王繼良, 吳威，牟楠，孔德鈺

(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300457)

海上油田酸化返排液處理工藝研究

王繼良, 吳威，牟楠，孔德鈺

(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300457)

海上油田酸化返排液處理技術(shù)選用氣浮隔油-斜板除油-中和絮凝過(guò)濾的工藝流程。采用實(shí)際海上油田酸化返排液，對(duì)氣浮隔油、斜板隔油、中和過(guò)濾等處理單元進(jìn)行模擬試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用氣浮隔油池-斜板除油器的工藝流程處理海上油田酸化返排液是可行的。處理出水達(dá)到考核指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了酸化返排液油水分離的目的。優(yōu)選出了預(yù)分離處理設(shè)備及參數(shù)，確定了最優(yōu)及最經(jīng)濟(jì)的預(yù)分離單元工藝方案。

海上油田酸化返排液；油水分離；工藝研究；氣浮隔油；斜板除油；中和；過(guò)濾

在海上油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中，由于井下工藝復(fù)雜，返排出的酸化液含油量波動(dòng)大，懸浮物質(zhì)量濃度高，如果不進(jìn)行預(yù)分離處理，會(huì)對(duì)后端流程處理造成很大影響，導(dǎo)致出水水質(zhì)不能達(dá)標(biāo)。筆者以海上油田酸化返排液為處理對(duì)象，進(jìn)行水質(zhì)分析和處理方法研究，優(yōu)選出酸化返排液預(yù)分離處理裝置的工藝及參數(shù)。

1 工藝流程及考核指標(biāo)

1.1 試驗(yàn)流程

圖1 試驗(yàn)研究流程圖

酸化返排液油水預(yù)分離工藝流程如圖1所示，通過(guò)對(duì)酸化返排液進(jìn)行水質(zhì)分析和設(shè)備試驗(yàn)評(píng)價(jià)后，優(yōu)選出酸化返排液預(yù)分離處理裝置的工藝及參數(shù)。

1.2 考核指標(biāo)

酸化返排液處理出水考核指標(biāo)如表1所示。海上油田酸化返排液的出水考核指標(biāo)，所需要處理的指標(biāo)為：油、水、懸浮物。根據(jù)水質(zhì)特點(diǎn)及水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)初步確定采用的處理工藝為氣浮隔油-斜板除油-中和過(guò)濾的工藝流程。

表1 酸化返排液處理出水考核指標(biāo)

2 工藝試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 氣浮隔油池試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)返回的酸化返排液進(jìn)入氣浮隔油池，氣浮隔油池的作用主要是通過(guò)微小氣泡將水中的懸浮油和分散乳化油攜帶到返排液的表面，過(guò)程中使浮油和部分乳化油聚結(jié)成較大顆粒后向上漂浮，實(shí)現(xiàn)油水分離[1]。

在氣浮過(guò)程中，溶入的氣體經(jīng)驟然減壓釋放，產(chǎn)生出微細(xì)、粒度均勻、密集度大的微小氣泡。其中氣泡直徑的大小對(duì)油的黏附和攜帶性能有決定影響，根據(jù)流體力學(xué)中的牛頓公式可間接計(jì)算出氣泡直徑:

式中：Dp為氣泡直徑，mm;ρL和ρG分別為液相和氣相(空氣)的密度，ρL取值0.998g/cm3，ρG取值1.025×10-3g/cm3；g為重力加速度，取值9.8m/s2；vt為氣泡的上浮速度，mm/s。試驗(yàn)運(yùn)行的溫度均為28℃。

圖2 隔油池不同氣浮壓力的分離效果

圖3 隔油池不同氣浮時(shí)間的分離效果

從牛頓公式可以看出，氣泡直徑的大小與上浮速度的平方呈正比。通過(guò)氣浮壓力→氣泡上浮速度→氣泡直徑大小的關(guān)系，試驗(yàn)將設(shè)置不同的氣浮壓力的單因素，來(lái)考察氣泡直徑大小對(duì)氣浮隔油池的除油效果的影響。

由于現(xiàn)場(chǎng)酸化作業(yè)的工作性質(zhì)，導(dǎo)致返出的酸化返排液含油量波動(dòng)較大。分別配制含油質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、10%、15%、20%、30%的酸化返排液，通過(guò)模擬來(lái)水含油量波動(dòng)的情況下，氣浮隔油池的處理效果，優(yōu)選出氣浮隔油池最佳的工藝參數(shù)。從圖2可以看出，隨著隔油池氣浮壓力升高，酸化返排液分離出的污水中的油相含量逐漸減低；不同氣浮時(shí)間條件下，隨著隔油池氣浮壓力升高，酸化返排液分離出的油相中的含水率逐漸升高；當(dāng)氣浮壓力超過(guò)15psi(1psi=0.0068948MPa)，油相中含水率接近或超過(guò)30%。

從圖3可以看出，隔油池氣浮時(shí)間越長(zhǎng)，酸化返排液中分離出的污水中的含油質(zhì)量分?jǐn)?shù)越低。不同氣浮壓力條件下，隔油池氣浮時(shí)間越長(zhǎng)，酸化返排液中分離出的油相中的含水率越高，當(dāng)氣浮時(shí)間超過(guò)20min，油相中含水率普遍超過(guò)30%。

同時(shí)氣浮壓力越大，即氣泡直徑越小時(shí)，油水分離的效果越好。最小氣浮壓力9psi(0.062MPa)時(shí)，氣泡上浮速度88.65mm/s，代入牛頓公式求出氣泡直徑為0.32mm，所以在氣泡直徑不大于0.32mm時(shí)，氣浮隔油池有良好的油水分離效果。

2.2 撇出油脫水性能

在氣浮隔油池試驗(yàn)中，隨著氣浮壓力和時(shí)間增加，撇出油的含水率也明顯增加。觀察到撇出的酸化油中有非常多的微小氣泡，其攜帶的游離水導(dǎo)致含水率升高[2]。圖4為不同時(shí)間對(duì)撇出油脫水性能影響?？梢钥闯鰧⒏粲统胤蛛x出的原油加熱至80℃，恒溫時(shí)間越長(zhǎng)，油相中含水率越低，但油相中含水率降低至14%左右后，恒溫?zé)o法再降低其含水率。

圖4 隔油池不同氣浮時(shí)間的分離效果

2.3 斜板除油器試驗(yàn)

斜板除油器采用異向流原理，內(nèi)設(shè)有機(jī)玻璃斜管，傾斜角50°，污水通過(guò)斜板除油器下部進(jìn)入，沿斜板向上流動(dòng)，然后通過(guò)斜管填料進(jìn)入底部溢流管，浮油和部分乳化油在斜管填料中聚結(jié)成較大顆粒后向上漂浮，污油經(jīng)回收口流出罐體[3]。斜板除油器試驗(yàn)將考察來(lái)水含油量≤1000mg/L時(shí)的除油效果，同時(shí)優(yōu)選出氣浮隔油池最佳的工藝參數(shù)：①氣浮壓力；②氣浮時(shí)間。由圖5可以看出，氣浮斜板除油器氣浮時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)樣品中油去除效果越好，但當(dāng)氣浮時(shí)間超過(guò)20min后，樣品中含油去除效果無(wú)明顯變化。因此氣浮斜板的氣浮時(shí)間以≤20min為宜。由圖6可以看出，氣浮斜板除油器氣浮壓力越高，對(duì)樣品中油去除效果越好，但當(dāng)氣浮壓力超過(guò)15psi后，對(duì)樣品中含油去除效果減弱。因此氣浮斜板的氣浮壓力以9～15psi為宜。

圖5 斜板除油器不同氣浮時(shí)間的分離效果

2.4 中和絮凝過(guò)濾試驗(yàn)

酸化返排原液在進(jìn)行中和后，污水樣中出現(xiàn)了大量絮體和固體懸浮物，影響污水樣的后續(xù)處理，故應(yīng)加入適當(dāng)?shù)男跄齽┦刮鬯械男躞w和固體懸浮物聚集、下沉，保證后續(xù)處理能順利進(jìn)行[4，5]。絮體的主要成分是Fe(OH)2和Fe(OH)3膠體，加入PAC聚合氯化鋁絮凝聚沉后取上清液測(cè)懸浮物，并以原水懸浮物20mg/L做對(duì)照。加入絮凝劑PAC后，懸浮物質(zhì)量濃度情況如圖7所示。PAC質(zhì)量濃度為250mg/L時(shí)，絮凝效果最佳。將沉降后的絮體和酸化返排液通過(guò)核桃殼過(guò)濾，過(guò)濾效果如表2所示。雖然核桃殼過(guò)濾對(duì)懸浮物的去除率達(dá)到了90%以上，但是中和絮凝反應(yīng)產(chǎn)生了大量絮體，會(huì)加重整個(gè)流程處理的負(fù)擔(dān)。

圖6 斜板除油器不同氣浮壓力的分離效果

圖7 絮凝劑PAC的絮凝效果

序號(hào)濾前懸浮物質(zhì)量濃度/(mg·L-1)濾后懸浮物質(zhì)量濃度/(mg·L-1)113451152132010331375126

3 結(jié)論

1)酸化返排液采用氣浮隔油和氣浮斜板除油器可以達(dá)到油相中含水率≤30%，水相中含油質(zhì)量濃度≤1000mg/L的分離目的。

2)由于中和絮凝后酸化返排液產(chǎn)生大量絮凝物，處理困難，因此酸化返排液的預(yù)處理不進(jìn)行中和處理。

3)為降低分離后的油相中含水率，可采用加熱方式除水，加熱溫度為80℃。

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2017-02-10

王繼良(1981-)，男，工程師，現(xiàn)從事油田增產(chǎn)增注措施和三次采油技術(shù)研究工作，wangjl7@cnooc.com.cn。

[引著格式]王繼良, 吳威，牟楠，等.海上油田酸化返排液處理工藝研究[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版), 2017,14(23):87～90.

TE357

A

1673-1409(2017)23-0087-04

[編輯] 帥群