趙金龍

中國(guó)石油天然氣股份有限公司冀東油田分公司

目前國(guó)內(nèi)各油田采出水處理多數(shù)采用“隔油除油（自由沉降或電脫水）+混凝沉降（或氣?。?壓力過(guò)濾”三段處理工藝，再輔以阻垢、緩蝕、殺菌、膜處理或者生化法處理等[1]，但在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等方面存在一定的問(wèn)題。如隔油池只能去除大粒徑的油，不能去除水中的溶解油和乳化油；氣浮需要加入破乳劑，且油不能回收，運(yùn)行能耗大；膜法運(yùn)行成本高[2]工藝環(huán)節(jié)多，停留時(shí)間長(zhǎng)，露天運(yùn)行造成曝氧腐蝕。針對(duì)以上問(wèn)題，經(jīng)過(guò)調(diào)研選擇全密閉短流程采出水處理工藝彌補(bǔ)以上弊端，并在南堡油田NP2-3LP采出水處理站中應(yīng)用，為后續(xù)全密閉短流程采出水工藝在該油田的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 全密閉短流程采出水處理工藝研究

1.1 工藝流程及指標(biāo)

針對(duì)傳統(tǒng)采出水處理工藝存在溶解氧腐蝕、細(xì)菌滋生繁殖、產(chǎn)生老化油、加藥量大等問(wèn)題，需要開發(fā)出多種組合工藝及多功能一體化的集成設(shè)備。集精簡(jiǎn)、高效、密閉運(yùn)行等特點(diǎn)于一體的全密閉短流程采出水處理工藝[3-4]流程如圖1所示。

圖1 全密閉短流程采出水處理工藝流程Fig.1 Process flow of fully closed short-flow produced water treatment

采用雙旋流除油+速沉器+過(guò)濾的核心工藝，在來(lái)水含油濃度（質(zhì)量濃度）≤500 mg/L、懸浮固體濃度≤300 mg/L 的條件下，先通過(guò)雙旋流除油器用物理法實(shí)現(xiàn)油水的初步分離，再通過(guò)速沉器將水中雜質(zhì)快速混凝、沉淀、過(guò)濾，使含油濃度≤10 mg/L、懸浮固體濃度≤10 mg/L，再根據(jù)注水需求選用不同過(guò)濾設(shè)備以達(dá)到不同的水質(zhì)指標(biāo)。

1.2 主要設(shè)備

1.2.1 雙旋流除油器

雙旋流除油器[5]由旋流管和管內(nèi)旋轉(zhuǎn)槳葉組成（圖2）。雙旋流除油技術(shù)利用旋流離心原理，采用雙向雙速旋流離心分離技術(shù)，待分離的油水混合液從旋流器頂上部對(duì)切向進(jìn)入旋流器內(nèi)后，產(chǎn)生強(qiáng)烈的渦流，旋流器的錐形分離段隨軸承內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)，而軸承外圈則與旋流管外部的筒體相固定。在高速渦流的作用下，混合介質(zhì)進(jìn)入錐段以后，在旋轉(zhuǎn)的錐筒帶動(dòng)下完成油水間的分離過(guò)程[6]（圖3）。雙旋流除油器可解決長(zhǎng)期由于大罐除油沉降時(shí)間長(zhǎng)造成的曝氧腐蝕、細(xì)菌滋生腐蝕的問(wèn)題，可節(jié)約大量?jī)?yōu)質(zhì)原油，減少油泥對(duì)環(huán)境的污染。

圖2 雙旋流除油器原理Fig.2 Principle of double cyclone oil remover

圖3 雙旋流除油器現(xiàn)場(chǎng)Fig.3 Site of double cyclone oil remover

1.2.2 速沉器

速沉器[7]由錐形反應(yīng)器和環(huán)形側(cè)裝深床過(guò)濾裝置組成，它是可以實(shí)現(xiàn)在低壓密閉條件下的混凝、沉降、過(guò)濾及排污為一體的高度集成的自動(dòng)化水處理設(shè)備（圖4）。通過(guò)雙向旋流和頂部助力的有機(jī)結(jié)合，使含油污水在除油器內(nèi)腔形成有效的離心場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)油水分離；除油后的水進(jìn)入底部管道混合器進(jìn)行加藥，管道混合器出水經(jīng)泥水分離設(shè)施，實(shí)現(xiàn)泥水分離后，污泥進(jìn)入沉淀腔進(jìn)行動(dòng)力沉降（圖5）。

圖4 速沉器內(nèi)部結(jié)構(gòu)Fig.4 Internal structure of quick settler

圖5 速沉器原理Fig.5 Principle of quick settler

速沉器的沉降方式與靜態(tài)沉降不同，是帶壓狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)沉降，實(shí)現(xiàn)了深床過(guò)濾與沉降的有效結(jié)合，帶壓狀態(tài)下污泥可以即時(shí)有效地排出，處理效果顯著。采用速沉器可簡(jiǎn)化工藝流程，替代常規(guī)工藝的二次混凝沉降罐和一級(jí)過(guò)濾，并且可結(jié)合油田的不同地質(zhì)情況，實(shí)現(xiàn)了頂排、中排和底排泥，排泥效果顯著。

2 全密閉短流程處理工藝應(yīng)用

2.1 工程概況

應(yīng)用全密閉短流程采出水處理工藝，建設(shè)了南堡油田NP2-3LP采出水處理站，處理規(guī)模2 000 m3/d，水質(zhì)指標(biāo)含油濃度≤8 mg/L、懸浮固體濃度≤3 mg/L、粒徑中值≤2 μm。該工程新建設(shè)備主要包括雙旋流除油器2 組、速沉器3 臺(tái)、雙筒螺旋板油水分離器2 臺(tái)、金剛砂過(guò)濾器3 臺(tái)以及電解殺菌裝置，改造并利用已建緩沖罐、濾后水罐、反沖洗回收水罐、排污回收水罐和外輸水泵等設(shè)備設(shè)施。

2.2 采出水處理方案

本工程共新建雙旋流除油器2 組、速沉器3臺(tái)、金剛砂過(guò)濾罐3臺(tái)；輔助工藝流程包括藥劑加注、電解殺菌、反沖洗、污油污水污泥回收系統(tǒng)等[8-9]。NP2-3LP采出水處理站工藝流程如圖6所示。

圖6 NP2-3LP采出水處理站工藝流程Fig.6 Process flow of NP2-3LP produceel water treatment station

2.3 效果評(píng)價(jià)

（1）水質(zhì)穩(wěn)定。全密閉短流程含油污水處理技術(shù)在除油環(huán)節(jié)嚴(yán)格控制出水含油量（100×10-6），避免了含油量波動(dòng)造成的加藥不準(zhǔn)的影響，滿足出水水質(zhì)達(dá)到B1標(biāo)準(zhǔn)（圖7）。

圖7 處理后水中含油濃度情況Fig.7 Oil concentration in water after treatment

（2）細(xì)菌控制。全密閉短流程含油污水處理技術(shù)在整個(gè)工藝流程中緩沖水罐的水力停留時(shí)間設(shè)計(jì)為2 h，其他設(shè)備水力停留時(shí)間之和小于0.5 h，完全實(shí)現(xiàn)了對(duì)細(xì)菌繁殖時(shí)間的控制。

（3）溶氧量控制。溶解氧的參與會(huì)加劇腐蝕結(jié)垢和細(xì)菌滋生，使注水油層的配伍性發(fā)生變化，溶氧量也是油田開發(fā)注水嚴(yán)格控制的指標(biāo)。全密閉短流程含油污水處理技術(shù)在整個(gè)系統(tǒng)的每個(gè)環(huán)節(jié)都做到了密閉隔氧，所以有效控制了溶氧量。

（4）污泥量控制。污泥的成分主要包括處理水源中的懸浮固體、未有效收集的殘留油、加入的藥劑、細(xì)菌和死菌。全密閉短流程含油污水處理技術(shù)使得污泥中的殘油少、藥量少、細(xì)菌和死菌少，從而污泥量相對(duì)較少（圖8、圖9）。

圖8 處理后水中懸浮固體濃度情況Fig.8 Suspended solids concentration in water after treatment

圖9 處理后水中懸浮固體顆粒直徑中值情況Fig.9 Median diameter of suspended solids in water after treatment

3 結(jié)論

（1）雙旋流除油器能實(shí)現(xiàn)高效油水分離、不添加任何藥劑高品質(zhì)原油的回收。

（2）速沉器全封閉運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)處理過(guò)程完全隔絕氧氣，避免曝氧導(dǎo)致的溶解氧腐蝕，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

（3）以雙旋流除油+速沉器為核心的采出水處理工藝集精簡(jiǎn)、高效、密閉運(yùn)行等特點(diǎn)于一體，經(jīng)過(guò)該工藝處理后含油濃度平均為1.21 mg/L，出水懸浮固體濃度1.3 mg/L，粒徑中值≤1 μm，達(dá)到B1水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，滿足開發(fā)需求。

（4）以雙旋流除油+速沉器核心工藝為基礎(chǔ)進(jìn)行研究，再根據(jù)注水需求選用不同過(guò)濾設(shè)備達(dá)到不同的水質(zhì)指標(biāo)，形成了一整套滿足不同水質(zhì)指標(biāo)的全密閉短流程采出水處理工藝體系，可適應(yīng)不同油藏的注水需求。