海洋石油平臺常用水處理系統(tǒng)水質(zhì)提升方法研究與應(yīng)用

田德鵬，曹志興，張寧

海洋石油平臺常用水處理系統(tǒng)水質(zhì)提升方法研究與應(yīng)用

田德鵬1，曹志興2，張寧2

（1. 中海石油（中國）有限公司曹妃甸作業(yè)公司，天津 300459； 2. 中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)分公司，天津 300452）

生產(chǎn)污水作為海上油田主要的廢棄排放物之一, 被處理合格后直接排海或回注地層，其處理效果關(guān)系重大，因此受到嚴(yán)格控制。污水處理效果的影響因素因采用設(shè)備、工藝不同而有差別，本文通過介紹兩種常用的污水處理工藝，采用節(jié)點(diǎn)分析法，從污水處理系統(tǒng)的單個設(shè)備入手，分析了影響污水處理效果的影響因素，并結(jié)合流程設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況，提出了海上石油平臺常用提升水質(zhì)的處理方法，取得了較為明顯的效果。

污水處理系統(tǒng)；提升水質(zhì)；節(jié)點(diǎn)分析

海上油田生產(chǎn)污水主要是油氣生產(chǎn)過程中所產(chǎn)出的地層伴生水，為得到含水達(dá)標(biāo)的合格原油，需在海上平臺進(jìn)行油水分離，分離后的伴生水中含有一定量的原油和其他雜質(zhì)，為了避免回注水對地層產(chǎn)生損傷或排海水給生態(tài)環(huán)境帶來危害，需要在部分海洋石油平臺上配置生產(chǎn)水處理系統(tǒng)，將生產(chǎn)污水處理達(dá)標(biāo)后進(jìn)行回注或直接排放。

針對不同油田采出液流體特性，海洋石油平臺在設(shè)計(jì)階段會選用相匹配的水處理系統(tǒng)設(shè)備，按照處理工藝劃分，主要有重力沉降法、離心法、氣浮法、過濾法等處理設(shè)備，由于生產(chǎn)污水中原油和雜質(zhì)含量不同、水質(zhì)控制指標(biāo)不同[1]，單靠一種除油方法很難達(dá)到要求，因此在海洋石油平臺上設(shè)計(jì)的污水處理系統(tǒng)一般是幾種方法聯(lián)合使用，為了最大限度地提升處理效率，通常會在系統(tǒng)中加注一定量的化學(xué)藥劑，同時，還要考慮經(jīng)濟(jì)效益最大化。

1 海洋石油平臺典型生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)介紹

海上油田污水處理系統(tǒng)流程短、設(shè)備少、設(shè)施布局緊湊，這種特性決定了各級污水處理設(shè)備需要有高效的處理能力[2-4]，下面介紹兩種在海洋石油中心處理平臺中典型的生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)：

1.1 斜板除油器+氣體浮選機(jī)+核桃殼過濾器處理系統(tǒng)

以渤海油田A中心處理平臺為例，來自分離器和燃油處理系統(tǒng)的生產(chǎn)污水首先進(jìn)入斜板除油器，在斜板除油器中分出較大顆粒的油滴，然后進(jìn)入氣體浮選機(jī)，在浮選機(jī)中分出顆粒較小的油滴。斜板除油器和浮選機(jī)分出的污油進(jìn)入污油罐中，再由污油泵打到原油處理系統(tǒng)中去。經(jīng)過兩級處理后的生產(chǎn)水進(jìn)入核桃殼過濾器中進(jìn)行過濾，過濾后的生產(chǎn)水（含油量低于20 mg·L-1）滿足注水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行回注。

圖1 渤海油田A中心處理平臺生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)簡圖

1.2 水力旋流器+緊湊式氣浮+核桃殼過濾器處理系統(tǒng)

以渤海油田B中心處理平臺為例，生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)接收并處理來自生產(chǎn)分離器的生產(chǎn)污水。來自生產(chǎn)分離器的生產(chǎn)污水，首先進(jìn)入水力旋流器進(jìn)行分離，水力旋流器出口污水進(jìn)入緊湊式氣浮脫除污水中攜帶的小油滴和乳化油。水力旋利器和緊湊式氣浮產(chǎn)生的污油通過污油管線進(jìn)入污油罐，再由污油泵增壓后返回生產(chǎn)分離器進(jìn)行處理。出口污水進(jìn)入生產(chǎn)水緩沖罐進(jìn)行重力沉降，再由核桃殼供給泵將壓力提升后進(jìn)入核桃殼過濾器, 除去細(xì)分散乳化油及懸浮物。最終達(dá)到注水標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)污水進(jìn)入注水緩沖罐進(jìn)行沉降，最后經(jīng)注水增壓泵、注水泵輸送至各注水用戶[5]。

圖2 渤海油田B中心處理平臺生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)簡圖

2 處理系統(tǒng)出口水質(zhì)主要因素

地層回注水的水中含油是注水水質(zhì)的重要指標(biāo)，含油的高低直接影響整個油田注水效果，對驅(qū)油效果、地層保護(hù)、地層能量補(bǔ)充等多個方面有決定性作用。而海上油田生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)的處理效果直接影響注水水質(zhì)[6]，因此分析并解決影響處理系統(tǒng)出口水質(zhì)主要因素顯得至關(guān)重要。

本文采用節(jié)點(diǎn)分析法，先從單個設(shè)備入手，進(jìn)行逐個分析，再結(jié)合上下游流程設(shè)備及化學(xué)藥劑等影響因素進(jìn)行綜合判斷，由于海上處理設(shè)備部件較多，影響因素也較多，此處需結(jié)合海上石油平臺實(shí)際運(yùn)行情況對主要影響因素進(jìn)行分析[7]。

2.1 斜板除油器

斜板除油器通常作為生產(chǎn)污水進(jìn)行初級處理的設(shè)備，處理含油污水的基本原理是利用水與油的密度差異,使含油污水中的油滴在設(shè)備中上浮除去。

影響斜板除油器出口水質(zhì)的主要因素包括：罐內(nèi)雜質(zhì)沉積較多，波紋板內(nèi)部結(jié)構(gòu)坍塌，頂部收油頻率及時長設(shè)置不合理等。

2.3 氣浮選機(jī)

氣浮選機(jī)工作的基本原理是通過微小氣泡的吸附作用攜帶含油污水中的油滴上浮去除，主要脫除污水中的小油滴和乳化油。

影響氣浮選機(jī)出口水質(zhì)的主要因素包括：罐內(nèi)雜質(zhì)沉積較多，溶解氣量不合適，曝氣方式不合理，收油頻率及時長設(shè)置不合理等。

2.4 核桃殼過濾器

核桃殼過濾器內(nèi)部一般填充有鵝卵石、石英砂和核桃殼過濾器。過濾機(jī)理可分為：吸附、絮凝、沉淀和截留等幾個方面。核桃殼過濾器由壓差控制或定時控制對過濾器進(jìn)行反洗，沖洗結(jié)束，過濾器可以再次投入使用。

影響核桃殼過濾器出口水質(zhì)的主要因素包括：投用數(shù)量不足，反洗判斷依據(jù)不合適，反洗步驟時長不合適，反洗水量不合適，濾料漏失及過度使用，收油頻率低，收油時間短等。

2.5 化學(xué)藥劑系統(tǒng)

化學(xué)藥劑注入系統(tǒng)是在不同的注入點(diǎn)注入不同的化學(xué)藥劑，以提高油水分離效果，減緩設(shè)備和管線的腐蝕，保證各設(shè)備的工作效率。

化學(xué)藥劑系統(tǒng)對生產(chǎn)污水處理效果影響主要表現(xiàn)在注入濃度、加藥點(diǎn)、藥劑品種及質(zhì)量等。

2.5 污油水處理模式

原油脫水及生產(chǎn)水處理過程中，會不可避免的產(chǎn)生一部分污油水，該污油水多為O/W型乳狀含油污水，這種乳狀液狀態(tài)穩(wěn)定，含有各種固體雜質(zhì)、浮油、分散油、乳化油以及溶解油等污染成分，進(jìn)入生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)后，會對各級設(shè)備處理效果產(chǎn)生明顯的影響。

3 污水處理系統(tǒng)流程水質(zhì)提升方法與應(yīng)用

針對本文上一部分分析的影響因素，結(jié)合流程設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況，在不對流程處理設(shè)備進(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)改造的前提下，海洋石油平臺通常會采取以下幾種方式提升出口水質(zhì)，并且取得了較為明顯的成效。

3.1 污油水轉(zhuǎn)液運(yùn)行模式優(yōu)化

污水處理系統(tǒng)污油罐轉(zhuǎn)液一般設(shè)計(jì)為進(jìn)入生產(chǎn)分離器進(jìn)行重新處理，但污油泵設(shè)計(jì)操作模式通常為間歇性啟動，即當(dāng)污油罐液位滿足啟動要求后，啟泵轉(zhuǎn)液至低液位停泵，以此循環(huán)往復(fù)。在這種運(yùn)行模式下會對油系統(tǒng)分離設(shè)備產(chǎn)生沖擊、污油水進(jìn)入流程影響油水分離效果，造成污水處理系統(tǒng)入口含油較高。

可以優(yōu)化污油泵運(yùn)行模式，更改為污油泵常期運(yùn)行，即通過調(diào)整污油泵出口調(diào)節(jié)閥開度、污水系統(tǒng)收油液量，保障其具備長期運(yùn)行的條件。通過渤海油田B中心處理平臺現(xiàn)場數(shù)據(jù)可以看出，在這種運(yùn)行模式下，生產(chǎn)分離器水相出口（污水處理系統(tǒng)入口）水質(zhì)明顯提升[8]。

3.2 處理設(shè)備定期排污及內(nèi)部清洗

定期對處理設(shè)備內(nèi)部積累雜質(zhì)進(jìn)行排放，可以恢復(fù)設(shè)備有效容積，提高油水分離效果；水力旋流器內(nèi)旋流管、斜板除油器內(nèi)聚結(jié)填料需要定期進(jìn)行清洗，保證設(shè)備除油效率[9]。

表1 污油泵運(yùn)行模式調(diào)整前后生產(chǎn)分離器出口水中含油數(shù)據(jù)表

3.3 水力旋流器旋流管數(shù)量調(diào)整

以渤海油田B中心處理平臺為例，水力旋流器額定處理量500 m3·h-1，若流量低于300 m3·h-1或高于690 m3·h-1，均會影響除油效果。因此，需要根據(jù)實(shí)際處理液量，使用封堵管來替換旋流管或者增加一定數(shù)量的旋流管來保證處理指標(biāo)。例如，單臺水力旋流器實(shí)際處理水量350 m3·h-1，經(jīng)計(jì)算，需要88根盲管、142根旋流管，屆時，設(shè)計(jì)處理量為355 m3·h-1，最優(yōu)處理區(qū)間為284～426 m3·h-1。

3.4 氣浮選機(jī)溶氣流程優(yōu)化調(diào)整

根據(jù)氣浮選機(jī)進(jìn)出口水質(zhì)實(shí)時化驗(yàn)結(jié)果，對氣浮選機(jī)溶解氣流量和注氣方式進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，以保證處理效果。

3.5 核桃殼過濾器運(yùn)行模式及反洗參數(shù)優(yōu)化

調(diào)整核桃殼過濾器反洗各步驟時長，通過使用控制變量法對前置反洗持續(xù)時間、攪拌、攪拌反洗、反洗、排水持續(xù)時間五項(xiàng)反洗主要步驟時長進(jìn)行篩選；調(diào)整核桃殼過濾器反洗水量大小，篩選出反洗效果能達(dá)到目標(biāo)效果的最低排量，保證處理效果的同時減少濾料的漏失[10]。

3.6 處理設(shè)備收油頻率及時長優(yōu)化調(diào)整

根據(jù)各級處理設(shè)備進(jìn)出口水質(zhì)實(shí)時化驗(yàn)結(jié)果，對收油頻率和時長進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，將收油量控制在合理區(qū)間，在保證處理效果的同時，盡量降低設(shè)備處理負(fù)擔(dān)。

3.7 優(yōu)選化學(xué)藥劑，調(diào)整注入濃度及加注點(diǎn)

根據(jù)不同時期油田產(chǎn)液情況特點(diǎn)，進(jìn)行化學(xué)藥劑效果評價(jià)及換型工作，挑選更加適合的藥劑類型，提高油水分離效果；根據(jù)出口水質(zhì)情況，持續(xù)摸索化學(xué)藥劑最佳注入濃度，并且通過注入點(diǎn)前移的方式，增加化學(xué)藥劑作用時長。通過渤海油田B中心處理平臺現(xiàn)場數(shù)據(jù)可以看出，通過更改藥劑加注點(diǎn)，藥劑反應(yīng)時間由90秒延長至144秒，水質(zhì)提升效果明顯。

表2 化學(xué)藥劑注入點(diǎn)調(diào)整前后緊湊式氣浮出口水中含油數(shù)據(jù)表

4 海洋石油平臺水處理系統(tǒng)水質(zhì)提升方法總結(jié)

海洋石油平臺水處理系統(tǒng)水質(zhì)提升主要采用節(jié)點(diǎn)分析法，從污水處理的每一級處理設(shè)備進(jìn)行分析，對可能影響污水處理效果的因素有效控制。根據(jù)海洋石油平臺生產(chǎn)運(yùn)行的實(shí)際情況，總結(jié)常用的提升水質(zhì)方法包括：（1）污油水轉(zhuǎn)液運(yùn)行模式優(yōu)化；（2）處理設(shè)備定期排污及內(nèi)部清洗；（3）水力旋流器旋流管數(shù)量調(diào)整；（4）氣浮選機(jī)溶氣流程優(yōu)化調(diào)整；（5）核桃殼過濾器運(yùn)行模式及反洗參數(shù)優(yōu)化；（6）處理設(shè)備收油頻率及時長優(yōu)化調(diào)整；（7）優(yōu)選化學(xué)藥劑，調(diào)整注入濃度及加注點(diǎn)。

5 結(jié)束語

本文所列舉方法僅選取海洋石油平臺典型處理系統(tǒng)進(jìn)行分析，并且是取得了一定成效的提升方法，所列舉提升方法均不需要對流程處理設(shè)備進(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)改造，重要的是舉一反三，采用節(jié)點(diǎn)分析的方法，有針對性的開展污水處理系統(tǒng)水質(zhì)提升工作，以滿足海洋石油平臺注水水質(zhì)及環(huán)境保護(hù)的需求。

［1］陳立峰，張靚.提高油田污水處理效果方法研究［J］.資源環(huán)境與工程，2011,25(04).

［2］白洋，王亞儒.海上油田污水處理系統(tǒng)研究［J］.企業(yè)科技與發(fā)展，2020 (06).

［3］王燕,徐文成.化學(xué)水處理工藝中存在的問題及改進(jìn)對策[J]. 化工設(shè)計(jì)通訊，2022 (03).

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Research and Application of Water Quality Improvement Method for Common Water Treatment System of Offshore Oil Platform

1,CAO Zhi-xing,ZHANG Ning

（1. Caofeidian operation company of CNOOC (China) Co., Ltd., Tianjin 300459, China;2. Oil Production Service Branch of CNOOC Energy Development Co., Ltd., Tianjin 300452, China）

As one of the main waste discharges from offshore oil fields, production sewage is directly discharged into the sea or reinjected into the formation after being treated as qualified. Its treatment effect is of great importance, so it is strictly controlled. The influencing factors of sewage treatment effect are different due to different equipments and processes. In this paper, two commonly used sewage treatment processes were introduced, the influencing factors of sewage treatment effect were analyzed from a single equipment of the sewage treatment system by using the node analysis method, and the common treatment methods for improving water quality of offshore oil platforms in combination with the actual operation of process equipment were puts forward, and obvious results were achieved.

Sewage treatment system; Improving water quality; Node analysis

2022-06-16

田德鵬（1989-），男，天津市人，中級工程師，2011年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）船舶與海洋工程專業(yè)，研究方向：海洋石油工程，現(xiàn)從事海上油氣生產(chǎn)工作。

TK223.5+1

A

1004-0935（2023）01-0073-04