范志勇，姚江龍

冀東油田公司南堡油田作業(yè)區(qū)，河北唐山 063200

南堡油田一號(hào)島水處理站投產(chǎn)于2008年，設(shè)計(jì)規(guī)模9 600 m3/d，現(xiàn)處理量8 000 m3/d；主要將采出水處理達(dá)到B1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)后，供1、2、3號(hào)人工島以及陸岸進(jìn)行注水和海管摻水使用。2018年水處理站水處理合格率僅為90.3%，低于目標(biāo)合格率95%，主要表現(xiàn)為懸浮固體含量和粒徑中值超標(biāo)。為了提高處理水質(zhì)，提高了破乳劑、反相破乳劑、絮凝劑、助凝劑等藥劑濃度，增加了水處理系統(tǒng)接收水罐、浮選機(jī)、過(guò)濾罐的清淤及清罐頻次，但效果不明顯，因此，研究新方法、尋求新技術(shù)以提高脫水和水處理效果并減輕成本支出已變得刻不容緩。

1 一號(hào)島水處理站工藝流程

一號(hào)島水處理站工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 水處理系統(tǒng)工藝流程

一號(hào)島水處理系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的沉降浮選過(guò)濾工藝。三相分離器脫出水經(jīng)管道進(jìn)入2座5 000 m3接收水罐進(jìn)行緩沖、沉降、除油；接著，進(jìn)入2臺(tái)并聯(lián)使用的高效溶氣浮選機(jī)，進(jìn)行二級(jí)除油和進(jìn)一步的懸浮物去除；浮選機(jī)出水依靠重力流入緩沖水池，再經(jīng)過(guò)提升泵增壓后進(jìn)入一級(jí)雙濾料過(guò)濾裝置；一級(jí)過(guò)濾后的出水直接進(jìn)入二級(jí)懸掛纖維束過(guò)濾裝置，再進(jìn)入三級(jí)雙濾料過(guò)濾裝置處理，達(dá)到B1級(jí)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

此工藝流程投產(chǎn)初期運(yùn)行良好，但近兩年處理水質(zhì)達(dá)標(biāo)率較差，對(duì)近兩年的水處理系統(tǒng)出水水質(zhì)進(jìn)行分析，外輸水出口懸浮物波動(dòng)較大，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定比較脆弱，對(duì)水處理系統(tǒng)出水水質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行分析，主要原因有兩個(gè)方面。

（1）來(lái)液含雜質(zhì)較多，對(duì)三相分離器出水水質(zhì)變差的影響較大。2019年7、8月份和2020年6、7月份，3#三相分離器的來(lái)液輸油管道正處于通球期，三相分離器內(nèi)進(jìn)入較多的蠟質(zhì)、管壁油泥，導(dǎo)致三相分離器出水水質(zhì)特別差；另外，過(guò)濾裝置反洗水因機(jī)泵故障，無(wú)法徹底沉淀，攜帶大量懸浮物的反洗水再次進(jìn)入接收水罐，最終導(dǎo)致接收水罐出水紊亂[1]，出水水質(zhì)較差。其間，有兩個(gè)階段過(guò)濾水質(zhì)好轉(zhuǎn)，外輸水質(zhì)較好，經(jīng)過(guò)分析主要是此時(shí)接收水罐、凈化水罐剛進(jìn)行了清罐作業(yè)，水罐內(nèi)懸浮物和污泥較少。

（2）二級(jí)纖維束過(guò)濾罐和一、三級(jí)雙濾料過(guò)濾罐濾料[2]受污染后，反洗效果差。懸浮物不斷在過(guò)濾罐內(nèi)聚集，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，出水效果更差。

因此要改善水處理系統(tǒng)水質(zhì)，控制三相分離器出水水質(zhì)以及提高過(guò)濾裝置過(guò)濾效果是關(guān)鍵。

2 水處理系統(tǒng)優(yōu)化方案研究

2.1 新型破乳劑篩選

2.1.1 新型破乳劑篩選試驗(yàn)

三相分離器主要依靠添加破乳劑進(jìn)行脫水，破乳劑的添加量對(duì)水出口的懸浮物含量、含油量均有較大影響。在用破乳劑受來(lái)液組分中聚合物含量的變化影響較大，三相分離器出水水質(zhì)達(dá)不到接收水罐進(jìn)水要求，并且需要較高的脫水溫度，綜合成本較高。本次破乳劑的選型[3]委托專(zhuān)業(yè)化工公司開(kāi)展，試驗(yàn)方法參照標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5280—2018《原油破乳劑通用技術(shù)條件》。

本次試驗(yàn)首先選定二號(hào)島來(lái)液進(jìn)行測(cè)試。二號(hào)島來(lái)液在1#三相分離器進(jìn)行處理。二號(hào)島來(lái)液（約2 100 m3/d、溫度38℃） 先進(jìn)入1#三相分離器分離出1 800 m3水，其余約300 m3（含水15%左右）原油進(jìn)入4#、5#三相分離器進(jìn)行二次脫水。考慮到冬季來(lái)液溫度較低，取來(lái)液的上層原油60 mL作為試樣，試樣中加入40 mg/L藥劑，在35℃水浴下進(jìn)行脫水實(shí)驗(yàn)，油樣脫水效果如圖2所示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

圖2 油樣脫水效果

表1 油樣脫水實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從表1及圖2可以看出：在35℃下，8號(hào)、10號(hào)、25號(hào)、JL-64試驗(yàn)藥劑在5 min內(nèi)脫水速度相對(duì)較快，其中10號(hào)藥劑最終脫水量最大。

采用同樣方法，分別對(duì)2#、3#三相分離器的來(lái)液進(jìn)行脫水試驗(yàn)，最終，經(jīng)過(guò)綜合評(píng)定，對(duì)于1#、2#、3#三相分離器來(lái)液，8號(hào)藥劑在溫度35℃的條件下，5 min脫水速度較快，60 min綜合脫水量最多，分離出的水色度較為透明，懸浮物含量低于120 mg/L，含油量低于100 mg/L，并且加藥濃度最低。因此，選定8號(hào)藥劑應(yīng)用于一號(hào)島三相分離器脫水系統(tǒng)。

2.1.2 新型破乳劑應(yīng)用情況

經(jīng)過(guò)破乳劑篩選以后，選用新型8號(hào)破乳劑，1#三相分離器加藥濃度從29 mg/L增加到40 mg/L，加藥量增加至20 kg/d；2#三相分離器加藥濃度從52.3 mg/L降低到40 mg/L，加藥量減少至25 kg/d；3#三相分離器加藥濃度從7 mg/L增加到15 mg/L，加藥量增加至60 kg/d。同時(shí)停用先導(dǎo)試驗(yàn)站脫水加熱爐以及采油五區(qū)脫水加熱爐，以節(jié)約運(yùn)行成本。其中停運(yùn)采油五區(qū)外輸加熱爐、先導(dǎo)試驗(yàn)站加熱爐后，3#三相分離器的運(yùn)行溫度由50℃降至43℃左右，三相分離器水出口懸浮物含量及含油量指標(biāo)并未受到較大影響，仍然在要求范圍之內(nèi)。

新型破乳劑應(yīng)用以后，雖然破乳劑加藥費(fèi)用從180萬(wàn)元增加至210萬(wàn)元，但同時(shí)，采油一區(qū)自用氣量從2019年的220.1×104m3下降到2020年的77.9×104m3，減少了142.2×104m3，新型破乳劑試驗(yàn)測(cè)試取得較好的預(yù)期效果。

2.2 小型橇裝水處理裝置測(cè)試[4]

一號(hào)島水處理系統(tǒng)已運(yùn)行12年，設(shè)備老化，維護(hù)成本越來(lái)越高，浮選機(jī)及過(guò)濾裝置維修、清洗濾料、更換濾料等成本達(dá)到了80萬(wàn)元，且2018年水質(zhì)達(dá)標(biāo)率不滿(mǎn)足要求。結(jié)合一號(hào)島水處理系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施以及運(yùn)行現(xiàn)狀，需要選取一種較為先進(jìn)的水處理工藝。經(jīng)過(guò)調(diào)研與考察，選取一小型橇裝水處理裝置進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證其是否符合一號(hào)島含油污水的處理要求，見(jiàn)圖3。

圖3 小型橇裝水處理裝置試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

2.2.1 工作原理

該試驗(yàn)裝置處理量為100 m3/d，融合了向心氣浮除油技術(shù)、微渦旋除污降濁技術(shù)、過(guò)濾凈化技術(shù)、溶氣增氧殺菌技術(shù)、濾料體內(nèi)渦流沖洗體外循環(huán)再生技術(shù)，工作原理是：在進(jìn)液管上溶氣，溶氣液體在裝置的向心氣浮除油構(gòu)件中進(jìn)行渦流旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的離心力將油氣向內(nèi)圓運(yùn)移，在此步驟中將分散油和輕質(zhì)有機(jī)物去除；分離出的液體進(jìn)微渦旋迷宮，在此步驟中主要是將細(xì)小顆粒聚結(jié)成大顆粒，細(xì)小油珠聚結(jié)成大油珠；聚結(jié)后的液體進(jìn)顆粒濾料進(jìn)行過(guò)濾，通過(guò)核桃殼的親油性將顆粒和油珠吸附攔截，從而達(dá)到過(guò)濾懸浮物和油的目的。

2.2.2 試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)論

通過(guò)一號(hào)島化驗(yàn)室和第三方化驗(yàn)中心對(duì)試驗(yàn)裝置處理水樣進(jìn)行了連續(xù)化驗(yàn)和抽樣檢驗(yàn)跟蹤。通過(guò)數(shù)據(jù)比對(duì)，在來(lái)水懸浮物平均含量為36 mg/L的情況下，出水懸浮物含量平均為0.46 mg/L，懸浮物的平均去除率達(dá)96.78%；來(lái)水含油量13.5 mg/L，裝置出水含油平均含量為1.1 mg/L，并且出水水質(zhì)穩(wěn)定，過(guò)濾的效果明顯優(yōu)于目前一號(hào)島水處理系統(tǒng)工藝。

2.2.3 一體化水處理裝置應(yīng)用

在可行性試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)進(jìn)一步考察調(diào)研，最終選定在一號(hào)島建設(shè)一體化水處理裝置。裝置主要由16臺(tái)一體化處理罐構(gòu)成，設(shè)備自帶提升泵、料泵、反洗泵、加料池及控制系統(tǒng)，占地面積576 m2，日處理能力 10 000 m3。

一體化水處理技術(shù)在試驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)上增加了濾料體外搓洗再生、機(jī)泵充裝濾料等技術(shù)，將原來(lái)的“氣浮選-緩沖水池-三級(jí)過(guò)濾”工藝優(yōu)化為一體化水處理新工藝，過(guò)濾采用2級(jí)，分別設(shè)置8個(gè)一體化裝置，濾層選擇核桃殼濾料[5]，投產(chǎn)后日處理能力8 000 m3，見(jiàn)圖4。

圖4 一體化水處理裝置現(xiàn)場(chǎng)

一體化水處理裝置投用以后，原浮選機(jī)、三級(jí)過(guò)濾工藝停用。在運(yùn)行過(guò)程中多次進(jìn)行取樣化驗(yàn)，一體化水處理裝置進(jìn)、出口水質(zhì)見(jiàn)表2。

表2 一號(hào)島一體化水處理裝置進(jìn)出口水質(zhì)

從表2可以看出，該裝置投用以后，裝置出口懸浮物固體含量、粒徑中值以及含油量三項(xiàng)指標(biāo)，達(dá)標(biāo)率達(dá)到了100%。同時(shí)，該一體化水處理裝置采用了橇裝模塊設(shè)計(jì)多功能一體化油田采出水處理裝置，便于制造安裝和快速建產(chǎn)，設(shè)備自動(dòng)化控制程度高，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)反沖洗和排污。解決了一號(hào)島水處理系統(tǒng)存在的外輸水懸浮物超標(biāo)、粒徑中值超標(biāo)等問(wèn)題，降低了運(yùn)行成本，同時(shí)提高了自動(dòng)化水平，降低了工人勞動(dòng)量，在一號(hào)島水處理系統(tǒng)應(yīng)用中取得了預(yù)期效果。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)破乳劑進(jìn)行重新篩選以及對(duì)原有水處理工藝的改造，一號(hào)島水處理系統(tǒng)的出水水質(zhì)均達(dá)到了B1級(jí)水質(zhì)的要求。通過(guò)篩選低溫破乳劑，不僅有利于三相分離器水出口的出水水質(zhì)，而且可以大幅降低自用氣消耗量。采油一體化水處理裝置新工藝降低了員工加藥、反洗的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了水質(zhì)達(dá)標(biāo)率，值得進(jìn)一步深入推廣。