李慶劉曉瑜王文斌尹先清付家新靖波

（1.油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（長江大學(xué)）；2.海洋石油高效開發(fā)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.中海油研究總院）

熱化學(xué)分離撬裝式含聚油泥處理裝置＊

李慶1劉曉瑜1王文斌1尹先清1付家新1靖波2，3

（1.油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（長江大學(xué)）；2.海洋石油高效開發(fā)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.中海油研究總院）

針對(duì)聚驅(qū)油田現(xiàn)場含聚油泥處理難度大、污染環(huán)境的問題，采用研制的油泥分離劑，根據(jù)熱化學(xué)分離處理技術(shù)原理，按照海上平臺(tái)設(shè)備的防爆要求，研制出撬裝式含聚油泥處理裝置，裝置取得了中國船級(jí)社檢驗(yàn)合格報(bào)告。13臺(tái)（套）主設(shè)備布置在3個(gè)撬裝上，設(shè)備處理能力5m3／d。平均含油14.89%～34.58%的含聚油泥經(jīng)該裝置處理后，污泥殘油可降至0.21%～0.65%，處理完成后，上層原油回收，下層泥水研磨回注。在陸上終端廠、海上平臺(tái)連續(xù)試驗(yàn)結(jié)果顯示，裝置運(yùn)行穩(wěn)定，處理效果良好，環(huán)保效益顯著，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

含聚油泥；熱化學(xué)分離；撬裝式；處理裝置

0 引 言

油田實(shí)施注聚開發(fā)過程中，采出液中不斷有聚合物返出，注聚液在地層運(yùn)移的過程中，與油、水、固體顆粒等相互作用而形成黏度大、乳化程度高、十分穩(wěn)定的油泥，相對(duì)于傳統(tǒng)含油污泥，含有較多的聚合物及其他處理藥劑［1-3］，污泥含油量25%～42%，這些含聚油泥最終都集中在終端廠的污水處理罐中沉積，數(shù)量較大，不僅污染環(huán)境，同時(shí)也造成原油資源的浪費(fèi)［4-6］。目前，油泥的處理方法很多，常用的有焚燒法、熱解吸法、溶劑萃取法和生物處理技術(shù)等，但效果不理想［7-8］。本文通過實(shí)驗(yàn)室分析某油田含聚油泥復(fù)雜的乳化狀態(tài)，研制出高效油泥分離劑EPS361，采用熱化學(xué)分離法［9-13］，優(yōu)選分離工藝，形成完整的含聚油泥處理工藝，設(shè)計(jì)制作了一套5m3／d的撬裝含聚油泥處理設(shè)備，將油、泥、水分離后回收其中的原油，泥水研磨后回注地層［14］，實(shí)現(xiàn)含聚油泥的資源化處理，有效減少了含聚油泥對(duì)環(huán)境的污染。連續(xù)多批次處理陸上終端廠及海上平臺(tái)產(chǎn)生的含聚油泥，結(jié)果顯示，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，處理效果達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。

1 工作原理

撬裝式含聚油泥處理裝置是一種移動(dòng)式處理設(shè)備。采用熱化學(xué)反應(yīng)-分離技術(shù)處理含聚油泥，其關(guān)鍵技術(shù)是選擇合適的油泥分離劑與含聚油泥按一定比例混合，在一定的溫度、攪拌轉(zhuǎn)速下，藥劑與含聚油泥徹底反應(yīng)，打破穩(wěn)定的油水、油泥乳化體系，油分子聚并成大油珠迅速上浮，泥粒則快速下沉聚集，從而達(dá)到油、泥、水三相分層的目的。分層后，上層污油回收，泥水研磨細(xì)化后混入現(xiàn)場注聚系統(tǒng)，回注地層，含聚油泥就地得到有效處理、處置。

2 裝置組成及技術(shù)指標(biāo)

2.1 裝置平面布置

撬裝式含聚油泥處理裝置平面布置簡圖見圖1。

圖1 撬裝式含聚油泥處理裝置平面布置

2.2 裝置組成

裝置設(shè)計(jì)有各種單臺(tái)處理設(shè)備13臺(tái)，包括一個(gè)為反應(yīng)提供熱源的加熱撬，其余設(shè)備布置在兩個(gè)撬裝上，按照海上平臺(tái)設(shè)備的防爆要求進(jìn)行加工［15］，防護(hù)等級(jí)IP55，裝置取得了中國船級(jí)社檢驗(yàn)合格報(bào)告。撬裝之間的主物料、循環(huán)導(dǎo)熱油流程利用S31603高壓軟管通過法蘭連接，電路與信號(hào)流程則靈活運(yùn)用了小型防爆接線盒裝置，極大方便了整個(gè)裝置的拆卸、運(yùn)輸與吊裝，裝置的撬裝組成分別為：

加熱撬1 其作用是為裝置運(yùn)行提供熱源，加熱介質(zhì)為320＃導(dǎo)熱油，裝置運(yùn)行時(shí)需加入1.5t導(dǎo)熱油（儲(chǔ)油槽、膨脹槽、夾套中的總量）循環(huán)使用，油溫可以根據(jù)控制需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，本實(shí)驗(yàn)控制在140～150℃即可。撬裝規(guī)格為1200mm×2000mm×3300mm，凈重1.4t，運(yùn)行負(fù)荷60kW。

反應(yīng)分離撬2 該撬裝上安裝有藥劑罐（0.7m3）、油泥反應(yīng)罐（1m3）、油泥分離罐（1m3），油泥分離罐底部是60°錐形封頭以加速沉降速度，提高分離效果，出口管帶玻璃視鏡便于觀察分離界面的變化。配套有藥劑泵、油泥提升泵、油泥水輸送泵和油泥水出料泵等4臺(tái)泵；藥劑罐和油泥反應(yīng)罐帶有攪拌器，其中反應(yīng)罐的攪拌轉(zhuǎn)速采用變頻調(diào)速控制，便于對(duì)不同油泥調(diào)整不同的攪拌轉(zhuǎn)速。撬裝上的設(shè)備均進(jìn)行保溫處理，撬2規(guī)格為4650mm×2100mm×3200mm，凈重5.1t，滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)14.25kW。

油泥分離及污泥研磨撬3 該撬裝上安裝有0.7m3原油回收罐、1m3泥水緩沖罐和1m3磨料接受罐，配套原油回收泵、泥水研磨循環(huán)泵、研磨機(jī)，其中泥水緩沖罐、磨料接受罐設(shè)有攪拌器，原油回收罐使用過程中保溫（70～80℃）。全套裝置的主控制柜（動(dòng)力操作、信號(hào)的控制和顯示）安裝于次撬裝上。撬3規(guī)格為4450mm×2100mm×3000mm，凈重3.8t，滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)11.5kW。

2.3 外接管線與電源引入

外接管線 原藥進(jìn)口管線，管口DN32，用塑料軟管從原藥桶泵輸往藥劑罐；上水管線，管口DN32，接現(xiàn)場清水或平臺(tái)處理后污水，稀釋配藥用；油泥進(jìn)口管線，管口DN50，外接油泥儲(chǔ)槽，將含聚油泥泵輸至反應(yīng)罐；污油回收管線，管口DN32，從原油回收罐泵輸至現(xiàn)場油系統(tǒng)；研磨物料出口管線，管口DN32，從磨料接受罐通往現(xiàn)場注聚系統(tǒng)；循環(huán)冷卻管線，DN10，外接冷水供研磨機(jī)磨盤散熱用。

電源引入 整個(gè)裝置的電源引入按照海上平臺(tái)電氣使用要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，總電源為三線進(jìn)線380V，控制電源二線進(jìn)線220V，總電負(fù)荷約85.75kW。所有動(dòng)力、信號(hào)控制電纜均采用船用防爆電纜，加熱器動(dòng)力三線進(jìn)線為3×50mm2，控制電源二線進(jìn)線電纜規(guī)格2×2.5mm2；裝置動(dòng)力為三線進(jìn)線為3×16mm2，控制電源為二線進(jìn)線電纜規(guī)格2×1.5mm2。整套裝置共4個(gè)電源接入口。

2.4 技術(shù)指標(biāo)

工藝控制參數(shù) 加熱器導(dǎo)熱油溫度控制在140～150℃，每批次處理含聚油泥250kg，藥劑配制濃度8～10%，藥劑與油泥加入配比為2∶1；反應(yīng)罐內(nèi)油泥反應(yīng)溫度70～80℃，在控制溫度下反應(yīng)30min，反應(yīng)罐攪拌轉(zhuǎn)速160～220r／min，然后將反應(yīng)后的油泥泵輸至分離罐中靜置沉降分離30min，實(shí)現(xiàn)油泥水的分層；分離后的污泥輸入膠體磨研磨細(xì)化至粒徑中值≤15μm左右，膠體磨盤間隙調(diào)整為0.8～1.2mm。目標(biāo)參數(shù) 全天裝置處理油泥量5m3／d，處理后污泥殘油含量低于1%。

3 處理過程與運(yùn)行效果

3.1 處理過程

①導(dǎo)熱油升溫：開啟循環(huán)泵及負(fù)載進(jìn)出口閥門，調(diào)節(jié)導(dǎo)熱油電加熱器，控制導(dǎo)熱油溫度穩(wěn)定在140～150℃；

②配藥：先開啟藥劑罐上的進(jìn)水管，輸入清水或處理后污水450kg（對(duì)應(yīng)液位100cm），從藥劑桶泵入原藥50kg（此時(shí)總液位110cm），攪拌混勻，升溫待用（70～80℃）；

③攪拌反應(yīng)：將配制好濃度的分離劑輸入到油泥反應(yīng)罐（對(duì)應(yīng)液位94cm），啟動(dòng)油泥提升泵將油泥池或污泥儲(chǔ)槽中的含聚油泥輸入到油泥反應(yīng)罐中，輸入250kg（對(duì)應(yīng)液位由94cm上升到126cm）后停泵，達(dá)到所需溫度（70～80℃）后攪拌反應(yīng)30min，攪拌轉(zhuǎn)速控制在200～220r／min；

④靜置分層：反應(yīng)完成后，將物料全部泵入分離罐，恒溫（70～80℃）下靜置30min，使油、水、泥三相分層；

⑤后續(xù)處理：開啟油路閥門及出料泵，回收上層污油至原油接受罐，到達(dá)一定液位高度后經(jīng)原油回收泵輸送至現(xiàn)場油系統(tǒng)；再開啟水路閥門及出料泵，將下層泥水輸送至泥水緩沖罐，然后進(jìn)行污泥細(xì)化研磨操作，完成后將細(xì)化污泥泵入磨料接受罐待回注使用。

3.2 運(yùn)行情況

裝置運(yùn)行平穩(wěn)，分別在陸上終端廠及海上平臺(tái)連續(xù)工作1～2周，裝置連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)處理，達(dá)到全天處理20個(gè)批次，總含聚油泥處理量5m3／d的設(shè)計(jì)要求。

3.3 處理效果

現(xiàn)場含聚油泥被污油浸染、乳化成黑色，經(jīng)過裝置處理后油、水、泥的外觀變化見圖2。

從圖2可以看出，其污泥殘油量明顯降低，幾乎還原了泥水本來的土黃色；經(jīng)檢測，分離出的上層油層中油的質(zhì)量含量達(dá)96%～98%，含水量約4.1%～1.98%，分離處理效果好。含聚油泥處理前后含油量數(shù)據(jù)見表1。

由表1可知，終端廠及海上平臺(tái)現(xiàn)場油泥含油14.89%～34.58%，經(jīng)過撬裝式含聚油泥處理裝置處理后，污泥含油降至0.21%～0.65%，處理效果良好，達(dá)到了裝置設(shè)計(jì)的目標(biāo)參數(shù)要求。

圖2 試驗(yàn)現(xiàn)場泵輸送油、水、泥時(shí)的外觀變化

表1 含聚油泥處理前后含油量

4 結(jié) 論

針對(duì)終端廠及海上平臺(tái)現(xiàn)場的含聚油泥，采用熱化學(xué)分離技術(shù)，研制了一套新型撬裝式含聚油泥處理裝置，整體尺寸L×W×H是11m×2.1m×3.3m，滿負(fù)荷運(yùn)行功率85.75kW；由3個(gè)撬架組成，主體設(shè)備13臺(tái)（套），防護(hù)等級(jí)IP55。

裝置分別在終端廠和海上平臺(tái)開展了連續(xù)試驗(yàn)，運(yùn)行穩(wěn)定，油泥處理量達(dá)到了5m3／d的設(shè)計(jì)目標(biāo)。平均含油量為14.89%～34.58%的含聚油泥經(jīng)裝置處理后污泥含油降至0.21%～0.65%。

新型熱化學(xué)分離撬裝式含聚油泥處理裝置處理含聚油泥效果良好，上層原油回收，下層泥水研磨回注，含聚油泥得到了資源化利用。該裝置的研發(fā)具有良好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保效益與應(yīng)用前景。

［1］ 王琦.油田含聚油泥穩(wěn)定機(jī)理研究［D］.東營：中國石油大學(xué)（華東），2011.

［2］ 李新盛.油泥分離與處理的研究［D］.沈陽：東北大學(xué)，2004.

［3］ 王琦，李美蓉，祝威，等.不同類型清洗劑對(duì)含聚油泥清洗效果及界面性質(zhì)的影響［J］.環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2012，6（5）：1739-1744.

［4］ 柴源，金鑫，于畔，等.清罐油泥資源化綜合利用技術(shù)應(yīng)用［J］.油氣田環(huán)境保護(hù)，2009，19（11）：52-55.

［5］ 黃松芝，劉真凱，賴曉雪.孤東油田含油污泥現(xiàn)狀及處理技術(shù)［J］.油氣田環(huán)境保護(hù)，2002，12（1）：25-27.

［6］ 謝水祥，陳勉，蔣官澄，等.含油污泥燃料化處理劑研制及其作用機(jī)理研究［J］.環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2011，5（6）：1351-1357.

［7］ 劉曉瑜，王文斌，尹先清，等.含聚油泥處理技術(shù)及研究進(jìn)展［J］.中外能源，2013，18（9）：86-91.

［8］ 鄭秋生，邵天澤，霍志堅(jiān)，等.含聚油泥處理技術(shù)研究［J］.油氣田環(huán)境保護(hù)，2014，24（2）：9-11.

［9］ Yin Xianqing，Hu Feifei，Jing Bo，et al.Research on Treatment Technology as Resource of Polymer-Containing Oily Sludge［J］.Advanced Materials Research，2014（6）：2677-2682

［10］孫俊祥.熱化學(xué)法清洗油泥過程中化學(xué)藥劑及工藝條件研究［D］.大連：大連理工大學(xué)，2007.

［11］李一川，王棟，王宇，等.熱化學(xué)清洗法洗滌油泥—回收石油的工藝條件研究［J］.環(huán)境污染與防治，2008，30（3）：39-42.

［12］全翠，李愛民，高寧博，等.采用熱解方法回收油泥中原油［J］.石油學(xué)報(bào)（石油加工），2010，26（5）：742-746.

［13］郭富泰，姜亦堅(jiān)，杜海濤.大慶油田含油污泥化學(xué)清洗工藝技術(shù)［J］.油氣田地面工程，2009，28（1）：4-6.

［14］劉鍵，曹保久，徐菲，等.破乳-混凝-三相分離工藝處理海上平臺(tái)有機(jī)廢水［J］.工業(yè)水處理，2014，34（6）：73-74.

［15］王亮，牛延展.海上平臺(tái)電氣設(shè)備的防爆與防護(hù)等級(jí)分類［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2010（15）：73-75.

（編輯 王薇）

10.3969／j.issn.1005-3158.2015.01.002

：1005-3158（2015）01-0004-03

2014-11-18）

＊國家科技重大專項(xiàng)-海上稠油化學(xué)驅(qū)油技術(shù)（2011ZX05024-004）；中海石油（中國）有限公司重點(diǎn)項(xiàng)目（CCL2012RCPS0231RSN）。李慶，長江大學(xué)化工學(xué)院在讀碩士研究生，研究方向：油田化學(xué)工程。通信地址：湖北省荊州市學(xué)苑路1號(hào)，434023