海水淡化設備在海上油田的應用及發展前景

李安 賈永峰 李心意（中海油田服務股份有限公司油田生產完井增產中心 天津 塘沽 300452）

一、海水淡化技術發展背景

海水淡化技術是在第二次世界大戰以后才發展起來的，戰后由于國際資本大力開發中東地區石油，使這一地區經濟迅速發展，人口快速增加，這個原本干旱的地區對淡水資源的需求與日俱增。而中東地區獨特的地理位置和氣候條件，加之其豐富的能源資源，又使得海水淡化成為該地區解決淡水資源短缺問題的現實選擇，并對海水淡化裝置提出了大型化的要求。在這樣的背景下，20世紀60年代初，多級閃蒸海水淡化技術應運而生。現代海水淡化產業也由此步入了快速發展的時代。

二、海水淡化技術在海上平臺的應用

海上的海水淡化技術的應用主要集中在為生活區提供生活用水，一般采用小型的海水淡化設備，排量較小。近年來稠油熱采技術在海上油田開展應用，目前主要以多元熱流體吞吐為主，多元熱流體熱采技術是發展起來的一種新型熱采技術，通過燃燒產生高溫高壓的水蒸汽、CO2及N2氣等混合氣體，具氣體混相驅(氮氣驅、二氧化碳驅)和熱力采油(蒸汽吞吐、蒸汽驅)的特點，既適用于海上平臺生產井作業也適用于海上鉆井船探井作業。但對于熱采技術在海上油田的應用來說，最大的困難之一就是要保證熱采技術的熱采用水，且熱采用水對水質的要求比較嚴格，必須滿足熱采用水的水質指標。

1.熱采用水水源

海上平臺的水源一般有淡水、地熱水、生產污水和海水。四種水源情況見表1。

表1 不同水源水質指標數據

通過對四種水源的水質分析，海上平臺的水源均不滿足多元熱流體用水的水質要求，必須使用水處理裝置進行凈化、淡化處理。其中淡水資源供給有限，需供給船定期支持，費用高；生產污水供給量受生產流程產水量的限制且含油處理難度大；海水和地熱水資源豐富。對于擁有地熱水資源的平臺可采用地熱水處理工藝，而對于鉆井船和無地熱水資源的平臺，使用海水淡化技術是較佳的選擇。

三、海水淡化設備及流程

1.海水淡化設備具備以下特點：

（1）裝置緊湊尺寸：≤7m×3m×3m；（2）適用范圍：海水（TDS≤32000）；

（3）出水水質：TDS≤300ppm；脫鹽率：≥99.0%；

（4）環境溫度：5℃～50℃；

（5）防爆等級：IP55。

2.基本工作原理是：運用特制的高壓水泵，將原水加壓，使原水在壓力的作用下滲透過孔徑只有0.0001微米的反滲透膜。化學離子和細菌、真菌、病毒體不能通過，隨廢水排出，只允許體積小于0.0001微米的水分子通過。

3.反滲透系統主要由兩部分組成：

（1）預處理部分：預處理系統的設置，目的在于改善供水條件，使之達到反滲透系統的進水要求，從而保護反滲透主機，并延長膜的使用壽命。在預處理系統中，常常需要針對不同的水質進行預處理設計，最常見的是多介質過濾器（濾除直徑大于10um的懸浮顆粒）＋活性碳（去除水中的異味、余氯、重金屬離子、有機致癌物等）＋阻垢劑加藥裝置（或軟化裝置）（大大減少系統中鈣、鎂等結垢物質形成垢）＋精密過濾器（過濾精度為5um，進一步脫除水中殘留的顆粒性物質）組成預處理系統。

（2）反滲透部分：主要包括系統泵、反滲透裝置（反滲透膜及膜殼、機架、電控箱）、沖洗/清洗裝置及中間水箱，主要用于除去水中絕大部分可溶性鹽分、膠體、有機物及微生物，成為中間水；最后進入軟化裝置進行ph值調節等措施使其能滿足多元熱流體熱采用水的水質標準，最后成為淡化水輸出。

四、現場應用

在渤海油田熱采中使用海水淡化設備，系統排量達到20m3/h，出水水質滿足多元熱流體熱采水質要求，處理前后水質見表3。

表3 處理前后水質指標

五、結論與建議

（1）利用反滲透海水淡化技術制造的海水淡化設備，滿足海上平臺使用要求，并成功的將其應用到海上的熱采作業中。

（2）海水淡化技術的應用為海上的多元熱流體熱采作業提供了一種新的供水方式，為海上油田多元熱流體熱采技術的擴展應用奠定了堅實的基礎。

（3）隨著技術的快速發展，海水淡化設備的工程造價和運行成本將持續降低，反滲透系統回收率越來越高，使得反滲透海水淡化技術成為當今最先進和最節能有效的海水淡化技術。

（4）未來小型化海水淡化設備在海上平臺及鉆井船將有效應用及推廣，充分解決海上平臺淡水資源缺乏問題。

唐曉旭，馬躍，孫永濤.海上稠油多元熱流體吞吐工藝研究及現場試驗[J].中國海上油氣2011，23(3):185-188.