（中國(guó)石化集團(tuán)勝利油田設(shè)備管理處，山東 東營(yíng) 257001）

旋流凈化技術(shù)在海洋修井平臺(tái)壓載水處理中的應(yīng)用

叢 巖

（中國(guó)石化集團(tuán)勝利油田設(shè)備管理處，山東 東營(yíng) 257001）

介紹了海洋修井平臺(tái)海水壓載系統(tǒng)以及壓載水常用的處理工藝，分析了現(xiàn)有壓載水處理方法存在的問(wèn)題，提出了旋流凈化技術(shù)在海洋修井平臺(tái)壓載水凈化處理系統(tǒng)中的應(yīng)用，并對(duì)其凈化效果進(jìn)行了驗(yàn)證。

旋流凈化技術(shù)；修井平臺(tái)；壓載系統(tǒng)；應(yīng)用驗(yàn)證

海洋修井平臺(tái)主要擔(dān)負(fù)著海上修井、試油、完井防砂、酸化壓裂等油水井措施增產(chǎn)任務(wù)，在勝利淺海油田勘探開(kāi)發(fā)中發(fā)揮著重要的作用。海洋修井平臺(tái)海上施工主要按以下步驟來(lái)完成：拖航-就位-壓載-調(diào)平臺(tái)對(duì)正井口-實(shí)施油水井作業(yè)。在整個(gè)過(guò)程中，平臺(tái)壓載是通過(guò)增加平臺(tái)可變載荷將平臺(tái)樁腳和部分樁腿壓過(guò)泥層至巖層，使平臺(tái)獲得一個(gè)穩(wěn)定的支撐基礎(chǔ)，保證全作業(yè)過(guò)程平臺(tái)的穩(wěn)性，以應(yīng)對(duì)海上劇烈臺(tái)風(fēng)、涌浪、海冰等對(duì)海洋修井平臺(tái)的沖擊。因此，壓載是海洋修井平臺(tái)作業(yè)的至關(guān)重要一環(huán)。

通常采用的壓載方法為：采用海水提升泵將海水提升至平臺(tái)甲板預(yù)先敷設(shè)的壓載管系內(nèi)，通過(guò)壓載水調(diào)駁泵實(shí)現(xiàn)對(duì)平臺(tái)所有壓載艙室的壓載。由于海水水質(zhì)中存在大量的懸浮泥沙、微生物和海生物，壓載過(guò)程中這些物質(zhì)逐漸沉積在艙底，日積月累，就會(huì)在壓載艙底形成淤泥，一方面增加不必要的平臺(tái)載荷，增加作業(yè)過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)；另一方面，微生物在艙室內(nèi)繁殖，破壞防腐漆面，加劇材料腐蝕，降低平臺(tái)使用壽命。目前，常采用粗濾器、微生物殺滅裝置等對(duì)海水進(jìn)行處理，其效果不明顯。本文采用壓載水旋流凈化技術(shù)對(duì)提升的海水進(jìn)行預(yù)處理，較好地實(shí)現(xiàn)了海水的清潔凈化，可有效避免壓載艙內(nèi)泥質(zhì)和微生物的淤積。

一、修井平臺(tái)海水壓載系統(tǒng)簡(jiǎn)介

海洋修井平臺(tái)的壓載系統(tǒng)主要由海水提升泵、海水入口管線(xiàn)、過(guò)濾裝置、壓載總管、海水調(diào)駁泵、管匯、分支管線(xiàn)等組成。其原理圖如圖1所示。

平臺(tái)壓載時(shí)，安裝在海水提升泵架下的3臺(tái)潛水泵可從海中提升海水，海水經(jīng)粗濾進(jìn)入壓載總管，再經(jīng)管匯分流，輸送至各個(gè)壓載艙室，實(shí)現(xiàn)對(duì)平臺(tái)的壓載。調(diào)駁泵與管匯相連接，可以從各個(gè)壓載艙、海水艙抽吸海水由船底排海，也可對(duì)左右舷壓載艙進(jìn)行壓載水調(diào)駁。在海水艙頂部設(shè)有溢流管線(xiàn)，滿(mǎn)艙后可直接排海。同時(shí)，在每個(gè)壓載艙和海水艙安裝1個(gè)艙底泄放閥，可對(duì)艙室進(jìn)行排載。

二、平臺(tái)壓載水凈化技術(shù)的現(xiàn)狀

目前，海上平臺(tái)對(duì)壓載水的處理主要有兩大類(lèi)：一類(lèi)為預(yù)防法；還有一類(lèi)為后期處理法。

1.預(yù)防法

預(yù)防法是對(duì)進(jìn)入平臺(tái)的海水進(jìn)行預(yù)處理，消除海水中的雜質(zhì)和微生物，保持壓載艙的長(zhǎng)期清潔。這一類(lèi)主要包括以下兩種：

（1）清潔壓載水

此方法是一種有預(yù)見(jiàn)性的壓載，選擇較深水域、水生物少、海水清潔的區(qū)域取水，但此方法比較受限制，不易實(shí)現(xiàn)。

（2）過(guò)濾

在船舶壓載水時(shí)采用過(guò)濾裝置可以過(guò)濾掉體積較大的生物，體積較小的海生物排放到壓載水中，待處理掉。此方法短期奏效，時(shí)間久了海生物就會(huì)沉積在艙壁或管道導(dǎo)致問(wèn)題。

2.后期處理法

（1）紫外線(xiàn)照射

紫外線(xiàn)照射對(duì)不同的海生物有不同的效果，處理效果取決于壓載水的透明度，該方法無(wú)副作用，對(duì)船舶管系、泵、涂裝等無(wú)不利影響。但是該方法需要在艙內(nèi)安裝紫外線(xiàn)裝置，增加投資成本和后期維護(hù)難度。

（2）對(duì)壓載艙加熱

壓載水加熱到80℃能夠殺死所有的海生物，但是，船舶設(shè)計(jì)依據(jù)、要求不同，不但要在艙內(nèi)敷設(shè)加熱盤(pán)管，還要考慮如何避免熱應(yīng)力對(duì)船體強(qiáng)度的影響，比較難以實(shí)現(xiàn)。

（3）臭氧

能有效地殺滅微生物，但是有很強(qiáng)的腐蝕性。

（4）艙內(nèi)消毒

采用氯氣或銅、銀離子對(duì)海水艙進(jìn)行消毒，可以有效殺滅海生物，但是氯氣消毒存在二次污染，且高濃度的銅、銀離子水對(duì)環(huán)境影響也需要進(jìn)一步研究。

（5）對(duì)沉積物進(jìn)行清淤

很多雜質(zhì)和海生物都在壓載水的沉積物中，因此應(yīng)對(duì)壓載艙內(nèi)積存的沉積物定期進(jìn)行清淤，在船舶設(shè)計(jì)中對(duì)船舶做出參數(shù)修訂，最大限度地排掉壓載水的沉積物。

三、旋流凈化技術(shù)在壓載水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用

1.旋流分離器的結(jié)構(gòu)及工作原理旋流分離主要依托旋流器來(lái)實(shí)現(xiàn)，圖2為旋流器工作原理示意圖。

圖2 油水旋流分離器工作原理示意圖

旋流器主體是由入口段、收縮段、分離段和出口段四個(gè)回轉(zhuǎn)體順序連接而成。在入口段有一個(gè)或多個(gè)切向入口，用以輸入液體混合物。入口段的頂面上有一個(gè)溢流出口，用以排出較輕的組分。出口段的尾部是底流出口，用于排出較重的組分。泵注載壓流體混合物通過(guò)切向入口進(jìn)入水力旋流器，促使流體在裝置內(nèi)旋轉(zhuǎn)，水力旋流器的錐形加速了流體螺旋形流動(dòng)，建立了自由的旋渦，創(chuàng)建了大的離心力。離心力致使輕的物質(zhì)（即海水、溶解氣體）游離到水力旋流器的中心，而密度大的物質(zhì)（如固體雜質(zhì)，海生物）由于力的作用被甩到了外壁，通過(guò)在高壓下保持底流，迫使旋渦的海水逆流。結(jié)果，海水流從頂部溢出，而密度較大的固體雜質(zhì)和海生物則流向底流。這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)壓載海水的凈化分離。

旋流分離器具有設(shè)備成本低、外形尺寸小、分離精度高、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、工作性能穩(wěn)定、操作費(fèi)用低等諸多優(yōu)點(diǎn)，是油水分離的理想設(shè)備。某公司生產(chǎn)的旋流器可以清除幾乎100%的固體顆粒、95%的≥50μm的海生物和85%的≥10μm的海生物。

2.旋流分離器的應(yīng)用

根據(jù)旋流器的工作原理，將旋流技術(shù)引入平臺(tái)壓載水處理系統(tǒng)，圖3為壓載水旋流凈化裝置的工藝流程圖。

圖3 壓載水旋流凈化裝置的工藝流程圖

海水進(jìn)入入口管線(xiàn)后，經(jīng)過(guò)采樣器，然后進(jìn)入2臺(tái)并聯(lián)的旋流器CY1和CY2，密度較小的海水、溶解氣等物質(zhì)從上部經(jīng)過(guò)采樣器進(jìn)入到海水總管中，密度較大的雜質(zhì)和海生物經(jīng)過(guò)排污泵及排渣管匯排出，完成壓載海水的凈化。操作人員定期從采樣器采樣測(cè)定雜質(zhì)和海生物含量，若不達(dá)標(biāo)，需對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。

旋液分離罐結(jié)構(gòu)及現(xiàn)場(chǎng)安裝形式如圖4。主要設(shè)備包括旋流器、手動(dòng)蝶閥、排渣泵及排渣管匯、采樣器、壓力表及電控箱等。

3.壓載水凈化效果試驗(yàn)

圖4 壓載水旋流凈化裝置結(jié)構(gòu)及現(xiàn)場(chǎng)安裝形式圖

為驗(yàn)證壓載水旋流凈化裝置的凈化效果，對(duì)凈化處理的海水進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)定。試驗(yàn)按照GB/T11901-1989水質(zhì)懸浮物的測(cè)定重量法，采用膜分離的辦法對(duì)凈化的海水中包含的不同大小的雜質(zhì)含量進(jìn)行測(cè)定。試驗(yàn)所采用的設(shè)備與器材見(jiàn)表1。

表1 海水測(cè)定試驗(yàn)設(shè)備與器材表

實(shí)驗(yàn)步驟如下。

（1）濾膜準(zhǔn)備（前處理）

①濾膜在使用前應(yīng)經(jīng)過(guò)蒸餾水浸泡24h，并更換1～2次蒸餾水。

②將濾膜正確地放在過(guò)濾器的濾膜托盤(pán)上，加蓋配套漏斗，并用夾子固定好。

③約100ml蒸餾水抽濾至近干狀態(tài)（以50～60s為宜）。

④卸下固定夾子和漏斗，再用扁嘴無(wú)齒鑷子小心夾取濾膜置于編了號(hào)的稱(chēng)量瓶?jī)?nèi)，蓋好瓶蓋（可露出小縫隙）。

⑤將稱(chēng)量瓶連同濾膜一并移入103～105℃的烘箱中烘干60min取出，置于干燥器內(nèi)冷卻至室溫后稱(chēng)重；再移入烘箱中烘干30min取出，反復(fù)烘干、冷卻、稱(chēng)量，直至兩次稱(chēng)量的重量差值≤0.2mg為止。

(2)樣品測(cè)定

①用蒸餾水沖洗經(jīng)自來(lái)水洗滌后的抽濾裝置。

②用扁嘴無(wú)齒鑷子小心從恒重的稱(chēng)量瓶?jī)?nèi)夾取濾膜正確放于濾膜托盤(pán)上，再用蒸餾水簡(jiǎn)單濕潤(rùn)濾膜后，加蓋配套漏斗，并用夾子固定好。

③量取充分混合均勻的試樣100ml于漏斗內(nèi)，啟動(dòng)真空泵進(jìn)行抽吸過(guò)濾。

當(dāng)水分全部通過(guò)濾膜后，再用每次約10 ml蒸餾水沖洗量器3次，傾入漏斗過(guò)濾。然后，再以每次約10ml蒸餾水連續(xù)洗滌漏斗內(nèi)壁3次，繼續(xù)吸濾至近干狀態(tài)。

④停止抽濾后，小心卸下固定夾子和漏斗，用扁嘴無(wú)齒鑷子仔細(xì)取出載有懸浮物的濾膜放在原恒重的稱(chēng)量瓶?jī)?nèi)，蓋好瓶蓋（可露出小縫隙）。

⑤將稱(chēng)量瓶連同濾膜樣品擺放在白磁盤(pán)中，移入103～105℃的烘箱中烘干60min取出，置于干燥器內(nèi)冷卻至室溫后稱(chēng)重；再移入烘箱中烘干60min取出，反復(fù)烘干、冷卻、稱(chēng)量，直至兩次稱(chēng)量的重量差值≤0.4mg為止。

(3)計(jì)算

懸浮物含量C（mg/L）按下式計(jì)算：

式中：C——水中懸浮物濃度，g/L；

A——懸浮物+濾膜與稱(chēng)量瓶重量，g；

B——濾膜與稱(chēng)量瓶重量，g；

V——試樣體積，ml。

（4）結(jié)果分析

根據(jù)修井平臺(tái)海水提升泵工作參數(shù)，試驗(yàn)中控制工作壓力分別為0.3MPa和0.12MPa，分別進(jìn)行試驗(yàn)效果統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見(jiàn)表2。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，該裝置對(duì)30μm以上的顆粒分離性能達(dá)100%，且對(duì)各種大小等級(jí)顆粒整體平均分離凈化性能達(dá)到97%。取得了較好的凈化效果。

表2 海水凈化測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

通過(guò)該技術(shù)對(duì)壓載海水的凈化處理，除去了海水中大量的泥質(zhì)和海生物，減少了雜質(zhì)在壓載艙的沉積，減輕了平臺(tái)重量，降低了海上平臺(tái)作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

同時(shí)，降低了壓載艙室清淤的工作負(fù)擔(dān)，減小了雜質(zhì)堵塞管道帶來(lái)的隱患，提升了海上修井平臺(tái)的本質(zhì)安全性。

四、結(jié)論

壓載水旋流凈化技術(shù)在對(duì)海洋修井平臺(tái)的壓載海水進(jìn)行凈化處理時(shí)能夠有效去海水中的大量泥質(zhì)和海生物，減輕了平臺(tái)重量，降低了海上平臺(tái)作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

降低了壓載艙清淤、船舶運(yùn)輸費(fèi)用，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。

壓載水旋流凈化技術(shù)采用的設(shè)備造價(jià)低、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)成本低，且旋流器能夠并聯(lián)、串聯(lián)使用，多級(jí)分離確保分離效果。

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