王瀟，代齊加(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引言

某海上油田是整個(gè)油田群的中心樞紐，污水處理系統(tǒng)不僅要處理本平臺(tái)的生產(chǎn)污水和水源井產(chǎn)水，還要接收處理上游無(wú)人平臺(tái)和一個(gè)中心平臺(tái)的生產(chǎn)污水，處理合格后全部回注地層。油田執(zhí)行的是高標(biāo)準(zhǔn)的注水水質(zhì)要求企業(yè)A1級(jí)。氣浮選器作為污水流程處理的關(guān)鍵設(shè)備，其處理效果不佳將直接影響后續(xù)污水的深度過(guò)濾處理，造成出口水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，不合格生產(chǎn)水污染地層，油井采收率下降，將嚴(yán)重影響安全穩(wěn)定生產(chǎn)。作為氣浮選器的核心部件，微氣泡工藝的性能至關(guān)重要。隨著該油田全面投入開發(fā)以后，污水處理量的逐步增多，負(fù)荷增加，原始設(shè)計(jì)的缺陷以及流程運(yùn)行等綜合因素，導(dǎo)致微氣泡裝置處理效率下降，出口水質(zhì)存在超標(biāo)現(xiàn)象，無(wú)法保證回注水的達(dá)標(biāo)處理。為滿足注水要求，該油田對(duì)微氣泡工藝進(jìn)行了一系列的性能優(yōu)化改造，大幅度提高了生產(chǎn)水處理效果，最終實(shí)現(xiàn)“注好水，注夠水，精細(xì)注水，有效注水”，并保證注水水質(zhì)合格常態(tài)化。

1 微氣泡工藝應(yīng)用概況

油田氣浮選器設(shè)置一套溶氣式微氣泡制備系統(tǒng)，如圖1、圖2所示。氣浮清水室水經(jīng)氣浮循環(huán)泵增壓后，進(jìn)入到氣體注入器中。同時(shí)帶壓氣體經(jīng)氣體洗滌器過(guò)濾后也進(jìn)入到氣體注入器中。水相流、氣相流在氣體注入器中進(jìn)行氣水混合，形成的氣水混合流進(jìn)入到微氣泡發(fā)生器中，在流體旋流狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)對(duì)氣泡的切割細(xì)化篩分，最終生成帶有大量微細(xì)氣泡的溶氣水，從微氣泡發(fā)生器出口通過(guò)布液管線進(jìn)入到氣浮選器中。污水中的乳化油和分散的細(xì)小懸浮顆粒粘附在氣泡上，隨氣泡一起上浮到水面，排放至污油罐加以回收，從而達(dá)到從生產(chǎn)污水中去除含油和懸浮物的目的，最終實(shí)現(xiàn)水體凈化。

圖1 氣浮選器流程簡(jiǎn)圖

圖2 微氣泡工藝流程簡(jiǎn)圖

2 性能優(yōu)化提升措施

2.1 微氣泡發(fā)生器節(jié)流問(wèn)題治理

油田生產(chǎn)污水處理量約為2 000 m3/d。按照循環(huán)水量為處理水量10%的設(shè)計(jì)要求，流量應(yīng)為8 m3/h，而實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中循環(huán)水量最高只有1 m3/h，溶氣水流量?jī)H為2 m3/h，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足正常處理要求。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)排查試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)影響水量的節(jié)流點(diǎn)主要在于微氣泡發(fā)生器。在經(jīng)過(guò)研究分析后，發(fā)現(xiàn)一是由于氣浮選器入口加藥流程帶入絮狀體，加上長(zhǎng)期油泥結(jié)垢等造成微氣泡發(fā)生器淤積堵塞，二是微氣泡發(fā)生管孔眼較小過(guò)流較低。針對(duì)以上情況，開展下列措施進(jìn)行處理。

(1)由于廠家專利保護(hù)，無(wú)法對(duì)微氣泡裝置全部拆檢，現(xiàn)場(chǎng)采取將微氣泡裝置整體隔離清洗和雜質(zhì)清理。首先進(jìn)行清水沖洗，將氣體注入器和微氣泡發(fā)生器整體拆下，用公用站壓力約500 kPa的清水對(duì)其沖洗。清水從設(shè)備出口進(jìn)入，入口排出，其他管口用盲板封上，進(jìn)行持續(xù)反沖洗。其次進(jìn)行機(jī)械清理，隔離流程，拆除微氣泡發(fā)生器進(jìn)出口管線，使用鋼絲、刀片和刷子等對(duì)9根微氣泡發(fā)生管共計(jì)18個(gè)進(jìn)出口孔進(jìn)行淤積油泥的清理。最后進(jìn)行酸洗浸泡，將氣體注入器和微氣泡發(fā)生器整體拆下，把經(jīng)過(guò)調(diào)配稀釋好的稀鹽酸倒入設(shè)備，進(jìn)行浸泡約6～8 h，最后用清水沖洗置換。

(2)對(duì)微氣泡發(fā)生管重新開孔?，F(xiàn)場(chǎng)使用電磨頭和鉆頭對(duì)微氣泡發(fā)生管的進(jìn)口管進(jìn)行開孔，共計(jì)在7根微氣泡發(fā)生管上開孔，孔眼直徑約為8 mm。實(shí)際有9根微氣泡發(fā)生管，受限于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響，距離進(jìn)口最遠(yuǎn)的2根微氣泡發(fā)生管無(wú)法開孔，如圖3所示。

圖3 微氣泡發(fā)生器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

進(jìn)行上述處理后恢復(fù)微氣泡系統(tǒng)并進(jìn)行流量測(cè)試，在注入氣能夠注入的情況下，進(jìn)水流量由原來(lái)的0.7 m3/h上升至6.8 m3/h，溶氣水流量由2 m3/h上升至9 m3/h，現(xiàn)場(chǎng)取樣觀察，水樣中含有大量微細(xì)氣泡，氣泡十分密集，水體顏色近似乳白色，且氣泡在水樣中的停留時(shí)間30 s以上再消失。根據(jù)油藏提供數(shù)據(jù)，為進(jìn)一步驗(yàn)證該油田在后期注水配注量最大年份下(預(yù)計(jì)年注入量118.2萬(wàn)立方米，折算為135 m3/h)的微氣泡生成是否良好，改用工業(yè)氮?dú)馄窟M(jìn)行測(cè)試(注入氣壓力1 MPa)，測(cè)試得到進(jìn)水流量13 m3/h，溶氣水流量17 m3/h，按照循環(huán)水量與處理水量1∶10的設(shè)計(jì)要求，改造后可以滿足該油田后期的開發(fā)生產(chǎn)要求，微氣泡效果良好。

2.2 微氣泡曝氣管線堵塞治理

微氣泡發(fā)生器內(nèi)氣液混和后形成的溶氣水，通過(guò)罐體底部的3根曝氣管線伸入氣浮罐內(nèi)，微氣泡從曝氣孔中進(jìn)入氣浮水體，在氣泡上浮過(guò)程中吸附乳化油及懸浮物。為了增加水頭損失，使溶氣水釋放更加均勻，曝氣管孔徑設(shè)計(jì)較小為2.5～3.0 mm。經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，溶氣水進(jìn)入罐內(nèi)的流量逐漸減少，水處理效果下降。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)排查分析，將問(wèn)題鎖定在曝氣管線出現(xiàn)堵塞，孔徑縮小所致。利用油田清罐機(jī)會(huì)進(jìn)行進(jìn)罐檢修。人員對(duì)罐內(nèi)的曝氣管線進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)曝氣孔出現(xiàn)不同程度的堵塞，有些孔眼堵塞嚴(yán)重已經(jīng)完全封閉。通過(guò)對(duì)曝氣管線進(jìn)行檢修，清理通堵曝氣孔后進(jìn)行回裝并恢復(fù)流程運(yùn)行。

通過(guò)進(jìn)罐對(duì)曝氣管的檢修，保證了微氣泡能夠充分進(jìn)入到氣浮罐內(nèi)的數(shù)量要求，大大增強(qiáng)了水質(zhì)處理效果，通過(guò)持續(xù)關(guān)注微氣泡發(fā)生器的運(yùn)行狀況，制定年度清洗檢修計(jì)劃，提高清洗頻次，從而保證生產(chǎn)水水質(zhì)達(dá)標(biāo)處理。

2.3 微氣泡發(fā)生裝置氣源改造

微氣泡發(fā)生裝置氣源來(lái)自平臺(tái)的燃?xì)庀礈旃?，操作壓力?00 kPa左右，氣浮循環(huán)泵出口壓力在循環(huán)水量8 m3/h時(shí)，壓力為620 kPa，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)排查，在排除管線積液及補(bǔ)氣調(diào)節(jié)閥及旁通截止閥全開的影響因素后，確定由于泵壓高于氣體壓力，兩者壓力不匹配，導(dǎo)致實(shí)際氣體無(wú)法有效注入。氣體和液體混合比例失調(diào)，影響微氣泡生發(fā)效果和氣浮選器進(jìn)氣泡要求，氣泡大小不均且氣量較少，攜帶水中含油及懸浮物性能下降，造成水質(zhì)處理不達(dá)標(biāo)。利用平臺(tái)已有設(shè)備對(duì)注入氣源流程進(jìn)行優(yōu)化改造。從燃?xì)饩彌_罐(操作壓力3 400 kPa)引氣，為微氣泡發(fā)生器增加一路供氣管線至氣體洗滌器，并安裝調(diào)節(jié)閥、節(jié)流孔板等部件，將氣體壓力控制在800 kPa，加大氣體注入壓力，使氣、液兩相進(jìn)行充分接觸，為微氣泡發(fā)生裝置提供穩(wěn)定合格注入氣源，增強(qiáng)注氣效果，滿足氣浮對(duì)進(jìn)氣量及氣泡的要求，提高處理能力。經(jīng)過(guò)改造后對(duì)氣浮出口水質(zhì)重新取樣化驗(yàn)，化驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 微氣泡發(fā)生裝置注入氣源改造前后出口水質(zhì)化驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比表

通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，對(duì)注入氣源流程進(jìn)行改造后，提高了微氣泡發(fā)生裝置的氣體注入能力，明顯改善了微氣泡生成能力，溶氣效果大幅提升，對(duì)于去除水中含油及懸浮物治理起到了良好的效果，處理指標(biāo)較之前提升達(dá)20%。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著生態(tài)環(huán)保形勢(shì)的越來(lái)越嚴(yán)峻，對(duì)海洋石油生產(chǎn)開發(fā)的要求也越來(lái)越高。該油田生產(chǎn)單元依靠自身技術(shù)與生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)深入全面的分析與研究，針對(duì)微氣泡工藝應(yīng)用于污水處理后出現(xiàn)水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的現(xiàn)象，從減小微氣泡節(jié)流，曝氣管線解堵，注入氣源流程改造3個(gè)方面采取了有效措施，充分保障了油田生產(chǎn)水處理和注水水質(zhì)的達(dá)標(biāo)，深刻踐行了“在保護(hù)中開發(fā)、在開發(fā)中保護(hù)”理念。