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        油田海水回注水精細(xì)處理工藝的改造

        2021-08-02 05:51:42侯玉琳王占旭
        化工技術(shù)與開發(fā) 2021年7期
        關(guān)鍵詞:水質(zhì)工藝

        侯玉琳,田 琳,王占旭,江 濤

        (中海油天津化工研究設(shè)計(jì)院有限公司,天津 300131)

        當(dāng)前,油田多采用回注水方式來(lái)提高油田的二次采收率[1]。海水資源豐富,海上油田的回注水多采用海水。潿洲油田采用處理后的海水作為油田回注水,運(yùn)行一段時(shí)間后出現(xiàn)了嚴(yán)重的地層結(jié)垢問(wèn)題[2],造成注水壓力急劇增加,最終出現(xiàn)回注水無(wú)法注入、采不出油的情況。

        筆者對(duì)上述情況進(jìn)行調(diào)研后,針對(duì)海水水質(zhì)的特征和結(jié)垢傾向的分析結(jié)果,對(duì)海水回注工藝進(jìn)行改造,采用納濾工藝對(duì)其進(jìn)行精細(xì)化處理后,解決了地層不配伍造成的結(jié)垢問(wèn)題。

        1 原工藝簡(jiǎn)介

        1.1 工藝流程

        回注水原水為潿洲平臺(tái)區(qū)域海水,海水經(jīng)過(guò)提升泵后,由粗過(guò)濾器除去大顆粒懸浮物及藻類等雜質(zhì)后進(jìn)入細(xì)過(guò)濾器,再由細(xì)過(guò)濾器去除大部分的膠體、懸浮物、細(xì)菌等物質(zhì)后進(jìn)入脫氧塔。脫氧塔主要除去海水中的溶解氧,以防止發(fā)生海水管道腐蝕和細(xì)菌滋生等問(wèn)題。在回注水注入前,向海水中投加阻垢劑,以減輕結(jié)垢問(wèn)題。

        1.2 水質(zhì)及水量

        海水的進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)及系統(tǒng)的出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)見表1。本工藝的最終產(chǎn)水量為240m3·h-1。

        表1 進(jìn)水及出水水質(zhì)

        1.3 主要設(shè)備參數(shù)

        原工藝的主要處理設(shè)備為粗過(guò)濾器、細(xì)過(guò)濾器和脫氧塔。

        粗過(guò)濾器為多柱式自動(dòng)反洗過(guò)濾器,2臺(tái),一用一備,單臺(tái)處理量為400m3·h-1,過(guò)濾精度180μm,雙相不銹鋼結(jié)構(gòu),2臺(tái)成撬后的外形尺寸為4m×2.5m×3.2m,反洗周期約為2~12h。

        細(xì)過(guò)濾器采用石英砂和錳砂兩種濾料,3臺(tái),兩用一備,單臺(tái)處理量為190m3·h-1,設(shè)備尺寸為φ2.5m×2.0m。

        立式真空脫氧塔1座,塔內(nèi)采用兩級(jí)填料,處理量為240m3·h-1,設(shè)備尺寸為φ2.5m×13m,塔體為碳鋼襯玻璃鱗片結(jié)構(gòu)。

        1.4 運(yùn)行問(wèn)題分析

        設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間后,該油田注水用的增壓泵壓力不斷提高,最終出現(xiàn)無(wú)法注水的現(xiàn)象。筆者對(duì)進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn),該區(qū)域海水中含有大量鈣離子、硫酸根和碳酸氫根離子,有可能形成碳酸鈣垢和硫酸鈣垢。采用飽和指數(shù)法對(duì)水中的結(jié)垢趨勢(shì)進(jìn)行判斷,兩種垢型飽和指數(shù)的計(jì)算結(jié)果見表2。由飽和指數(shù)的計(jì)算結(jié)果可知,不同溫度下,現(xiàn)場(chǎng)注入水的硫酸鈣飽和指數(shù)均為負(fù)數(shù),不具有結(jié)垢趨勢(shì);而碳酸鈣的飽和指數(shù)大于1,具有結(jié)垢趨勢(shì),且隨著溫度升高,這種趨勢(shì)逐漸增強(qiáng)。由此可知避免結(jié)垢的主要途徑是降低鈣離子濃度。

        表2 不同溫度下飽和指數(shù)的計(jì)算結(jié)果

        此外,筆者對(duì)原工藝出水的水質(zhì)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn),懸浮物含量和中性粒子含量遠(yuǎn)高于《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)》中B3級(jí)指標(biāo)的要求。對(duì)粗過(guò)濾器和細(xì)過(guò)濾器的出水水質(zhì)分別進(jìn)行測(cè)定后發(fā)現(xiàn),粗過(guò)濾器可除去大顆粒懸浮物和膠體等物質(zhì),出水指標(biāo)能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求,而細(xì)過(guò)濾器的實(shí)際過(guò)濾精度偏低,對(duì)小顆粒懸浮物和膠體雜質(zhì)等的截留效果不佳,造成懸浮物的去除率低,出水粒徑中值也高于標(biāo)準(zhǔn)要求,需對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)或補(bǔ)充處理。

        對(duì)細(xì)過(guò)濾器的運(yùn)行情況進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn),原有的細(xì)過(guò)濾器采用多介質(zhì)過(guò)濾器,在運(yùn)行過(guò)程中,海水中的微生物及藻類易附著板結(jié),造成清洗困難,清洗頻率高,且截留率較低,導(dǎo)致回注水中的微生物較多,對(duì)地層造成污染。

        2 改進(jìn)工藝介紹

        2.1 工藝流程

        對(duì)該油田的運(yùn)行問(wèn)題進(jìn)行分析后,筆者在原工藝的基礎(chǔ)上增加了納濾工藝,用以除去二價(jià)離子,以徹底解決結(jié)垢問(wèn)題,并增加了精細(xì)過(guò)濾裝置,以去除小顆粒懸浮物和膠體等物質(zhì),延長(zhǎng)納濾膜的使用壽命。改進(jìn)后的工藝流程為:提升泵→粗過(guò)濾→細(xì)過(guò)濾器→脫氧塔→精細(xì)過(guò)濾器(海水過(guò)濾器)→納濾裝置→注水泵。工藝流程見圖1。

        圖1 納濾工藝流程圖

        納濾是改進(jìn)后工藝的核心設(shè)施,納濾膜孔徑為1nm左右,雖與反滲透和超濾類似,都是壓力驅(qū)動(dòng)的膜過(guò)程,但是傳質(zhì)機(jī)理卻有所不同。納濾膜對(duì)二價(jià)和高價(jià)離子能保持較高的截留效果,卻能使大部分的一價(jià)無(wú)機(jī)鹽通過(guò),特別是對(duì)硫酸根離子的截留率可穩(wěn)定達(dá)到99%以上,并能截留大部分的鈣、鎂離子,在相對(duì)低的滲透壓下,可有效實(shí)現(xiàn)對(duì)海水的軟化處理。且納濾工藝無(wú)污泥,占地小,操作簡(jiǎn)單[3],適用于海上平臺(tái),是海水回注工藝的良好選擇。

        2.2 主要設(shè)備及參數(shù)

        考慮到海上平臺(tái)的占地和承重有限,筆者最大程度地利用了原有的工藝裝置,在此基礎(chǔ)上新增加了精細(xì)過(guò)濾器和納濾裝置。

        精細(xì)過(guò)濾器主要用于去除微生物、藻類和細(xì)小砂礫等,并對(duì)納濾膜進(jìn)行保護(hù)。精細(xì)過(guò)濾器共2臺(tái),一用一備,單臺(tái)處理量為390m3·h-1,為碳鋼防腐結(jié)構(gòu),過(guò)濾精度50μm,濾芯材質(zhì)為TA2。2臺(tái)精細(xì)過(guò)濾器成撬后的尺寸為4.2m×2.5m×2.7m。

        本工藝共有3套納濾裝置,兩用一備,單套產(chǎn)水量為120m3·h-1,回收率為65%,采用7芯膜殼,一級(jí)一段,單支膜面積為37.16m2,單套膜支數(shù)為168支。納濾裝置包括增壓泵、保安過(guò)濾器、高壓泵和納濾膜裝置,成撬后的整體尺寸為8.7m×1.9m×2.3m。其中的保安過(guò)濾器是防止納濾膜損傷的安保措施,用于濾除經(jīng)過(guò)精細(xì)過(guò)濾器后的微小物質(zhì)如微小的石英砂、活性炭顆粒等,避免對(duì)納濾膜造成傷害。保安過(guò)濾器的過(guò)濾精度為5μm,每套納濾裝置前配置1臺(tái),單套內(nèi)部裝有6支20cm的大通量PP濾芯,單臺(tái)處理量為185m3·h-1。

        3 改造后的處理效果

        該工藝于2017年5月調(diào)試后運(yùn)行至今,設(shè)備運(yùn)行正常,處理效果穩(wěn)定,出水懸浮物及粒徑中值均為0,鈣離子< 40mg·L-1,鎂離子< 40mg·L-1,硫酸根離子≤15mg·L-1。所有指標(biāo)均滿足《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)》中A2級(jí)的要求且大于B3級(jí)的指標(biāo)要求。對(duì)硫酸根的去除率達(dá)到99.4%以上,對(duì)鈣離子的去除率達(dá)到89%,鎂離子去除率達(dá)到97%。通過(guò)計(jì)算,回注水不具備結(jié)垢趨勢(shì),采油產(chǎn)出率保持穩(wěn)定。油田連續(xù)半年的部分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見表3。

        表3 潿洲油田回注水處理裝置出水運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

        4 結(jié)論

        1)采用納濾法處理海水回注水,能夠有效去除二價(jià)致垢離子,硫酸根的去除率達(dá)到99.4%以上,對(duì)鈣離子的去除率達(dá)到89%,鎂離子的去除率達(dá)到97%,避免了海水回注導(dǎo)致的地層結(jié)垢問(wèn)題,且出水水質(zhì)穩(wěn)定,各項(xiàng)指標(biāo)均低于標(biāo)準(zhǔn)要求。

        2)海水在進(jìn)入納濾前,需對(duì)絕大部分的懸浮物和顆粒物藻類等進(jìn)行去除處理,以減少納濾膜的污堵問(wèn)題。

        3)本項(xiàng)目是納濾處理海水回注水工藝在國(guó)內(nèi)的首次使用。受改造平臺(tái)限制,納濾前端預(yù)處理工藝的選擇有限,運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn),納濾膜清洗頻率約為每3個(gè)月一次,建議今后平臺(tái)如使用納濾工藝處理回注水,應(yīng)針對(duì)海水水質(zhì),選擇合適的預(yù)處理工藝,以延長(zhǎng)膜的清洗周期,進(jìn)一步降低成本。

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