高 娜

(中石化節(jié)能環(huán)保工程科技有限公司，湖北 武漢 430223)

在油氣田生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生的鉆井廢液、壓裂廢液和酸化液是較難處理的一類污染物，油田作業(yè)廢液處理站對三種廢液分別進(jìn)行接收和處理。產(chǎn)生的廢液性質(zhì)復(fù)雜，成分多樣化，因此對現(xiàn)場儀表的選型要求較高。本文以某油田作業(yè)廢液處理站為例，分析其中現(xiàn)場儀表的選型及安裝注意事項(xiàng)。

1 油田作業(yè)廢液處理站工藝流程

廢液處理站采用“機(jī)械破膠+懸浮沉降”的工藝方案，把三種廢液分質(zhì)接收到廢液接收池中，同時用堿液中和接收的酸化廢液。三種處理液通過加藥處理后被提升泵提升至微泡破膠器，然后自流至廢液沉降池。上清液被污水提升泵吸到污水池，沉降后的污泥則被污泥回收泵提取到壓濾機(jī)房。污泥在壓濾機(jī)房被壓濾后拉出交由環(huán)保公司焚燒處理。污水池里的污水經(jīng)過二次加藥后被提升至一體化廢液處理裝置，處理合格的廢液外排。油田作業(yè)廢液處理站工藝流程如圖1所示。

圖1 油田作業(yè)廢液處理站工藝流程

2 三種廢液的主要性質(zhì)

2.1 酸化液

在油氣田生產(chǎn)過程中，酸化是油氣井增產(chǎn)、注水井增注的主要手段之一，利用泵入油層的酸液與油層中的礦物質(zhì)或膠結(jié)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成可溶性物質(zhì)改善油水井的流動方式以增大井眼附近的滲流力[1]。酸化過程中常用的酸化液主要有鹽酸液和土酸液(鹽酸+氫氟酸)兩大類，此外還添加一定量的緩蝕劑。酸化液pH值較低，COD濃度和礦化度高，有強(qiáng)烈腐蝕性，直接接觸可能會造成燒傷，排入土壤后會使土壤酸化，與硫化物反應(yīng)后產(chǎn)生有毒氣體硫化氫，提高空氣的酸度[2]。

2.2 壓裂液

壓裂液是壓裂技術(shù)的重要組成部分，油田壓裂就是利用壓力將地層壓開，形成裂縫，并用支撐劑將它支撐起來，以減小流體流動阻力的增產(chǎn)、增注措施，所用的試劑就是壓裂液[3]。壓裂液是一個總稱，根據(jù)不同的階段大致分為前置液、攜砂液和頂替液?，F(xiàn)階段的壓裂液主要類型是水基壓裂液、油基壓裂液、酸基壓裂液、泡沫壓裂液，其中水基壓裂液成本低、安全性能較高、使用最為廣泛[4]。本工程中使用的是水基壓裂液，水基壓裂液含有多種化學(xué)添加劑成分，為改善壓裂液的各種性能指標(biāo)還會添加pH調(diào)節(jié)劑、高溫穩(wěn)定劑等多種化學(xué)添加劑[4]，具有穩(wěn)定性好、濁度高、COD濃度高和石油類含量高等特點(diǎn)。

2.3 鉆井廢液

在石油開采、鉆探及修井過程中會產(chǎn)生大量的鉆井廢液，主要由鉆井液、鉆屑及各種作業(yè)產(chǎn)生的廢液等組成[5]。鉆井廢液組成復(fù)雜，一般呈堿性，粘稠流體或半流體狀，含有各種有機(jī)和無機(jī)類化學(xué)處理劑，重金屬、COD、含油和表面活性劑等有害物質(zhì)濃度較高[5]。

3 儀表選型及安裝要求

3.1 液位變送器

根據(jù)工藝要求，需要在廢液接收池、廢液沉降池、污水池等工藝場所進(jìn)行液位監(jiān)測，低液位報警并連鎖停相應(yīng)的螺桿泵，同時液位信號就地顯示并遠(yuǎn)傳至值班室。以酸化廢液接收池為例，池體尺寸為4.2 m×4.2 m×2.5 m，低液位報警并連鎖停廢液提升泵。由于液體化學(xué)性質(zhì)較復(fù)雜，腐蝕性高，選用非接觸式儀表，不跟液體直接接觸，因此選用超聲波液位變送器。

超聲波液位變送器工作原理如圖2所示，超聲波換能器(探頭)發(fā)出高頻脈沖聲波遇到被測液位表面被反射回來，部分反射回波被同一換能器接收。超聲波脈沖以聲波速度傳播，從發(fā)射到接收到超聲波脈沖所需時間間隔與探頭到被測介質(zhì)表面的距離成正比。H=CT/2, L=TH-H。探頭發(fā)射的超聲波有一定的寬度，距離探頭比較近的一小段區(qū)域內(nèi)反射波與發(fā)射波重疊，不能測量距離值，這個區(qū)域稱為盲區(qū)。

注：當(dāng)前液位L，測量距離H，安裝高度TH

根據(jù)工藝要求，選用的超聲波液位變送器工藝參數(shù)如表1所示。

表1 超聲波液位變送器主要工藝參數(shù)

由于各個廢液接收池頂部加蓋玻璃鋼蓋板，液位變送器需要在頂部開孔安裝，且不應(yīng)安裝在進(jìn)料口的上方，信號波束角內(nèi)不應(yīng)有遮擋物[6]，因此本工程中安裝時的開孔位置距離池壁不少于500 mm，儀表的觀測面朝向操作通道，周圍沒有妨礙維修儀表的物體。

圖3 超聲波液位變送器安裝圖

3.2 投入式溫度變送器

本工程中為了中和接收的酸化廢液，建造了液堿池。工程施工地點(diǎn)離海邊較近，為了防止溫度較低時液堿析出，液堿池中采用了加熱盤管，因此需要監(jiān)測實(shí)時溫度，且溫度信號就地顯示并遠(yuǎn)傳至值班室。液堿池尺寸為4.2 m×4.2 m×4.7 m。因池子較深，選用投入式溫度傳感器。投入式一體化溫度變送器采用溫度傳感器，變送輸出4～20 mA的標(biāo)準(zhǔn)信號，防止電纜出線，采用不銹鋼材質(zhì)，溫度探頭放置在前端。其參數(shù)要求如表2所示。

投入式溫度變送器采用的測量元件是鉑熱電阻，由純鉑絲繞制而成，溫度范圍為-200～850℃，精度高、性能可靠、抗氧化性能好、物理化學(xué)性能穩(wěn)定。液堿池上方有玻璃鋼蓋板，同樣需要打孔安裝。

表2 投入式溫度變送器主要工藝參數(shù)

3.3 電磁流量計(jì)

作為油田作業(yè)廢液處理站，需要統(tǒng)計(jì)處理廢液的瞬時流量和累計(jì)流量。因此在一體化廢液處理裝置的出口處安裝流量變送器，顯示瞬時流量、累計(jì)流量且流量信號遠(yuǎn)傳至值班室。因廢液中含有各種離子如Cl-、Mg2+等，具有導(dǎo)電性，因此選用電磁流量計(jì)，能夠測量酸、堿、鹽溶液以及帶有固體顆粒的流量。

導(dǎo)電的流體介質(zhì)在磁場中作垂直方向流動而切割磁力線，會在兩個電極上產(chǎn)生感應(yīng)電勢，感應(yīng)電勢與體積流量具有線性關(guān)系，因此在管道兩側(cè)各插入一根電極，便可引出感應(yīng)電勢，由儀表指出相應(yīng)流量的大小[7]。電極一般由非導(dǎo)磁的不銹鋼材料制成，電極安裝時宜在管道水平方向，防止沉淀物堆積在電極上而影響測量準(zhǔn)確度。為了防止導(dǎo)管被腐蝕并使內(nèi)壁光滑，需要在測量導(dǎo)管內(nèi)壁涂上絕緣襯里。電磁流量計(jì)的參數(shù)要求如表3所示。

表3 電磁流量計(jì)主要工藝參數(shù)

316L不銹鋼比316不銹鋼的含碳量低，且316L不銹鋼的耐腐蝕能力和焊接性都顯著優(yōu)于316不銹鋼，從生產(chǎn)成本來說，316不銹鋼比316L不銹鋼的生產(chǎn)成本稍低，但差異并不是特別大，因此電極材料選用316 L。

聚四氟乙烯(PTFE)是由四氟乙烯經(jīng)聚合而成的高分子化合物，化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性、密封性和電絕緣性較強(qiáng)，具有良好的抗老化能力，因此使用聚四氟乙烯做襯里材料。

電磁流量計(jì)的安裝要求，上游直管段長度不應(yīng)小于5倍管徑，下游不應(yīng)小于2倍管徑[8]，因此本工程安裝時前直管段為5倍管徑，下游為3倍管徑。

4 總結(jié)

本文以某油田作業(yè)廢液處理站的實(shí)際工藝流程為基礎(chǔ)，分析了其中的廢液性質(zhì)和化學(xué)環(huán)境，針對工藝需求進(jìn)行相應(yīng)儀表的選型，設(shè)置參數(shù)要求及安裝要求，對實(shí)際作業(yè)廢液處理站的儀表使用具有一定的理論依據(jù)和實(shí)踐意義。

[1]趙云剛,李正偉,王小麗.針對油水井酸化問題的探討[J]. 中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2013,33(15):190.

[2]衛(wèi)秀芬.壓裂酸化措施返排液處理技術(shù)方法探討[J]. 油田化學(xué),2007(4):384-388.

[3]佟曼麗.油田化學(xué)[M].東營：石油大學(xué)出版社,1997:79-81.

[4]呂彥清.水基壓裂液添加劑的研究與應(yīng)用[D].蘭州:蘭州理工大學(xué),2011.

[5]叢曉強(qiáng),張 一,王海燕,等. 油田鉆井廢液的處理技術(shù)進(jìn)展[J].廣州化工,2012,40(9):38-39,49.

[6] 中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會化工分會.GB 50093-2013 自動化儀表工程施工及質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].北京:中國計(jì)劃出版社，2013.

[7]陳憂先.化工測量及儀表[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2010.

[8] 中國石油天然氣集團(tuán)公司.GB/T 50892-2013 油氣田及管道工程儀表控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國計(jì)劃出版社,2013.

(本文文獻(xiàn)格式：高娜.淺析油田作業(yè)廢液處理站常用儀表選型[J].山東化工,2018,47(7):114-115,119.)

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