高 帥，樊 偉，呂 婷，錢 凱，余浩鑫，高小鍵，寇明耀，張榮耀，郭文濤，李 揚

（1.中國石油長慶油田分公司第二采氣廠，陜西榆林 719000；2.榆林榆川天然氣有限責(zé)任公司，陜西榆林 719000）

榆林氣田在采輸過程中，為防止天然氣在采出及集輸過程中形成水合物導(dǎo)致管線集輸效率下降，在氣井井口及集氣站節(jié)流降溫前進(jìn)行甲醇加注，為了減少含醇采出水對環(huán)境污染及降低天然氣開采成本，需對氣田開采過程中產(chǎn)生的含醇采出水進(jìn)行凝析油、甲醇的回收。榆林天然氣處理廠氣田含醇采出水處理系統(tǒng)始建于2003 年，主要處理工藝可概括為“一級沉降除油、二級沉降除雜、甲醇精餾回收、產(chǎn)層回注”，實現(xiàn)氣田含醇采出水集中處理，保障了氣田環(huán)保高效經(jīng)濟(jì)開發(fā)，而隨著榆林氣田由自然連續(xù)生產(chǎn)進(jìn)入增壓開采模式，氣田含醇采出水水質(zhì)及水量均發(fā)生了較大變化，原有的采出水處理工藝逐漸不能滿足新的處理要求。

1 氣田含醇采出水處理工藝現(xiàn)狀及存在問題分析

1.1 氣田含醇采出水處理工藝簡介

榆林天然氣處理廠擔(dān)負(fù)著榆林氣田和部分神木氣田含醇采出水的集中處理任務(wù)，現(xiàn)有主要處理工藝流程為集氣站拉運/管輸來的含醇采出水首先進(jìn)入卸車池，經(jīng)轉(zhuǎn)水泵轉(zhuǎn)輸進(jìn)入2 具350 m3沉降罐進(jìn)行油水的自然沉降分離，分離出的凝析油靠自重回收至12 m3地埋凝析油罐，再經(jīng)轉(zhuǎn)油泵提升至小凝析油罐，最后再次經(jīng)轉(zhuǎn)油泵后進(jìn)入凝析油穩(wěn)定裝置穩(wěn)定后存儲至穩(wěn)定凝析油罐，定期外運；沉降除油罐除油、除雜后含醇采出水經(jīng)轉(zhuǎn)水泵轉(zhuǎn)至原料水罐（甲醇富液罐）進(jìn)行進(jìn)一步的機(jī)雜沉降分離后進(jìn)入甲醇回收裝置進(jìn)行甲醇精餾分離，回收的甲醇重復(fù)利用，剩余的采出水經(jīng)回注泵回注產(chǎn)層，具體工藝流程（見圖1）。

圖1 采出水處理流程圖

1.2 存在問題及原因分析

1.2.1 近年來采出水接卸量超出設(shè)計預(yù)處理能力 榆林天然氣處理廠采出水預(yù)處理能力設(shè)計為150 m3/d，而榆林氣田已自然連續(xù)生產(chǎn)二十余年，隨著氣藏開發(fā)步入中后期的增壓開采模式，邊水、底水逐漸增加，近年來氣田采出水呈逐年升高趨勢，根據(jù)近兩年實際運行情況來看，冬季高峰供氣期榆林處理廠接卸水量在160～280 m3/d，而該處理工藝設(shè)計參數(shù)為：卸車池100 m3，原料水罐設(shè)計350 m3，有效容積184 m3（根據(jù)儲罐高液位5.95 m、低液位2.5 m 得出），壓力除油器額定流量5 m3/h；反應(yīng)罐容積7.5 m3；卸車池提升泵、轉(zhuǎn)水泵額定流量30 m3/h。目前從卸車池到3#、4#原料水罐的平均轉(zhuǎn)水速度為10 m3/h，連續(xù)轉(zhuǎn)水轉(zhuǎn)滿一具罐（184 m3）需要18 h，靜置4 h 后可排油，排油速度為3.2 m3/h（原料水平均含油14.5%，184 m3水含油26.68 m3），排油需8 h，排油后開始轉(zhuǎn)水，目前轉(zhuǎn)水速度為14 m3/h（壓力除油器、反應(yīng)罐走旁通），轉(zhuǎn)水至安全尺需11 h，通過現(xiàn)場試驗核算，該處理廠目前最大單日處理量146 m3。為確保榆林南區(qū)和神木氣田氣井的正常生產(chǎn)，只能大幅縮短采出水沉降時間（不足4 h），機(jī)雜油分得不到有效沉降分離，也因此導(dǎo)致后端甲醇精餾回收系統(tǒng)、回注系統(tǒng)問題不斷，采出水處理系統(tǒng)故障惡性循環(huán)。根據(jù)近年來該處理廠采出水接卸量可以分析出：處理廠冬季高峰供氣期間氣田采出水接卸量已遠(yuǎn)超設(shè)計處理能力。

1.2.2 部分預(yù)處理工藝設(shè)備效能不足、工藝落后 該處理廠原設(shè)計采出水預(yù)處理流程中主要靠3#、4# 沉降罐的自然沉降和2 具壓力除油器的過濾除油，隨著連續(xù)十多年的運行，壓力除油器內(nèi)部元器件效能大幅降低，加之采出水水質(zhì)情況變的更為復(fù)雜，2 具壓力除油器近些年來基本處于失效狀態(tài)，即該處理廠采出水預(yù)處理系統(tǒng)基本只靠3#、4#沉降除油罐和1#、2#原料水罐的自然沉降分離，而4 具原料水罐內(nèi)部未設(shè)計浮動收油裝置及罐底負(fù)壓排泥等相關(guān)的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致油水分離時間長、收油耗時長、油水分離不徹底、罐底沉降下來的機(jī)雜等實際運行困難。

1.2.3 甲醇回收裝置處理后的回注水溫度超高 該處理廠目前采出水處理工藝為甲醇回收裝置處理后塔底出來的合格的采出水（100～105 ℃）經(jīng)與進(jìn)塔原料水（甲醇富液）換熱后（55～70 ℃）直接進(jìn)入2 具100 m3回注罐，經(jīng)回注泵回注產(chǎn)層，回注水過高的溫度導(dǎo)致回注泵柱塞、盤根磨損快、運行中震動大，同時，過高的回注水溫度加上回注水的本身高礦化度導(dǎo)致設(shè)備、管線的腐蝕、老化加速，不利于系統(tǒng)的安全環(huán)保運行，近年來，也多次發(fā)生過注水管線腐蝕刺漏、回注井口法蘭密封鋼圈腐蝕滲漏的情況。

2 對策研究及實施

根據(jù)以上對該處理廠氣田采出水處理工藝及存在問題的分析，逐條進(jìn)行細(xì)化研究，并制定與現(xiàn)場符合、實用的改進(jìn)對策，具體如下：

2.1 增加沉降除油罐、優(yōu)化現(xiàn)有沉降除油罐沉降分離工藝

根據(jù)現(xiàn)場實際運行經(jīng)驗來看，采用自然沉降分離的氣田采出水處理工藝，儲罐罐容在6～8 倍的實際采出水處理量時，采出水的油、水、機(jī)雜分離效果相對較好，所以建議增加該處理廠新增500 m3沉降除油罐1具[1-3]。當(dāng)含油采出水經(jīng)進(jìn)水管線進(jìn)入到沉降除油罐內(nèi)部的分水器，由分水器均勻分布在罐內(nèi)部的配水管均勻的灑向罐內(nèi)的沉降區(qū)，水中較大的油珠在油水相對密度差的作用下，首先上浮至油層，粒徑較小的油珠隨水向下流動，在這個過程中，一部分粒徑較小的油珠在由于自身在靜水中上浮速度的不同及水流速度梯度的推動作用下，不斷碰撞聚集，形成較大油珠而再次上浮至油層。質(zhì)量密度相對較大的泥沙及懸浮顆粒在密度差的作用下，沉降到罐底，剩余的采出水則處在中間的凈水層。因此推薦新增沉降除油罐內(nèi)部收油工藝為固定溢流堰收油及負(fù)壓排泥工藝（見圖2）。

圖2 固定溢流堰沉降罐原理示意圖

2.2 更換落后壓力除油器為高效旋流分離器

高效旋流分離器撬裝裝置是一種用于油氣田采出水預(yù)處理的高效沉淀分離裝置（見圖3），該裝置是基于旋流分離原理，將預(yù)處理的出水流入高效旋流分離器，在離心力的作用下，進(jìn)行油水分離?；旌弦和ㄟ^切向入口進(jìn)入旋流分離器，促使混合液在分離器內(nèi)旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，水和油上浮，污泥下沉，實現(xiàn)快速的沉降分離。

圖3 高效旋流分離器原理示意圖

通過對高效旋流投運后進(jìn)水口和出水口水樣化驗分析，效果較好。

由此表明，該高效旋流分離器投運后，采出水中油分和機(jī)雜指標(biāo)明顯下降，可以達(dá)到油分＜100 mg/L、機(jī)雜＜200 mg/L 的回注指標(biāo)。

2.3 增加原料水與回注水的換熱器

通過前文分析，雖然甲醇精餾塔回收甲醇后塔底的剩余采出水經(jīng)過與上塔的原料水進(jìn)行了換熱，但去往回注罐的溫度依然有55～70 ℃，為了有效減低回注水的溫度，建議增加在原料水進(jìn)高效旋流前與甲醇精餾塔底液的管殼式換熱器，如此，不僅可以有效降低回注水的溫度，同時還可提高高效旋流分離器藥劑的反應(yīng)效果，提高旋流分離的應(yīng)用效果。

3 結(jié)論和認(rèn)識

（1）通過對該處理廠現(xiàn)有采出水處理流程的分析，發(fā)現(xiàn)該處理廠采出水實際處理能力不足，提出了增加1 具500 m3固定溢流堰收油、負(fù)壓排泥的沉降除油罐，可有效解決目前采出水處理過程中因沉降時間不足而導(dǎo)致的甲醇回收裝置堵塞頻繁、控制不穩(wěn)的情況。

（2）通過將已年久失效的壓力除油器更換為目前較新的高效旋流分離器工藝，有效提高了采出水油、水、泥的分離，且降低了運行維護(hù)成本，提高了生產(chǎn)效率，甲醇回收塔運行平穩(wěn)率得到了顯著提高。

（3）通過增加進(jìn)高效旋流分離器原料水與塔底排出水的管殼式換熱器，使得回注水溫度由55～70 ℃降至37～42 ℃，大幅度減少了回注泵因高溫異常磨損、抖動以及回注管線的過度老化問題，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。