雜質(zhì)快速混凝、沉淀、過濾，使含油濃度≤10 mg/L、懸浮固體濃度≤10 mg/L，再根據(jù)注水需求選用不同過濾設備以達到不同的水質(zhì)指標。

1.2 主要設備

1.2.1 雙旋流除油器

雙旋流除油器[5]由旋流管和管內(nèi)旋轉(zhuǎn)槳葉組成（圖2）。雙旋流除油技術利用旋流離心原理，采用雙向雙速旋流離心分離技術，待分離的油水混合液從旋流器頂上部對切向進入旋流器內(nèi)后，產(chǎn)生強烈的渦流，旋流器的錐形分離段隨軸承內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)，而軸承外圈則與旋流管外部的筒體相固定。在高速渦流的作用下，混合介質(zhì)進入錐段以后，在旋轉(zhuǎn)的錐筒帶動下完成油水間的分離過程[6]（圖3）。雙旋流除油器可解決長期由于大罐除油沉降時間長造成的曝氧腐蝕、細菌滋生腐蝕的問題，可節(jié)約大量優(yōu)質(zhì)原油，減少油泥對環(huán)境的污染。

圖2 雙旋流除油器原理Fig.2 Principle of double cyclone oil remover

圖3 雙旋流除油器現(xiàn)場Fig.3 Site of double cyclone oil remover

1.2.2 速沉器

速沉器[7]由錐形反應器和環(huán)形側(cè)裝深床過濾裝置組成，它是可以實現(xiàn)在低壓密閉條件下的混凝、沉降、過濾及排污為一體的高度集成的自動化水處理設備（圖4）。通過雙向旋流和頂部助力的有機結(jié)合，使含油污水在除油器內(nèi)腔形成有效的離心場，實現(xiàn)油水分離；除油后的水進入底部管道混合器進行加藥，管道混合器出水經(jīng)泥水分離設施，實現(xiàn)泥水分離后，污泥進入沉淀腔進行動力沉降（圖5）。

圖4 速沉器內(nèi)部結(jié)構Fig.4 Internal structure of quick settler

圖5 速沉器原理Fig.5 Principle of quick settler

速沉器的沉降方式與靜態(tài)沉降不同，是帶壓狀態(tài)下的動態(tài)沉降，實現(xiàn)了深床過濾與沉降的有效結(jié)合，帶壓狀態(tài)下污泥可以即時有效地排出，處理效果顯著。采用速沉器可簡化工藝流程，替代常規(guī)工藝的二次混凝沉降罐和一級過濾，并且可結(jié)合油田的不同地質(zhì)情況，實現(xiàn)了頂排、中排和底排泥，排泥效果顯著。

2 全密閉短流程處理工藝應用

2.1 工程概況

應用全密閉短流程采出水處理工藝，建設了南堡油田NP2-3LP采出水處理站，處理規(guī)模2 000 m3/d，水質(zhì)指標含油濃度≤8 mg/L、懸浮固體濃度≤3 mg/L、粒徑中值≤2 μm。該工程新建設備主要包括雙旋流除油器2 組、速沉器3 臺、雙筒螺旋板油水分離器2 臺、金剛砂過濾器3 臺以及電解殺菌裝置，改造并利用已建緩沖罐、濾后水罐、反沖洗回收水罐、排污回收水罐和外輸水泵等設備設施。

2.2 采出水處理方案

本工程共新建雙旋流除油器2 組、速沉器3臺、金剛砂過濾罐3臺；輔助工藝流程包括藥劑加注、電解殺菌、反沖洗、污油污水污泥回收系統(tǒng)等[8-9]。NP2-3LP采出水處理站工藝流程如圖6所示。

圖6 NP2-3LP采出水處理站工藝流程Fig.6 Process flow of NP2-3LP produceel water treatment station

2.3 效果評價

（1）水質(zhì)穩(wěn)定。全密閉短流程含油污水處理技術在除油環(huán)節(jié)嚴格控制出水含油量（100×10-6），避免了含油量波動造成的加藥不準的影響，滿足出水水質(zhì)達到B1標準（圖7）。

圖7 處理后水中含油濃度情況Fig.7 Oil concentration in water after treatment

（2）細菌控制。全密閉短流程含油污水處理技術在整個工藝流程中緩沖水罐的水力停留時間設計為2 h，其他設備水力停留時間之和小于0.5 h，完全實現(xiàn)了對細菌繁殖時間的控制。

（3）溶氧量控制。溶解氧的參與會加劇腐蝕結(jié)垢和細菌滋生，使注水油層的配伍性發(fā)生變化，溶氧量也是油田開發(fā)注水嚴格控制的指標。全密閉短流程含油污水處理技術在整個系統(tǒng)的每個環(huán)節(jié)都做到了密閉隔氧，所以有效控制了溶氧量。

（4）污泥量控制。污泥的成分主要包括處理水源中的懸浮固體、未有效收集的殘留油、加入的藥劑、細菌和死菌。全密閉短流程含油污水處理技術使得污泥中的殘油少、藥量少、細菌和死菌少，從而污泥量相對較少（圖8、圖9）。

圖8 處理后水中懸浮固體濃度情況Fig.8 Suspended solids concentration in water after treatment

圖9 處理后水中懸浮固體顆粒直徑中值情況Fig.9 Median diameter of suspended solids in water after treatment

3 結(jié)論

（1）雙旋流除油器能實現(xiàn)高效油水分離、不添加任何藥劑高品質(zhì)原油的回收。

（2）速沉器全封閉運行，實現(xiàn)處理過程完全隔絕氧氣，避免曝氧導致的溶解氧腐蝕，延長設備使用壽命。

（3）以雙旋流除油+速沉器為核心的采出水處理工藝集精簡、高效、密閉運行等特點于一體，經(jīng)過該工藝處理后含油濃度平均為1.21 mg/L，出水懸浮固體濃度1.3 mg/L，粒徑中值≤1 μm，達到B1水質(zhì)標準，滿足開發(fā)需求。

（4）以雙旋流除油+速沉器核心工藝為基礎進行研究，再根據(jù)注水需求選用不同過濾設備達到不同的水質(zhì)指標，形成了一整套滿足不同水質(zhì)指標的全密閉短流程采出水處理工藝體系，可適應不同油藏的注水需求。