渤海油田注水水質處理流程及影響因素

李文力，周日，周成江，劉珠呈

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300450)

0 引言

海上油田注水是一種增產技術[1]，它通過向油藏中注入符合一定標準的水來提高油藏壓力和溫度，從而促進油的流動性，提高采收率。因此，注水水質的重要性主要體現在以下方面：(1)注入低質量的水可能導致油藏污染、堵塞甚至礦化，影響增產效果[2]；(2)注水水質不符合要求會使注水設備加速老化，減少使用壽命，同時也會加大維護難度和成本；(3)注入未經處理的水或含有有害物質的水可能對周邊環境和生態造成影響，對海洋生態系統造成損害，影響漁業資源等。因此，注水水質的重要性在海上油田開發中不可忽視，油田企業需要對這一問題高度重視，嚴格按照國家或地方規定的標準進行注水作業。

1 設備設施對注水水質影響

渤海地區海上采油平臺由于受空間以及作業環境限制對生產污水處理設備選擇有以下基本原則：(1)滿足油田生產污水最高峰處理量要求；(2)設備需要體積小、占地面積小、效率高等特點；(3)結構簡單易操作；(4)性價比高；(5)易維修，使用壽命長。

因此海上油田生產污水處理設備主要有：水力旋流器、斜板除油器、加氣浮選器、核桃殼過濾器、精細濾器、快速過濾器等。根據設備結構以及工作原理分工不同，水力旋流器和斜板除油器一般作為第一級生產污水處理設備，處理含油比較高的生產污水，一般二選一即可，下一級依次為加氣浮選器、核桃殼過濾器。以上設備主要作用為去除生產污水中的油污，使水中含油達標。精細濾器以及快速過濾器主要作用為去除含油達標后的生產污水和地層水中懸浮物的設備。

為了更好地保證注水水質合格，要對生產污水處理設備做到懂結構懂原理，下面針對以上設備對其工作原理進行簡單介紹。

1.1 水力旋流器工作原理

水力旋流器是進行含油污水處理的重要設備，其體積小、占地面積小、除油效率高，近些年在海上采油平臺得到了廣泛應用。水力旋流器內部有很多錐形旋流管，進出口存在一定的壓差，使含油污水在一個個圓錐管內高速旋轉，利用密度不同產生離心力不同的原理，密度大的水受離心力的作用甩向圓錐管管壁，而密度稍小的油滴則被擠向圓錐管的中心，分離開的油和水可以從不同的出口分別流出，達到使含油污水脫油的目的[3]。旋流管結構示意圖如圖1所示。

圖1 旋流管結構示意圖

如圖1所示，結合其結構示意圖以及工作原理，會發現入口流體中含氣量以及雜質會對其有一定的影響，含氣量多了會影響旋流管離心作用，雜質多了會造成旋流管出口堵塞(旋流管油相出口比較細小)。因此需在其入口前增加濾網(已經增加排氣管線)，減少雜質以及氣體進入水力旋流器。

1.2 斜板除油器工作原理

斜板除油器是利用油與水、懸浮物與水的比重差進行重力分離，同時利用淺池理論設置斜板，使分離表面積增加，保證油珠和懸浮物微粒被有效的去除，從而大大提高了油、懸浮物分離效率[4]。污水由上部進入聚結區，聚結區聚結板能夠將分散油和大部分的乳化油聚結變大后油斜管區去除，懸浮物隨水流升至斜板沉淀區，使固液快速分離，分離后的固體懸浮物在重力作用下下沉。除油效率和水力旋流器除油效率相差不大，但占地面積比水力旋流器要大，現場要根據實際情況來選擇。

1.3 加氣浮選器工作原理

加氣浮選器含油污水處理的基本原理是設備內部大量微小氣泡進入含油污水中，將微小氣泡作為載體，其與污水中的油珠和懸浮絮粒相互粘附，使小的油珠聚集，并形成整體密度小于水的浮體上浮至水面，達到使含油污水油水分離的目的[5]。

氣浮法處理含油污水分為多種類型，但海油采油平臺常用的氣浮法為噴射式氣浮法。

噴射式氣浮主要由：噴射器、加藥系統、循環氣系統組成，其中噴射器采用文丘里管原理設計，氣浮循環泵的出口水進入噴射器內，通過噴嘴直徑變小產生負壓，將氣浮頂部覆蓋氣吸入，液體和氣體在噴射器內充分混合細化后，從末端噴出，形成大量分散的微小氣泡均勻分布在氣浮混合室底部進入流體中，到頂部后氣體分離出，氣體可以實現內循環。循環泵的入口水源為氣浮處理后清水室水源。在混合室形成的微小氣泡攜帶流體中的油滴及懸浮物浮至液面上，由混合室的一次收油槽和二次收油槽將油污導出，混合室處理后的流體進入清水室，清水室也設置一收油槽。為了收取殘余油污，但氣浮收油效率主要在混合室，因一次收油槽為固定的長方形，優點收油面積大，一次收油效率可達到80%，缺點為固定式的無法調節，只能通過調節混合室液位來達到收油的目的。二次收油槽高度可以通過外部手輪調整。加氣浮選器結構如圖2所示。

圖2 氣浮選器結構示意圖

結合噴射式氣浮結構以及工作原理可知，影響其收油效果的因素比較多，有噴射器負壓吸入的氣體量、一二收油效果等。但是在工況穩定的情況下，只需要對一次收油情況多加關注，二三次收油間歇性收油即可，由于一次收油槽起到主要收油作用，因此一次收油要持續收油。

1.4 核桃殼過濾器工作原理

核桃殼過濾器除油的工作原理是利用內部濾料實現過濾分離，其內部濾料采用一種特殊的核桃殼作為過濾介質，其耐油性質高。利用核桃殼顆粒比表面積大、吸附力強、截污量大的特性，將水中的油和懸浮物去除[6]。過濾時，含油污水自上而下，經布水管、核桃殼濾料層、集水管完成過濾。反洗時，水流自下而上，由于濾料親水不親油的性質，在反洗時攪拌核桃殼，使其在運動中相互磨擦，增強脫附能力，使再生能力加強，使濾料得到徹底清洗。由于化學穩定性好，有利于過濾器性能長期穩定，不過濾料按要求要定期更換，更換的核桃殼濾料尺寸要符合標準，不能太小，防止濾料流失。

1.5 精細濾器工作原理

精細濾器主要元件是由多組濾芯組成的，其濾芯制作材料采用一種不銹鋼金屬纖維多孔濾材經折疊制成的，在相同的體積下過濾面積是常規管狀濾芯的3～4倍，因而具有處理量大的特點。且濾芯抗油浸，可清洗再用、過濾精度高、吸附力強、截污量大，能夠做到油、懸浮物雙效去除，但主要作用是去除懸浮物，易再生、反洗不加藥，可串聯或并聯使用等特點。

但是內部容易結垢堵塞過濾空隙，結垢后反洗除垢效果不佳，只能進行拆卸清理，由于濾芯內部制作特點，清洗難度大，更換濾芯費用高，目前已被其他設備取代。

1.6 快速過濾器工作原理

快速過濾器采用特殊集水式設計，濾料為改性纖維球，能夠將含油懸浮物截留在濾料上，反沖洗時易脫除。其特點是：在一定的過濾速度下污水流入壓緊的濾料，經纖維球濾料過濾后，由水收集器流出，內部纖維球將懸浮物截留在纖維球表面；當濾料截留物質增多，進出口壓差增大時，即需反沖洗，反沖水從水收集器流入松散的濾料，清洗濾料后流出，反沖洗時在較高的水流速度下，懸浮物可以脫離材料表面，從而達到清潔纖維球的目的。反沖洗也可設定為自動反沖洗，多為幾個快速過濾器為一組。一個快速過濾器反洗時不影響其他過濾器正常過濾，使用方便，反洗效果好，僅需要定期更換濾料即可滿足處理要求。

1.7 水處理設備原理小結

以上為生產污水處理常用設備的工作原理以及內部結構，了解設備的工作原理及結構是為了清楚設備如何運轉，更好地操作設備，出現故障及時解決，不影響其處理效果。生產污水處理不是某一個設備就能達到處理標準，而是多個設備串聯起來，互相銜接運轉。生產污水處理其實就是一個系統，例如生產污水處理一般先處理水中含油及較大懸浮物微粒，再處理懸浮物；先對水中含油進行高效處理，將其含油量降低再進一步除油。只有保證上一級設備穩定運轉才不會對下一級處理設備有影響，若每一級都能到達其處理效果，則注水水質就能得到保證。

不管什么設備均有其操作要求，一是為了安全，二是為了達到其最佳運轉工況，生產污水處理設備也不例外。各個生產污水處理設備都有其要求的操作壓力、操作溫度、進口水質指標范圍、處理量范圍等一些基本要求，為了達到污水最佳處理效果，必須在其要求范圍內工作，超出其要求范圍，會對設備處理效果有很大影響，極大可能出口水質不達標，對下一級設備造成負擔。值得注意的是，每個設備還有其設計壓力設計溫度，是為了保證安全，處理量超出要求范圍還可以認為超載，但是若壓力溫度超出設計要求，那就是直接影響安全，這種現象應杜絕出現。為了保證注水水質一直達標，每一級設備都極其重要，最基本的要求就是要保證每個設備在其要求范圍內運轉。

2 化學藥劑的選擇

為了滿足每一級設備高效穩定運轉以及注水水質的達標，也離不開化學藥劑的選擇，生產污水處理系統中的化學藥劑要根據藥劑的作用機理以及現場實際需要進行選擇，選擇錯誤的化學藥劑反而得不償失。為了保證化學藥劑選擇的正確性，在使用前必須進行化學藥劑配伍性實驗，即是否與生產污水反應產生沉淀或者絮狀物等影響設備處理的物質出現，以及不同藥劑在同一個設備容器內是否發生化學反應，影響化學藥劑作用機理。若是就需要考慮是否必須同時注入，還是可以分開點位注入。這些基本的工作做好后，才可以選擇注入。

根據藥劑作用機理不同，其注入濃度也是不同的，否則會造成不必要的浪費，要有合適的注入濃度才能到達最佳效果。其注入濃度和生產污水處理效果也有很大的關系，注入量與生產污水處理量比之的百萬分之叫注入濃度。如何達到最佳效果，這就要求某種化學藥劑注入時現場人員做好跟蹤對比，根據化學藥劑的作用機理不同，需要化驗的數據液不相同。例如有利于除油的化學藥劑的注入，在其他工況不變的情況下，看設備出口含油是否降低，再調整此種化學藥劑的注入濃度，對比那種濃度下的處理效果最好，最后確定注入濃度。注入濃度確定后，一個周期內(根據現場實際情況，某一個時間段內不需要對化學藥劑再次篩選)，但是注入量要根據生產污水處理量及時做好調整。化學藥劑也要做好日常管理，禁止過期藥劑注入，保證藥劑干凈無雜質。

化學藥劑的注入離不開化學藥劑泵，日常工作中也要做好化學藥劑泵的檢查維護。為了防止化學藥劑泵故障影響化學藥劑注入，進一步影響生產污水處理效果，化學藥劑泵必須做到一用一備。

3 海上油田水處理技術展望

3.1 水處理設備技術改進

不是說注水水質達標就可以了，水質越好對地層越有利。隨著技術不斷進步，設備不斷更新換代，根據現場需要結合實際情況，不斷進行對新技術應用的摸索和新設備的替換。例如水質在線監測可以實現實時在線監測，可以取代人員定期化驗，提高了監測效果，但是化驗人員也要做好跟蹤，防止在線設備故障。

3.2 完善人員管理

設備設施都離不開人員操作，人員的技能水平高低對生產污水水質處理有很大影響。人員技能水平參差不齊，對現場設備的認知有深有淺，操作習慣也不相同。因此，需要根據各設備工作原理及現場實際制定標準操作程序，所有人員按照操作程序執行，例如設備的投用、關停、反洗、濾料更換等一系列動作。這樣不會因為技能水平不足致使操作設備出現誤操作，對設備造成損壞或者影響設備處理效果。需要注意的是，設備操作程序要不斷結合現場實際進行更新。

另外操作人員也要做好現場數據的收集整理，與化驗數據相結合，學會分析判斷，甚至做到提前干預，保證設備的穩定運行，還需要做好現場巡檢。人員思想認識的提升對保證注水水質合格起到很大作用，要加深人員水質不合格危害性的宣傳貫徹力度，提高人員責任心。

4 結語

注水水質合格對地層是一種保護，也是注水開采的最基本要求，直接影響注水在地層的流通情況，因此必須保證注水水質合格，總的來說要保證注水水質的合格就需要從以下幾點做起：

(1)保證生產污水處理設備高效穩定運行，不超負荷運轉，各級設備處理均合格。

(2)做好化學藥劑選擇及選型。充分了解所使用的化學藥劑機理，有些化學藥劑對某種設備是必須的，有些是非必要的，這就要求我們對相應的化學藥劑做好跟蹤。

(3)做好新技術新設備的應用。為了提質增效，人員技能水平要達標，對設備工作原理，操作程序要熟練掌握。