于成龍 楊 森 曾云飛 岑劍鋒 蘇耀均

中海油能源發(fā)展股份有限公司湛江采油服務(wù)文昌分公司, 廣東 湛江 524057

0 前言

目前，海上油氣田的生產(chǎn)水主要經(jīng)平臺(tái)、FPSO、陸地終端等進(jìn)行處理,滿足國(guó)家相關(guān)法律法規(guī)要求后排海,或回注到地層用于驅(qū)油/保持地層壓力等。海上油氣田生產(chǎn)水處理流程受制于油氣田所在海域、油品性質(zhì)、設(shè)施規(guī)模、排海要求、注水水質(zhì)等因素[1-4]。海上油氣田傳統(tǒng)的生產(chǎn)水處理設(shè)備主要有水力旋流器、板式聚結(jié)器、氣浮選、纖維球精細(xì)過濾器、改性纖維球過濾器、超聲波精細(xì)過濾器等[5-14]。

某海上油田屬海相多層系砂巖油藏,注水層滲透率10×10-3～50×10-3μm2,屬于低滲透地層[15]。根據(jù)油田開發(fā)實(shí)際情況,部分生產(chǎn)水需回注到地層以保持地層壓力。參考SY/T 5329-2012《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)》、Q/HS 2042-2014《海上碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法》及前期研究結(jié)果,油田總體開發(fā)方案推薦油田注入水含油量低于8.0 mg/L、懸浮物顆粒粒徑中值小于2 μm,經(jīng)傳統(tǒng)設(shè)備處理的生產(chǎn)水無法滿足油田回注水水質(zhì)要求。根據(jù)前期研究結(jié)果并借鑒國(guó)內(nèi)外類似油田的實(shí)際開發(fā)經(jīng)驗(yàn),經(jīng)與國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)水處理專業(yè)廠家、科研院所深度技術(shù)交流,綜合經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、平臺(tái)空間等各方面因素制定了生產(chǎn)水先經(jīng)水力旋流器、緊湊式氣浮選裝置處理后,再經(jīng)過核桃殼濾器、陶瓷膜濾器深度處理的技術(shù)方案。因陶瓷膜濾器在國(guó)內(nèi)海上油氣田應(yīng)用案例較少,為驗(yàn)證上述技術(shù)方案的可行性，在某海上油田所依托的老設(shè)施上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

1 陶瓷膜簡(jiǎn)介

陶瓷膜是一種固態(tài)膜過濾分離材料,多孔陶瓷作為載體支持體、微孔陶瓷膜作為過濾層,主要以Al2O3、ZrO2、SiC、TiO2及SiO2等為原材料,采用特殊工藝制備[16-17]。陶瓷膜成品一般呈管狀或多通道狀,管壁密布大量微孔,在壓力作用下液體及小分子物質(zhì)透過膜,大分子物質(zhì)無法透過膜被截留。20世紀(jì)50年代,法國(guó)、美國(guó)為濃縮鈾事業(yè)開發(fā)了陶瓷膜,70年代法國(guó)將其利用在核工業(yè),從此進(jìn)入了商業(yè)開發(fā),80年代中國(guó)開始陶瓷膜研究[18]。因陶瓷膜具有耐酸堿、耐有機(jī)溶劑、耐高溫及機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn),目前已廣泛應(yīng)用于食品、化學(xué)、石油、冶金、制藥、生物工程等行業(yè)。

陶瓷膜在油田生產(chǎn)水處理方面的研究,最早于20世紀(jì)90年代在美國(guó)開展,采用法國(guó)生產(chǎn)的陶瓷膜在海上、陸地油田開展小規(guī)模生產(chǎn)試驗(yàn)[19]。隨著陶瓷膜技術(shù)日益成熟,中國(guó)陸地的大慶、勝利、江蘇、長(zhǎng)慶等及海上JZ 25-1、BZ 25-1、SZ 36-1、BZ 34-2/4、WZ 12-1等油氣田進(jìn)行過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)[20-23],并成功應(yīng)用于LW 3-1、WZ 6-13、BZ 34-2/4等油氣田[24-26]。目前應(yīng)用于油氣田生產(chǎn)水處理的陶瓷膜濾器,絕大部分采用錯(cuò)流過濾工藝,膜面上滯留的顆粒及污染物被料液流經(jīng)膜表面時(shí)產(chǎn)生的剪切力帶走,大大減緩陶瓷膜的污染,延長(zhǎng)清洗周期,為設(shè)備連續(xù)運(yùn)行提供了保障。此外,陶瓷膜濾器占地面積小、自動(dòng)化控制程度高,非常適合海上油氣田生產(chǎn)水深度處理。

2 某海上油田生產(chǎn)水處理工藝流程

根據(jù)前期技術(shù)方案,某海上油田生產(chǎn)分離器分離出的生產(chǎn)水經(jīng)水力旋流器、緊湊式氣浮選裝置處理后,再經(jīng)核桃殼濾器、陶瓷膜濾器深度處理,經(jīng)注水增壓泵、注水泵兩級(jí)增壓后注入地層,具體流程見圖1。

圖1 某海上油田生產(chǎn)水處理工藝流程圖Fig.1 Flowchart of production water treatment processof some offshore oilfield

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

某海上油田所依托老設(shè)施采用水力旋流器和緊湊式氣浮選裝置處理生產(chǎn)水,為保持與某海上油田工藝流程的一致性,現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)采用核桃殼濾器和陶瓷膜濾器對(duì)生產(chǎn)水進(jìn)行深度處理。因緊湊式氣浮選裝置、水力旋流器、核桃殼濾器為成熟產(chǎn)品,試驗(yàn)?zāi)芊癯晒χ饕Q于陶瓷膜濾器的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)技術(shù)實(shí)力較雄厚的4個(gè)陶瓷膜設(shè)備廠家,在某海上油田所依托的老設(shè)施上進(jìn)行為期60 d的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)采用老設(shè)施上水力旋流器出口生產(chǎn)水作為核桃殼濾器、陶瓷膜濾器的進(jìn)水,采用Wilks TOG/TPH/FOG Analyzer、歐美克RC-3000電阻法顆粒計(jì)數(shù)器分別對(duì)原生產(chǎn)水及核桃殼濾器、陶瓷膜濾器處理后的生產(chǎn)水進(jìn)行含油量和粒徑中值測(cè)定,試驗(yàn)結(jié)果見圖2～5。

圖2 處理后含油量、粒徑中值(廠家1)曲線圖Fig.2 Oil content and median particle size aftertreatment(Manufacturer 1)

圖3 處理后含油量、粒徑中值(廠家2)曲線圖Fig.3 Oil content and median particle size aftertreatment(Manufacturer 2)

圖4 處理后含油量、粒徑中值(廠家3)曲線圖Fig.4 Oil content and median particle size aftertreatment(Manufacturer 3)

圖5 處理后含油量、粒徑中值(廠家4)曲線圖Fig.5 Oil content and median particle size aftertreatment(Manufacturer 4)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄:原生產(chǎn)水含油量13～50 mg/L,平均值31.18 mg/L;核桃殼濾器出口生產(chǎn)水含油量3～19 mg/L,平均值6.10 mg/L;陶瓷膜濾器出口生產(chǎn)水含油量1～5 mg/L,平均值3.60 mg/L。原生產(chǎn)水粒徑中值2.71～6.25 μm,平均值4.40 μm;核桃殼濾器出口生產(chǎn)水粒徑中值1.13～4.52 μm,平均值1.63 μm;陶瓷膜濾器出口生產(chǎn)水粒徑中值1.13～1.65 μm,平均值 1.42 μm,陶瓷膜濾器處理后的生產(chǎn)水含油量、粒徑中值滿足油田總體開發(fā)方案推薦及規(guī)范要求。

4 投資分析對(duì)比

目前海上常用生產(chǎn)水回注處理設(shè)施為水力旋流器、氣浮選裝置、核桃殼濾器等,對(duì)類似油田上述設(shè)備采辦價(jià)格與某海上油田陶瓷膜濾器預(yù)算價(jià)格進(jìn)行分析對(duì)比,見表1。

表1 陶瓷膜濾器與常規(guī)生產(chǎn)水回注水處理設(shè)施投資對(duì)比表

Tab.1 Investment comparison between ceramic membrane filter and conventional production water reinjection treatment facilities

設(shè)備名稱設(shè)備臺(tái)數(shù)/臺(tái)設(shè)計(jì)總處理能力/(m3·h-1)總投資/萬元水力旋流器2(1用1備)95200氣浮選裝置2(1用1備)95280核桃殼濾器2(1用1備)8875陶瓷膜濾器4(3用1備)81850

從表1可以看出,陶瓷膜濾器的投資高于常規(guī)水力旋流器、氣浮選裝置、核桃殼濾器等裝置,生產(chǎn)水回注設(shè)施采用常規(guī)的水力旋流器、氣浮選裝置、核桃殼濾器等裝置總投資約555萬元,增加陶瓷膜濾器后總投資增加到1 405萬元。

5 結(jié)論

1)經(jīng)某海上油田現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),采用陶瓷膜濾器深度處理的生產(chǎn)水含油量均值由31.18 mg/L降低到3.6 mg/L,粒徑中值均值由4.40 μm降低到1.42 μm,滿足油田總體開發(fā)方案推薦及相關(guān)規(guī)范要求,經(jīng)陶瓷膜濾器深度處理的生產(chǎn)水滿足某海上油田回注水的水質(zhì)要求。

2)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明,生產(chǎn)水先經(jīng)水力旋流器、緊湊式氣浮選裝置處理后,再采用核桃殼濾器、陶瓷膜濾器作為生產(chǎn)水深度處理裝置的技術(shù)方案適用于某海上油田?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)為油田下一步的設(shè)備采辦奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),并可為類似油氣田提供參考。

3)根據(jù)目前相關(guān)文獻(xiàn)的報(bào)道,隨著油田開發(fā)年限的延長(zhǎng),部分油田的陶瓷膜會(huì)被污染甚至堵塞影響生產(chǎn)水處理效果。因此在后續(xù)設(shè)備采辦過程中應(yīng)高度重視技術(shù)文件的技術(shù)要求,確保滿足符合技術(shù)要求的陶瓷膜過濾裝置。設(shè)備投用后須緊盯陶瓷膜進(jìn)口的水質(zhì),嚴(yán)格按照操作手冊(cè)的要求進(jìn)行陶瓷膜日常的運(yùn)營(yíng)、維護(hù)、清洗,確保設(shè)備長(zhǎng)期正常運(yùn)行。