王云鵬 王建偉 鄒曉燕 王樹好

(1.中國石油大港油田公司質(zhì)量安全環(huán)保處；2.中國石油大港油田公司采油工藝研究院)

0 引 言

油田在開發(fā)生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的含油泥砂[1-2]，它的主要來源包括三部分，一是油井生產(chǎn)過程中，地層中的泥砂隨采出液進(jìn)入地面處理系統(tǒng)，在地面系統(tǒng)中的罐、池、管道中沉積，形成油砂油泥；二是鉆井、修井以及油田生產(chǎn)過程中落地原油回收產(chǎn)生的油泥；三是各種聚合物、絮凝劑、破乳劑等藥劑反應(yīng)生成的沉淀物。油泥砂含有烴類及少量的氮、硫等有害物質(zhì)，處理不當(dāng)會對周圍環(huán)境造成污染。

大港某油田油泥砂總體特點(diǎn)為：含油高、含泥多、含砂少。油泥砂中砂含量為10%～15%，含油量為15%～25%，油泥砂組分化驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 油泥砂組分化驗(yàn)數(shù)據(jù) %

大港油田于2012年建設(shè)N油泥砂凈化處理廠，處理工藝主要采用熱化學(xué)洗滌法，解決了油泥砂堆放存在的安全、環(huán)保問題。隨著國家對環(huán)境保護(hù)的日益重視，國家能源局發(fā)布SY/T 7301—2016《陸上石油天然氣開采含油污泥資源化綜合利用及污染控制技術(shù)要求》，規(guī)定含油污泥經(jīng)處理后剩余固相中石油烴總量應(yīng)不大于2%。已建油泥砂處理裝置處理后指標(biāo)不能滿足該要求，因此，需對油泥砂處理裝置進(jìn)行技術(shù)升級改造。

1 已建處理工藝及生產(chǎn)情況

1.1 處理工藝流程

油泥砂處理工藝采用熱化學(xué)洗滌法，主體設(shè)備為油泥砂凈化處理撬塊及配套設(shè)施，處理后達(dá)到要求的泥砂經(jīng)晾曬后用于井場道路底基施工，分離出的原油輸送至附近的A聯(lián)合站原油處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，產(chǎn)出的污水輸送至聯(lián)合站污水沉降池，經(jīng)沉降后輸至采出水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，油泥砂處理工藝流程見圖1。

圖1 油泥砂處理工藝流程

1)油泥砂處理工藝

油泥砂通過龍門吊放入進(jìn)料斗內(nèi)，加入15 m3/h的90～95℃熱水(熱水和油泥砂比例為3∶1)及16 kg/h的清洗劑，混合物在分揀攪拌機(jī)內(nèi)攪拌混合，油泥砂中的雜物被清理出來后拉至堆放區(qū)堆放，油泥砂水混合物自流進(jìn)入均質(zhì)機(jī)，充分混合和破膠，然后泵入兩級空化分離器，在空化分離器內(nèi)通過兩級超聲波清洗和旋流的共同作用，含油污泥中的油上浮至上液面，經(jīng)泵提升至細(xì)泥處理器內(nèi)進(jìn)行泥和油水的沉降分離，分離后油水進(jìn)入污水沉降池，泥進(jìn)入均質(zhì)機(jī)?？栈蛛x器底層的泥水經(jīng)泵提升至旋流器，實(shí)現(xiàn)泥水與砂的分離，砂拉至晾曬場，泥水混合物進(jìn)入臥螺式離心機(jī)進(jìn)行泥水分離，分離出來的水經(jīng)泵輸送到污水沉降池，沉降后污水循環(huán)利用，污泥則拉運(yùn)至晾曬場。

2)洗滌用水及油水回收工藝

15 m3/h的A聯(lián)合站沉降罐底水(水溫50℃)，與導(dǎo)熱油換熱后升溫至90～95℃，作為洗滌用熱水水源，油泥砂處理系統(tǒng)排出的污水經(jīng)泵提升至污水沉降池，經(jīng)沉降后，上部浮油由刮油機(jī)刮入污油池，污油池內(nèi)的含水污油由泵輸?shù)紸聯(lián)合站原油處理系統(tǒng)，中部污水由泵提升至A聯(lián)合站污水池，底部沉泥由污泥泵輸?shù)接湍嗌按娣懦亍?/p>

1.2 生產(chǎn)情況

油泥砂處理裝置設(shè)計(jì)處理能力4 m3/h，設(shè)計(jì)進(jìn)料指標(biāo)：油泥砂中泥含量≤95%，設(shè)計(jì)處理指標(biāo)：砂中含油<1%，泥中含油<5%。

目前該油田油泥砂處理廠運(yùn)行時(shí)間為每年的3—11月，每天運(yùn)行8 h，處理量為24～27 m3/d。處理后油泥砂檢測結(jié)果見表2。

表2 處理后油泥砂檢測結(jié)果 %

由表1可知，處理后的砂平均含油為1.72%，泥平均含油為3.67%，按照固相中泥含量85%，砂含量15%計(jì)算，綜合固相含油3.38%。處理指標(biāo)無法達(dá)到SY/T 7301—2016《陸上石油天然氣開采含油污泥資源化綜合利用及污染控制技術(shù)要求》中“含油污泥經(jīng)處理后剩余固相中石油烴總量應(yīng)不大于2%”的要求。

2 處理工藝選擇

按照不同的除油機(jī)理，目前油泥砂處理的方法主要有：焚燒法、熱解析法、生物處理法、溶劑萃取法、熱化學(xué)洗滌法等，油泥砂處理工藝技術(shù)對比見表3。

表3 油泥砂處理工藝技術(shù)對比

結(jié)合不同處理工藝的應(yīng)用情況，本次升級改造選擇熱化學(xué)洗滌+物理分離相結(jié)合的處理工藝。依托已建油泥砂處理裝置，將機(jī)械動力場、超聲波能量場、旋流動能場及化學(xué)藥劑的破乳、破膠、絮凝過程同時(shí)作用于油泥砂的處理，實(shí)現(xiàn)油、水、泥、砂分離。

3 工藝優(yōu)化研究

參照熱化學(xué)洗滌+物理分離工藝在大港港東油田的應(yīng)用實(shí)踐[11]，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)和技術(shù)升級，優(yōu)化超聲波處理參數(shù)、增加溢流除油次數(shù)、增加油泥砂的二次處理及污水曝氣裝置，進(jìn)一步提高油泥砂處理效果。

博物館島上最值得參觀的莫過于老國家藝術(shù)畫廊，里面展示了珍貴的德國繪畫，比如弗里德里希創(chuàng)作的《瑞森伯治的早晨》。這是一幅典型的德國浪漫主義作品，畫的是畫家和他的新婚妻子在一座大山頂上一起觀賞日出的場景，茫茫群山與中國山水畫的意境不謀而合。

3.1 超聲波破乳試驗(yàn)

超聲波破乳的效果取決于位移效應(yīng)，由于位移效應(yīng)的存在，水粒子將不斷向波腹或波節(jié)移動、聚積并發(fā)生碰撞，當(dāng)超聲波強(qiáng)度足夠大時(shí)，形成的負(fù)壓會使空穴或氣泡受到很大的作用力而迅速膨脹或突然崩潰裂解，生成直徑較大的水滴，然后在重力作用下與油分離。超聲波輻射的強(qiáng)度和頻率是影響破乳效果的重要參數(shù)。

不同頻率和強(qiáng)度超聲波處理后油泥砂含油率見表4。

表4 不同頻率和強(qiáng)度超聲波處理后油泥砂含油率 %

試驗(yàn)重點(diǎn)是研究可控制的參數(shù)(頻率、聲強(qiáng)、聲波輻射時(shí)間)對破乳的影響，并驗(yàn)證提高超聲波破乳的可行性。試驗(yàn)條件為頻段40，28，21，16 kHz，清洗介質(zhì)為清水，清洗溫度為80℃，處理前油泥砂含油為6.8%。

不同超聲波處理時(shí)間油泥砂含油率見表5。

表5 不同頻率、不同時(shí)間超聲波處理后油泥砂含油率 %

由表4、表5可知，超聲波最佳強(qiáng)度優(yōu)選0.31，超聲波最佳頻率為16 kHz，性價(jià)比最高的作用時(shí)間為30 min。按照上述技術(shù)參數(shù)，處理后油泥砂的含油率可達(dá)3.6%。

3.2 油泥砂二次處理試驗(yàn)

對現(xiàn)有出砂口和出泥口的油泥砂進(jìn)行二次處理，降低油泥砂的含油率。清洗介質(zhì)為清水，水與砂的比例為1∶1，水與泥的比例為1.5∶1，水溫90℃。油泥砂二次處理含油率見表6。

表6 油泥砂二次處理含油率 %

表6表明，凈砂沖洗可以有效降低砂中的含油率25%以上，凈泥再次水洗離心除油可以有效降低泥中的含油率約40%。

3.3 污水曝氣試驗(yàn)

污水曝氣試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 污水曝氣試驗(yàn)結(jié)果

表7表明，在曝氣時(shí)間較短的情況下，因污水受氣流擾動，除油效果低于靜置條件；作用時(shí)間達(dá)到15 min以上時(shí)，曝氣對污水中的含油具有良好的去除效果，且隨著時(shí)間的增加，去除率逐漸升高。因此，為保證處理效果，污水曝氣時(shí)間應(yīng)控制在15 min以上。

4 處理工藝升級

對現(xiàn)有系統(tǒng)的處理流程進(jìn)行升級改造，主要包括：對空化處理撬塊改造，新建深度凈化處理撬塊，實(shí)現(xiàn)一級破膠破乳分離、二級空化分離、三級深度凈化分離的油泥砂處理工藝，處理后的油泥砂總含油率小于2%。

主體工藝流程為：4 m3/h油泥砂經(jīng)上料系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)處理除油、兩次分揀、破膠、破乳、均質(zhì)，經(jīng)空化處理撬塊連續(xù)兩次空化分離處理，再經(jīng)新建的三級凈化處理撬塊的兩次高速離心分離，處理后的油泥砂含油達(dá)到指標(biāo)要求，統(tǒng)一運(yùn)送至晾曬場晾曬后用于井場道路底基施工，污水凈化處理后大部分直接循環(huán)使用，少量水和污油輸送至A聯(lián)合站處理系統(tǒng)，油泥砂處理工藝升級后總體工藝流程見圖2。

圖2 油泥砂處理工藝升級后總體工藝流程

4.1 一級破膠破乳分離工藝

存放池中的油泥砂(含油20%)首先進(jìn)入預(yù)處理池，經(jīng)溢流去除部分原油(去除率15%)，然后通過龍門吊放入上料斗內(nèi)(4 m3/h)，與90～95℃熱水(16 m3/h)以及清洗劑(20 L/h)一并進(jìn)入一級、二級除雜機(jī)，分別清理出大于15 mm和大于5 mm的雜物，雜物運(yùn)至專設(shè)堆放區(qū)堆放，約20 m3/h混合物自流進(jìn)入均質(zhì)緩沖池，在均質(zhì)緩沖池充分混合、破膠、破乳后，均質(zhì)緩沖池溢流部分油水混合物(1～2 m3/h)進(jìn)入溢流池，經(jīng)污油泵排入已建1#細(xì)泥處理器，其余油泥砂漿經(jīng)提升泵泵入空化分離器(油泥砂漿含泥砂8%～10%、含油11%～13%)。

4.2 二級空化分離工藝

一級來料(85℃以上)加入12 L/h的清洗劑，經(jīng)泵提升至3具空化分離器，經(jīng)連續(xù)三次超聲波及旋流作用使油與泥砂分離，空化分離器上部的油、水及細(xì)泥的混合物(每具約2 m3/h)溢流進(jìn)入油水緩沖箱后，經(jīng)泵提升至1#細(xì)泥處理器，再經(jīng)曝氣、沉降分離，油水去污水沉降池，底部細(xì)泥泵入預(yù)處理池或均質(zhì)緩沖池?？栈蛛x器中的其余油泥砂漿(13～15 m3/h，油泥砂漿含泥砂11%～13%、含油3%～6%)經(jīng)泵提升至三級凈化分離處理撬塊。

4.3 三級深度凈化分離工藝

二級空化分離系統(tǒng)來料進(jìn)入旋流器，將泥水和砂分離，其中：含水砂進(jìn)入沉砂池，沉砂池上部污水經(jīng)溢流進(jìn)入溢流池，砂進(jìn)入洗砂池進(jìn)行二次沖洗，溢流池內(nèi)的污水及洗砂池排出的沖洗水經(jīng)泵提升至均質(zhì)緩沖池，砂洗凈后排出(凈干砂0.3～0.6 m3/h、含油率0.5%～1%)。旋流器出來的泥水加凈水劑(15 L/h)提升至高位緩沖罐，后進(jìn)入兩級離心機(jī)，實(shí)現(xiàn)污水和泥分離，合格泥經(jīng)螺旋輸送機(jī)統(tǒng)一輸出，經(jīng)翻斗車?yán)\(yùn)至晾曬場。此工序可降低凈泥30%～50%的含油率。

油泥砂處理工藝各階段的處理效果見表8。

表8 油泥砂處理工藝各階段的處理效果 %

由表8可知，處理后的油泥砂混合后含油率0.8%～1.68%，平均值1.33%。

5 結(jié) 論

1)大港某油田油泥砂處理效果達(dá)不到指標(biāo)要求，通過技術(shù)調(diào)研分析，優(yōu)選熱化學(xué)洗滌與物理分離相結(jié)合的處理工藝，依托已建油泥砂處理裝置進(jìn)行技術(shù)升級。

2)根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)研究結(jié)果，確定超聲波最佳頻率為16 kHz，最佳強(qiáng)度選擇0.31，性價(jià)比最高的作用時(shí)間為30 min；對現(xiàn)有出砂口和出泥口的油泥砂進(jìn)行二次處理，可提高除油率25%以上；增加污水曝氣裝置，曝氣時(shí)間15 min以上，可提高油泥砂處理效果。

3)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，對現(xiàn)有系統(tǒng)的處理流程進(jìn)行升級改造，實(shí)現(xiàn)一級破膠破乳分離、二級空化分離、三級深度凈化分離的油泥砂處理工藝，處理后的油泥砂總含油率0.8%～1.68%，平均值1.33%。