溫振棟，郭奕杉，楊建偉，張大釬(中海石油(中國(guó))有限公司蓬勃作業(yè)公司，天津 300452)

0 引言

在海上油氣生產(chǎn)中，伴隨著原油和天然氣的產(chǎn)出，油藏中的地層水也會(huì)被開(kāi)采到地面，在實(shí)際油田生產(chǎn)作業(yè)中伴生水也稱為生產(chǎn)水。伴生水中一般分散油、乳化油、溶解油、無(wú)機(jī)鹽、溶解氣和一些細(xì)菌等。生產(chǎn)污水的處理目的就是去除以上雜質(zhì)，以達(dá)到生產(chǎn)水回注或排放的標(biāo)準(zhǔn)。生產(chǎn)水的處理方式一般為兩種方式：一，處理合格后的生產(chǎn)水排海，根據(jù)環(huán)保要求近海海域一般不允許排海；二，處理后達(dá)到注水標(biāo)準(zhǔn)后，經(jīng)注水泵增壓后回注地層不僅補(bǔ)充地層能量，而且不會(huì)造成環(huán)境污染[1]。注水水質(zhì)是注水開(kāi)發(fā)的生命線，水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的注水注入地層不僅不能有效地保持地層能量，反而會(huì)腐蝕地面及井下設(shè)備，還會(huì)造成近井地帶污染堵塞，使得地層吸水能力變差，造成地層虧空，同時(shí)反映到油氣井上就是產(chǎn)量迅速降低，影響采收率[2]。

在生產(chǎn)污水中，水中含油(OIW)和懸浮物(TSS)是最難去除的雜質(zhì)，在生產(chǎn)水中存在的油滴直徑大于100 μm 的浮油和10～100 μm 的分散油占90%左右，油滴直徑在0.1～10 μm 的乳化油占10%左右，還有微量油滴直徑小于0.1 μm 的溶解油，一般含量小于1%[3]。溶氣式浮選器主要是去除生產(chǎn)水中的水包油型乳化油和懸浮物，去除率能達(dá)到90%～95%，氣浮出水水質(zhì)控制指標(biāo)要達(dá)到水中含油(OIW)小于50 mg/L，懸浮物(TSS)小于50 mg/L。

氣浮法凈化油田污水的理論研究和試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，除油效率隨著氣泡與油珠和固體顆粒的接觸效率和附著效率的提高而提高。氣液接觸時(shí)間延長(zhǎng)可提高接觸效率和附著效率，從而提高除油效率。增大油珠直徑，減小氣泡直徑和提高氣泡濃度既可提高接觸效率，也可提高附著效率。因此是提高除油效率的重要措施。其他一些因素如：溫度、pH 值、礦化度、處理水含油量和水中所含原油類型也都直接或間接地影響除油效率。因此處理不同的油田污水，即使同樣的設(shè)計(jì)，處理后的含油量也不相同；同一個(gè)水源，采用不同的氣浮法處理，處理后的水質(zhì)也不一樣；即使同一個(gè)水源，采用同樣的氣浮法處理，但隨著處理水物性的變化，處理后的水質(zhì)也會(huì)發(fā)生變化。因此，必須搞清這些因素對(duì)除油效率的影響及其之間的相互作用，從而采用針對(duì)性措施，提高氣浮法凈化油田污水的效率。

文中主要以該平臺(tái)溶氣式浮選器處理系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)為切入點(diǎn)，簡(jiǎn)單介紹本設(shè)施生產(chǎn)運(yùn)行狀況，并且對(duì)其中存在的一些問(wèn)題和解決措施進(jìn)行了探討。該平臺(tái)使用的ADNF 型溶氣式浮選器主要包括兩個(gè)處理區(qū)，分別是氣浮區(qū)和斜管區(qū)，如圖1 所示。

圖1 ADNF 溶氣式浮選器工藝流程圖

1 溶氣式浮選器流程改造

制約溶氣式浮選器處理效果的因素主要因素包括溶氣壓力、收油效率和排泥效率[4]。從設(shè)計(jì)到投產(chǎn)后運(yùn)行，溶氣式浮選器運(yùn)行一直存在幾個(gè)顯著問(wèn)題，不僅制約了設(shè)備的處理能力也給員工日常操作帶來(lái)安全隱患，現(xiàn)在分別對(duì)以下幾個(gè)問(wèn)題展開(kāi)論述。

問(wèn)題一：溶氣式浮選器設(shè)計(jì)最佳溶氣壓力為650 kPaG，但是平臺(tái)設(shè)計(jì)上溶氣式浮選器的氮?dú)鈦?lái)自于氮?dú)鈨?chǔ)罐出口PCV(設(shè)點(diǎn)為500 kPaG) 下游，無(wú)法滿足溶氣式浮選器最佳工況。

問(wèn)題二：隨著投運(yùn)時(shí)間的增長(zhǎng)和上游斜板除油器加注清水劑，造成溶氣式浮選器上部聚集浮油，底部會(huì)聚集污泥。由于平臺(tái)所處理生產(chǎn)水含有高濃度的硫化氫氣體，造成溶氣式浮選器污油、污泥無(wú)法安全排放，導(dǎo)致核桃殼濾器濾料全部受到污染，處理水質(zhì)長(zhǎng)期不達(dá)標(biāo)，極大制約了生產(chǎn)污水處理能力。

問(wèn)題三：溶氣式浮選器底部會(huì)聚集污泥且長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法安全排放，給細(xì)菌繁殖提供了溫床，導(dǎo)致設(shè)備腐蝕加速，給設(shè)備設(shè)施的安全運(yùn)行帶來(lái)安全隱患。

問(wèn)題四：溶氣式浮選器原設(shè)計(jì)方案是將氣相就地排放，由于氣相含有高濃度硫化氫，存在流程關(guān)停和人員中毒受傷的風(fēng)險(xiǎn)。

1.1 溶氣式浮選器氣源改造

在整個(gè)生產(chǎn)污水處理過(guò)程中去除乳化油主要是依靠浮選器[5]。溶氣式浮選器主要作用原理就是向污水中通入氮?dú)?，氮?dú)廨^其他氣體更安全也更易于獲得，氮?dú)庠?50 kPaG 的壓力下溶于生產(chǎn)水中產(chǎn)生微氣泡，達(dá)到飽和狀態(tài)，水體會(huì)呈現(xiàn)乳白色狀態(tài)，以此來(lái)判斷溶氣效果。溶氣水在反應(yīng)器中與原水混合壓力會(huì)突然下降，微氣泡在混合區(qū)體積增大并從水中逸出，生產(chǎn)水中的乳化油或懸浮物顆粒附在氣泡上浮到水面，然后采用機(jī)械的方法撇除刮除進(jìn)入污油系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)水除油的目的[5-6]。該平臺(tái)ADNF 溶氣式浮選器是采用的新一代氣浮加斜管處理模式，其工作原理主要分為三個(gè)部分：(1)絮凝反應(yīng)：生產(chǎn)水進(jìn)入管道反應(yīng)器中，與絮凝劑(助凝劑)和部分溶氣水混合發(fā)生反應(yīng)，釋放的微小氣泡(直徑氛圍(30～50 μm) 形成氣浮絮狀體，然后再進(jìn)入氣浮罐體；(2) 氣浮分離：生產(chǎn)水進(jìn)入氣浮罐體和另一部分溶氣水繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)后再進(jìn)入斜管分離區(qū)，根據(jù)淺池原理密度小的氣浮絮狀物上浮后由刮油(渣)板送至污油罐，密度較大的懸浮顆粒下沉至罐體底部，由刮泥機(jī)送至排污口，定期排放；(3)溶氣釋放：在溶氣罐中氮?dú)夂脱h(huán)水發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生飽和溶氣水，一部分送至入口的管式混合反應(yīng)器，另一部分送至氣浮罐體。

刮泥機(jī)和刮渣機(jī)通過(guò)PLC 控制定時(shí)啟動(dòng)，需要員工手動(dòng)打開(kāi)排放閥進(jìn)行手動(dòng)排放，如圖2 所示。

制度是學(xué)校管理必不可少的利器，正所謂“沒(méi)有規(guī)矩，不成方圓”。為此，農(nóng)村學(xué)校必須要完善寄宿制的管理制度，制定詳細(xì)的可執(zhí)行的制度，比如《宿舍管理制度》《文明宿舍評(píng)比制度》等，這些制度能夠一定程度上保證住宿生行為有章可循。

圖2 ADNF 溶氣式浮選器工作原理圖

根于溶氣式浮選器設(shè)計(jì)技術(shù)澄清內(nèi)容，當(dāng)溶氣壓力在650 kPaG 時(shí)，溶氣水通過(guò)細(xì)管進(jìn)入氣浮進(jìn)水區(qū)，在進(jìn)水室污水和氣水混合物中才能釋放得到直徑氛圍為30～50 μm 微小氣泡，以達(dá)到溶氣式浮選器最佳工況。目前，氮?dú)饬鞒虨槿軞馐礁∵x器提供的氮?dú)鈮毫ψ罡咧荒苓_(dá)到500 kPaG，針對(duì)此問(wèn)題經(jīng)與工程建設(shè)方、設(shè)計(jì)方和廠家溝通后將溶氣式浮選器的溶氣源氮?dú)馊恻c(diǎn)改為PCV 上游，直接將氮?dú)鈨?chǔ)罐800 kPaG左右的氣源引至溶氣式浮選器溶氣罐入口，以滿足溶氣式浮選器的最佳溶氣壓力，如圖3 所示。

圖3 溶氣式浮選器氮?dú)鈿庠锤脑旌?jiǎn)圖

溶氣式浮選器氣源改造完畢后，氣源壓力滿足了其處理需求，現(xiàn)場(chǎng)可以通過(guò)調(diào)節(jié)浮選器溶氣罐上游PCV 精確控制溶氣壓力，以達(dá)到最佳溶氣效果，滿足設(shè)備最佳工況。

針對(duì)溶氣式浮選器和斜板除油器以及其他生產(chǎn)水處理系統(tǒng)中常壓罐產(chǎn)生的高含硫化氫的氣體統(tǒng)一做了改造，由原設(shè)計(jì)的就地排放改造為將產(chǎn)生的廢氣經(jīng)由射流泵排至透平發(fā)電機(jī)排煙道上方高處，經(jīng)核算改造后廢氣可以很好地排放至高空，經(jīng)空氣稀釋后不會(huì)對(duì)人和設(shè)備造成危害。

1.2 溶氣式浮選器臨時(shí)排泥流程改造

在注水水質(zhì)考核指標(biāo)中不僅水中含油(OIW)很重要，而且固體懸浮物(TSS)也是影響水質(zhì)的重要參數(shù)。在ADNF 溶氣式浮選器處理生產(chǎn)水流程中，污油排放設(shè)計(jì)是閉式排放至污油罐，而固體懸浮物積累的污泥排放方式為開(kāi)式排放，由于排放的污油污泥中高含硫化氫(硫化氫濃度高達(dá)3 000 mg/L)，就造成雖污油可以安全排放，但污泥不能及時(shí)安全排放。這些污泥長(zhǎng)期在罐底沉降積累不僅會(huì)二次污染清水室水質(zhì)，還會(huì)污染下游核桃殼過(guò)濾器，導(dǎo)致油田注水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，還會(huì)給細(xì)菌的繁殖提供溫床，造成細(xì)菌含量超標(biāo)，硫酸鹽還原菌代謝產(chǎn)物硫化氫更高，也會(huì)加劇設(shè)備的內(nèi)腐蝕。

溶氣式浮選器底部污油不僅應(yīng)該及時(shí)排出，保證水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，而且還要有安全、合理的排放方法，保障人員的作業(yè)安全。ADNF 溶氣式浮選器初始設(shè)計(jì)的污泥排放方式為開(kāi)式排放流程，即通過(guò)箱體底部排放閥門(mén)直接排放至地漏中，這種排放方式難以適用于高含硫化氫的工況。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)流程實(shí)際考察分析后，決定對(duì)排污管線進(jìn)行改造并配合調(diào)整刮渣機(jī)和刮泥機(jī)PLC 運(yùn)行邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)安全、有效排放污泥的目的。具體操作方法是將溶氣式浮選器底部排泥管線連接至設(shè)備收油管線，改造后底部污泥將排至平臺(tái)污油罐中，形成閉式排放。先通過(guò)改造四個(gè)生產(chǎn)水處理系列中的A 和B 系列驗(yàn)證此改造方法的可行性，具體方法為在A/B 溶氣式浮選器收油槽去污油罐管線上開(kāi)孔并焊接三通，用4 寸軟管連接三通和排泥去地漏隔離閥法蘭，從而實(shí)現(xiàn)罐底排泥至污油罐，如圖4 所示。12 月17 日改造后每隔8 小時(shí)手動(dòng)排泥一次，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表1 和表2。

表1 接排泥管線前后TSS 含量對(duì)比表 單位：mg/L

表2 接排泥管線前后OIW 含量對(duì)比表 單位：mg/L

圖4 溶氣式浮選器A/B 實(shí)驗(yàn)流程改造

實(shí)驗(yàn)證明溶氣式浮選器排泥至污油罐流程的改造很好地解決了浮選器安全排泥的問(wèn)題，大幅度提高了出口處理水質(zhì)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果將四個(gè)系列均做了改造并將軟管改為硬管連接。(1) 將目前溶氣式浮選器A/B 排泥在用的4 寸軟管改造成4 寸的硬管段(現(xiàn)場(chǎng)排泥去地漏流程有隔離閥門(mén)，滿足流程隔離條件)； (2)增加溶氣式浮選器C/D 排泥硬管線段的改造，并將4 臺(tái)斜板排泥管線匯總到一起，匯集進(jìn)入溶氣式浮選器B 收油流程，詳見(jiàn)圖5。

圖5 溶氣式浮選器排泥流程改造

新增排泥管線流量計(jì)算根據(jù)列賓公式(1)：

經(jīng)計(jì)算可得新增排泥管線的過(guò)流量約為120 m3/h，可以滿足單臺(tái)設(shè)備收油排泥的流量需求。操作時(shí)，可通調(diào)整浮選器的進(jìn)液量控制其液位，底部排泥和上部收油可以同時(shí)進(jìn)行。

2019 年12 月，對(duì)氣浮選機(jī)進(jìn)行收油、排污流程進(jìn)行改造，后續(xù)進(jìn)行定期收油排污作業(yè)，改造后氣浮選機(jī)處理效果明顯提高，生產(chǎn)水系統(tǒng)處理水質(zhì)明顯改善，詳見(jiàn)圖6。

圖6 溶氣式浮選器改造前后總出口水樣化驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

2 研究成果

針對(duì)該設(shè)施生產(chǎn)水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行狀況，結(jié)合實(shí)際具體問(wèn)題，采用科學(xué)有效的技術(shù)手段對(duì)溶氣式浮選器具體分析，提出了合理的解決措施。通過(guò)自主改造措施，很大程度上提高了生產(chǎn)水處理的質(zhì)量和效率，解決了設(shè)備設(shè)施內(nèi)腐蝕問(wèn)題，同時(shí)消除了安全隱患，保障了人員的生命安全。

(1)將溶氣式浮選器溶氣壓力改為650 kPaG，使溶氣水混合物產(chǎn)生直徑氛圍為30～50 μm 微小氣泡，以達(dá)到溶氣式浮選器最佳工況，滿足了生產(chǎn)水系統(tǒng)正常處理需求。同時(shí)，溶氣式浮選器處理能力的提升也為后期引FPSO 高壓生產(chǎn)水進(jìn)入低壓生產(chǎn)水處理系統(tǒng)打下了良好的基礎(chǔ)。

(2)溶氣式浮選器排泥有開(kāi)式改造為閉式，充分利用了撬塊自身流程，改動(dòng)小而效益明顯。從根本上解決了溶氣式浮選器出口水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題，同時(shí)保障了員工作業(yè)安全，消除了安全隱患。

(3)溶氣式浮選器出口水質(zhì)得到大幅改善提高了核桃殼過(guò)濾器入口水質(zhì)，減小了核桃殼濾器處理負(fù)擔(dān)，同時(shí)延長(zhǎng)了核桃殼濾器的使用壽命及濾料更換周期，實(shí)現(xiàn)降本增效的目的。

(4)溶氣式浮選器底部污泥得到有效排放，使得細(xì)菌沒(méi)有了生長(zhǎng)的溫床，降低了細(xì)菌的滋生繁殖，從而也控制了設(shè)備的腐蝕。

(5)整體水質(zhì)的提升，減少了地層堵塞程度，減少了注水井解堵頻次，節(jié)約了作業(yè)費(fèi)用，提升了注水井的綜合時(shí)率，同時(shí)也提升了原油采收率。

(6)生產(chǎn)水系統(tǒng)廢氣排放經(jīng)由射流泵排放至透平發(fā)電機(jī)煙道處，消除了安全風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)項(xiàng)目或設(shè)備的設(shè)計(jì)階段更多地結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，充分考慮油田硫化氫的存在，對(duì)可能產(chǎn)生的腐蝕情況和安全因素統(tǒng)籌考慮。從本質(zhì)安全和經(jīng)濟(jì)適用性兩方面著手，確保設(shè)備能夠在最佳工況下運(yùn)行，滿足最大處理負(fù)荷，發(fā)揮設(shè)備最大處理潛能。今后高含硫化氫的設(shè)施設(shè)計(jì)應(yīng)該將任何排放方式設(shè)計(jì)為閉式排放，從根源上消除安全隱患。

(2) 充分研究影響溶氣式浮選器處理效果的因素，考慮氣源種類和壓力對(duì)溶氣效果的影響，以及斜管區(qū)不同斜管材質(zhì)、孔徑和傾斜角對(duì)不同生產(chǎn)水處理的影響。在后期新平臺(tái)設(shè)計(jì)或老平臺(tái)改造中，可以考慮將斜管區(qū)設(shè)計(jì)成角度可調(diào)節(jié)的功能，針對(duì)設(shè)備投產(chǎn)后可能處理的不同水質(zhì)的生產(chǎn)水可以做到精細(xì)調(diào)節(jié)。

(3)充分利用現(xiàn)場(chǎng)力量自主創(chuàng)新改造，提質(zhì)增效，用最小的投入獲得了較大的效果。