武云龍

大慶油田第五采油廠

隨著油田開發(fā)的不斷深入，應(yīng)用聚合物驅(qū)油等三次采油規(guī)模不斷擴大，油田采出井及注入井?dāng)?shù)量不斷增加[1]，隨之水（聚）驅(qū)回收污水產(chǎn)生量大幅度增加，回收污水的物理性質(zhì)也發(fā)生了改變，具體表現(xiàn)為聚合物含量上升，Zeta電位、表面張力等發(fā)生變化，油水乳化嚴(yán)重，油珠聚并和浮升更加困難[2]。該類回收污水由于物性復(fù)雜，在回收到聯(lián)合站污水系統(tǒng)處理前，需先進(jìn)行預(yù)處理，去除水中含油量、懸浮物固體等雜質(zhì)，確保進(jìn)入系統(tǒng)的水質(zhì)達(dá)標(biāo)?；厥瘴鬯念A(yù)處理在提高污水回收利用率基礎(chǔ)上，對降低污水站負(fù)荷、減少對水系統(tǒng)沖擊、提高回注水質(zhì)達(dá)標(biāo)率具有重要意義。

1 回收污水處理現(xiàn)狀

大慶油田回收污水主要由油水井洗井污水、油水井作業(yè)返排液、注水干線沖洗水等組成，目前大慶油田回收污水主要有兩種處理方式，直接回收和經(jīng)預(yù)處理裝置處理后回收。

由于回收污水中含有大量老化油、懸浮物固體、聚合物、硫化物等污染成分，如直接將污水回收到聯(lián)合站污水系統(tǒng)中，會增加系統(tǒng)負(fù)荷，同時系統(tǒng)水質(zhì)污染程度加重[3]，影響水處理工藝效果及回注水質(zhì)達(dá)標(biāo)率[4-5]。

通過統(tǒng)計某采油廠各聯(lián)合站回收污水狀況發(fā)現(xiàn)，具備預(yù)處理裝置的僅16.6%，且預(yù)處理裝置由于工藝的不適應(yīng)，處理效果不理想，含油量和懸浮物固體的去除率僅為20.1%、18.5%，投資和運行成本較高。

2 管道分離技術(shù)

管道分離技術(shù)是通過油水混合液在柱型管道分離器中的高速旋流[6]和在T 型管中的動態(tài)分層交換實現(xiàn)油水在管道中的快速分離[7]。

2.1 柱形管道旋流器

柱形管道旋流器主要是利用非均相介質(zhì)密度的差異[8]，旋流器高速旋轉(zhuǎn)使油、水兩相產(chǎn)生不同離心力的原理分離油和水。重質(zhì)相水流向旋流器邊壁，并由內(nèi)壓力場作用向下從底流口流出，輕質(zhì)相油在旋流器中心處聚集，由內(nèi)壓力場作用向上從溢流口流出[9]，技術(shù)原理見圖1。

圖1 柱形管道旋流器技術(shù)原理Fig.1 Technical principle of column pipe cyclone

2.2 T型管道分離器

T 型管道分離器主要是利用重力、浮力和分層滑移等作用的原理[10]，實現(xiàn)液-液預(yù)分離，由水平管和垂直管組成。油水兩相混合液在水平管流動過程中，重質(zhì)相受重力作用通過T型分岔結(jié)構(gòu)與垂直管道下降到底部水平管匯聚，密度較小的輕質(zhì)相在浮力作用下通過T型結(jié)構(gòu)與垂直管上浮到頂部水平管，形成兩相的分層流。T型分岔結(jié)構(gòu)的功能在于實現(xiàn)兩相流動路徑選擇，垂直管是兩相動態(tài)交換流動的通道，而水平管則發(fā)揮輸送、聚集等功能[10]，技術(shù)原理見圖2。

圖2 T型管道分離器技術(shù)原理Fig.2 Technical principle of T-type pipe separator

2.3 工藝流程

管道分離技術(shù)工藝流程主要以“一級柱形管道弱旋流+一級柱形管道強旋流+T 型管+一級柱形管道強旋流”為主工藝，具體處理工藝流程為：回收污水經(jīng)增壓泵進(jìn)入到一級柱形管道弱旋流器進(jìn)行油水初步分離，分離出的污油回到污油池，分離后污水進(jìn)入一級柱形管道強旋流器進(jìn)行再次分離，分離出的污油回到污油池，分離出的污水進(jìn)入T型管道分離器處理后進(jìn)入二級柱形管道強旋流器，分離出的污油回到污油池，分離出的污水回到污水池，經(jīng)回收進(jìn)入沉降系統(tǒng)處理后外輸。管道分離試驗裝置見圖3，流程示意圖見圖4。

圖3 管道分離裝置現(xiàn)場Fig.3 Field drawing of pipeline separation device

圖4 管道分離裝置工藝流程Fig.4 Process flow of pipe separation device

3 管道分離技術(shù)處理回收污水現(xiàn)場試驗

試驗污水為大慶油田某聚驅(qū)區(qū)塊聯(lián)合站回收水池內(nèi)污水，主要由洗井污水、作業(yè)返排液、注水干線沖洗水組成，試驗水質(zhì)含聚質(zhì)量濃度（以下簡稱濃度）為100.4～138.5 mg/L。試驗裝置設(shè)計規(guī)模30 m3/h，設(shè)計壓力2.5 MPa，設(shè)計溫度0～50 ℃，實際處理水量30～35 m3/h，運行壓力0.8 MPa，環(huán)境溫度20～25 ℃。試驗主要研究管道分離技術(shù)處理前后回收污水物性變化、對比處理前后污水含油量、懸浮物含量去除效果，確定合理流量分流比率及試驗污水處理時間。

3.1 回收污水物性變化

對管道分離裝置處理前后回收污水物性進(jìn)行了檢測，對比污水各項物性指標(biāo)變化情況如表1 所示。結(jié)果表明回收污水經(jīng)管道分離裝置處理后，黏度、COD、硫化物、含聚濃度有所下降，Zeta電位絕對值下降1.35 mV，表明管道分離技術(shù)對回收污水物性有一定影響。

表1 回收污水物性檢測數(shù)據(jù)Tab.1 Physical property testing data of recovered sewage

3.2 回收污水含油量去除

對回收含油濃度區(qū)間為10.9～295 mg/L 的含油污水進(jìn)行試驗（平均含油濃度為120.3 mg/L，含油濃度大部分低于100 mg/L）。經(jīng)管道分離裝置處理，處理后總出水口含油濃度控制在4.6～50 mg/L，平均含油濃度為29.1 mg/L，平均去除率為75.7%。

3.2.1 含油濃度＜100 mg/L時試驗效果

對回收含油濃度＜100 mg/L的污水（含油濃度位于10.9～66.0 mg/L 范圍，平均含油濃度為34.7 mg/L）進(jìn)行試驗，經(jīng)管道分離裝置處理，處理后一級強旋流出口平均含油濃度25.2 mg/L，T型管出口平均含油濃度15.8 mg/L，總出水口含油濃度（二級強旋流出水口）控制在4.6～26.8 mg/L，平均含油濃度為14.3 mg/L，平均去除率為58.7%，試驗數(shù)據(jù)見表2。

表2 回收污水含油濃度（＜100 mg/L）檢測數(shù)據(jù)Tab.2 Testing data of oil concentration(＜100 mg/L)in recovered sewage

3.2.2 含油濃度≥100 mg/L時試驗效果

對回收含油濃度≥100 mg/L 的污水（含油濃度位于146～295 mg/L 范圍，平均含油濃度為205.8 mg/L）進(jìn)行試驗。經(jīng)管道分離裝置處理，處理后一級強旋流出水口平均含油濃度100.3 mg/L，T型管出水口平均含油濃度67.1 mg/L，總出水口含油濃度（二級強旋流出水口）控制在37.0～50 mg/L，平均含油濃度為43.9 mg/L，平均去除率為78.6%。試驗數(shù)據(jù)見表3。

表3 回收污水含油濃度（≥100 mg/L）檢測數(shù)據(jù)Tab.3 Testing data of oil concentration(≥100 mg/L)in recovered sewage

試驗結(jié)果表明，回收污水含油濃度越高，管道分離技術(shù)對含油濃度的去除率越高。

3.3 減少回收污水懸浮物固體含量

試驗回收污水水質(zhì)懸浮物固體濃度位于96.1～218.8 mg/L 范圍，平均懸浮物固體濃度為142.2 mg/L。回收污水經(jīng)管道分離裝置處理后，一級強旋流出水口平均懸浮物固體濃度110.2 mg/L，T型管出水口平均懸浮物固體濃度98.3 mg/L，總出水口懸浮物固體濃度（二級強旋流出水口）控制在67.9～113.8 mg/L 之間，平均濃度為82.2 mg/L，平均去除率為41.0%，試驗數(shù)據(jù)見表4。

表4 回收污水懸浮固體濃度檢測數(shù)據(jù)Tab.4 Testing data of suspended solids content in recovered sewage

3.4 管道分離裝置流量合理分流比

管道分離技術(shù)處理后的回收污水出水率是影響處理效果及效率的重要因素，經(jīng)濟合理的出水率是確定管道分離技術(shù)對油田污水適應(yīng)性的關(guān)鍵。

對管道分離裝置出水口與出油口流量比分別按9∶1、8∶2、7∶3、6∶4 控制檢測總出水口含油濃度、懸浮物固體濃度變化情況，確定合理分流比。隨著出水口流量的降低，出口含油濃度、懸浮物固體濃度均呈下降趨勢。當(dāng)分流比控制為8∶2時，平均含油濃度、懸浮物固體濃度分別下降到38.6 mg/L和70 mg/L，分流比控制為7∶3、6∶4后，平均含油濃度、懸浮物固體濃度僅波動2%左右，故確定出水口與出油口合理分流比為8∶2。試驗數(shù)據(jù)見表5。

表5 分流比試驗數(shù)據(jù)Tab.5 Split ratio test data

3.5 管道分離技術(shù)穩(wěn)定性試驗

試驗方法：要求回收水池間歇接收洗井污水和作業(yè)污水，保持管道分離裝置進(jìn)水水質(zhì)的動態(tài)變化。在控制管道分離裝置出水口與出油口分流比為8∶2情況下，試驗管道分離裝置連續(xù)運行10 h，總出水口（即二級強旋流器出口）水質(zhì)穩(wěn)定。即每間隔1 h 取出水口水樣，檢測含油濃度、懸浮物固體濃度，用以檢驗對比出水水質(zhì)穩(wěn)定性。

試驗裝置處理回收污水前含油濃度位于32.9～107.1 mg/L 范圍，平均含油濃度為67.1 mg/L，污水懸浮物固體濃度位于132.0～217.6 mg/L范圍，平均懸浮物固體濃度為164.5 mg/L。試驗數(shù)據(jù)見表6。

表6 穩(wěn)定性試驗數(shù)據(jù)Tab.6 Stability test data mg/L

試驗結(jié)果：試驗裝置連續(xù)運行10 h，總出水口水質(zhì)含油濃度在8.2～28.5 mg/L 之間，平均含油濃度為18.7 mg/L，平均去除率為72.1%；出水口水質(zhì)懸浮物固體濃度在72.1～100 mg/L之間，平均濃度為88.5 mg/L，平均去除率為46.2%，污水在裝置內(nèi)處理停留時間為310 s。

4 效益分析

管道分離技術(shù)處理回收污水費用主要包括投資費用和運行費用，按處理水量30 m3/h、日運行8 h計算，處理成本為0.72 元/m3，管道式分離技術(shù)處理回收污水與原預(yù)處理技術(shù)對比，一次性投資費用降低50.24%，噸水處理成本降低52.0%（表7）。

表7 管道分離技術(shù)處理成本對比Tab.7 Comparison of processing costs for pipeline separation technology

5 結(jié)論

（1）管道分離技術(shù)處理回收污水適應(yīng)性較好。管道分離技術(shù)處理回收污水出水含油濃度、懸浮物固體濃度平均去除率分別達(dá)到75.7%和41.0%，隨著含油濃度、懸浮物固體濃度的升高，含油濃度的去除率越高，但懸浮物固體濃度去除率變化不明顯。

（2）管道分離技術(shù)處理回收污水油水分離速度快。處理量為30 m3/h 時，現(xiàn)場工藝流程處理回收污水油水分離時間為310 s，油水分離快速、高效。

（3）管道分離技術(shù)處理回收污水成本較低。管道分離技術(shù)處理回收污水成本與現(xiàn)預(yù)處理方式對比，處理成本降低52.0%。