某平臺注水緩沖罐含聚污水處理試驗性改造

王 玉，張 超，崔 正

(中海石油(中國)有限公司 天津300452)

某平臺注水緩沖罐含聚污水處理試驗性改造

王 玉，張 超，崔 正

(中海石油(中國)有限公司 天津300452)

中海石油(中國)有限公司某平臺受注聚返出物影響日益明顯，在清罐作業(yè)后投用僅5個月罐內(nèi)再次出現(xiàn)大量含聚浮渣，多次造成注水增壓泵全停應(yīng)急事件。針對注水緩沖罐面臨的“危機”，提出注水緩沖罐頂部進行開孔的改造設(shè)想。通過查閱相關(guān)文獻及多次現(xiàn)場試驗，并結(jié)合優(yōu)化施工手段，最終成功實現(xiàn)了注水緩沖罐在線適應(yīng)性改造，達到了含聚污水處理方式的“降本增效”。

注水緩沖罐 含聚污油泥 在線開孔 可燃?xì)饷芊?水力切割設(shè)備

0 引 言

中海石油(中國)有限公司某平臺注水緩沖罐于2014年8月進行清罐作業(yè)，清除含聚浮渣固相物質(zhì)達150,m3(占罐體有效容積270,m3的55%,)。而在2015年2月注水緩沖罐恢復(fù)生產(chǎn)短短的5個月時間內(nèi)，罐內(nèi)又再次積聚了大量的含聚污油泥等固相物質(zhì)。但限于罐體頂部未設(shè)計收油孔，最初只能采取拆除20,cm呼吸閥管線結(jié)合自制打撈工具的手段對含聚污油泥進行簡單的“勾拽”，自2015年3月至9月12日打撈出固相物質(zhì)約23.3,m3。但對于整個罐體14,000,mm×4,300,mm的水平投影面而言，20,cm管口覆蓋面很小，此措施收效甚微。期間注水增壓泵多次出現(xiàn)因濾器突然臟堵導(dǎo)致的全停應(yīng)急事件。

為保證工藝流程、設(shè)備運行、外輸水質(zhì)的整體穩(wěn)定性，不得不將注水緩沖罐運行液位由最初設(shè)計的3,000,mm不斷慢慢提升，打撈施工之前運行液位已提升至3,800,mm(溢流液位4,200,mm)。在660,m3/h的瞬時量下，生產(chǎn)人員有效應(yīng)急反應(yīng)時間僅為3～4,min。在上述狀態(tài)下運行，不僅帶來因注水增壓泵全停導(dǎo)致上游限產(chǎn)的生產(chǎn)問題，還因運行液位的持續(xù)提升存在著較大的設(shè)備及環(huán)境方面的安全隱患。

1 改造限制因素分析

污水設(shè)備在線開孔作業(yè)在渤海地區(qū)尚屬首例，沒有參考經(jīng)驗，需要對整個改造過程中的孔蓋設(shè)計、施工工藝、密封試壓問題通盤考慮。在設(shè)計施工階段可能遇到的問題包括：①孔蓋布局，避免與罐頂管線沖突的情況下，孔蓋布局要盡可能覆蓋罐體平面，以便將水體表層懸浮態(tài)含聚浮渣全部打撈出來；②注水緩沖罐密封介質(zhì)為可燃?xì)猓杩紤]安全施工方式；③收油孔與罐體的連接方式，要考慮改造后其連接強度及密封的有效性。

2 改造思路及對策

2.1 在線施工方式探索(見圖1)

圖1 注水緩沖罐氮氣置換試驗方案示意圖Fig.1 Schematic of nitrogen displacement test scheme for waterflooding buffer tank

針對罐頂可燃?xì)饧岸杌瘑栴}，專門進行了注水緩沖罐氮氣置換試驗。結(jié)果表明，在可測試區(qū)域內(nèi)可達到罐體惰化要求的含氧量≤5%,，但可燃?xì)鉂舛仁冀K處于超標(biāo)狀態(tài)(見圖2)。且罐體管線法蘭及甩頭集中于罐頂1/4區(qū)域內(nèi)，測試數(shù)據(jù)僅能代表被檢測區(qū)域。

圖2 注水緩沖罐氮氣置換試驗中氧氣含量變化Fig.2 Chart of oxygen content variation during the test of nitrogen displacement for waterflooding buffer tank

為保證施工的安全、高效開展，此項目決定采用對可燃?xì)夂恳笙鄬^低的冷切割方式開展作業(yè)。

2.2 改造設(shè)計

通過查閱相關(guān)石化行業(yè)罐體設(shè)計、施工工藝等方面的資料，提出設(shè)計方案如下：

①孔蓋位置要避開罐體外壁上的加強工字鋼(尺寸為920,mm×920,mm)，同時也要避開罐內(nèi)壁上的加強角鋼，單個孔蓋尺寸為650,mm×650,mm(見圖3)。

圖3 注水緩沖罐頂部開孔俯視圖Fig.3Top view of the opening at the top of waterflooding buffer tank

②收油孔法蘭與罐體采取螺栓連接方式，螺栓孔均勻布置在預(yù)制孔蓋內(nèi)側(cè)，防止罐內(nèi)氣體沿螺栓孔外溢(見圖4)。

③通過螺栓將預(yù)制的孔蓋緊固在罐體上，固定螺栓均從罐內(nèi)向上穿，螺母朝外，并采用止動墊片和增加備母的雙重放松方式防止螺栓松落。連接密閉采用聚四氟乙烯墊片(見圖4)。

④用金屬膠對收油孔法蘭及罐體連接位置進行粘合處理，強化密封性能。開展現(xiàn)場試壓。結(jié)合平臺注水緩沖罐日常運行壓力情況，設(shè)定試驗壓力為3,kPaG能夠滿足平臺要求。

⑤與罐體連接的罐頂收油孔法蘭處預(yù)留焊道，以備在停產(chǎn)檢修期間進行焊接處理。

圖4 注水緩沖罐頂部開孔孔蓋主視圖Fig.4 Plan view of the lid of the opening at the top of waterflooding buffer tank

2.3 陸地模擬實驗及CCS強度校核

對設(shè)計圖紙在陸地進行模擬密封性壓力試驗(根據(jù)注水緩沖罐設(shè)計壓力1.5倍進行實驗)，標(biāo)準(zhǔn)為：45,kPaG壓力保壓30,min無壓力降為合格標(biāo)準(zhǔn)(見圖5)。實驗結(jié)果顯示合格(見圖6)。

在連接方式試驗合格的前提下，委托中國船級社(CCS)對罐體改造項目進行強度校核，結(jié)論為罐頂應(yīng)力結(jié)果滿足要求，增加3個收油孔對罐體頂板沒有較大影響，對罐體頂板剛度有增強效果(見圖7)。

圖5 某平臺注水緩沖罐陸地模擬Fig.5Land simulation of a platform’s waterflooding buffer tank

圖6 模擬密封性試驗情況Fig.6 Result of an encapsulation simulation test

圖7 CEPK平臺注水緩沖罐開孔后罐頂應(yīng)力分布Fig.7 Stress distribution on top of the waterflooding buffer tank on CEPK Platform after its pore opening

3 現(xiàn)場改造施工

為保證在線開孔作業(yè)施工的安全性、準(zhǔn)確性與快捷性，研究國內(nèi)外先進施工工藝后，引進與吸收國內(nèi)外適用技術(shù)，最終確定此項作業(yè)的最佳冷切割工具和施工步驟：在開孔位置處畫出螺孔和需切割的收油孔，先用磁力鉆(見圖8)螺栓孔，過程中持續(xù)對螺孔位置進行水冷卻；在需切割部件中心位置打兩個螺栓孔并攻絲，進而擰上吊裝圓環(huán)螺栓，利用倒鏈吊住切割部件，再用高壓水射流裝置(見圖8)將650,mm× 650,mm的鋼板切下，完成開孔。

圖8 磁力鉆(a/b)和高壓水射流裝置(c)Fig.8 Magnetic drill(a/b)and high pressure water jet device(c)

4 試驗性改造應(yīng)用效果

開孔作業(yè)結(jié)束立即進行注水緩沖罐的頂部含聚污油泥打撈作業(yè)。截至2016年1月21日，119,d時間內(nèi)累計打撈含聚浮渣150,m3。

試驗性改造后，打撈作業(yè)取得了顯著成效。經(jīng)1月22日的注水緩沖罐液位降低試驗，液位可降至2,500,mm。目前運行液位已由改造前高達3,800,mm降至投產(chǎn)設(shè)計的3,000,mm，基本解決了污水流程的關(guān)斷風(fēng)險及高液位運行的溢流風(fēng)險；同時注水增壓泵、注水泵等設(shè)備故障率也隨之減少；注水增壓泵濾器臟堵情況大有改觀，清洗頻率明顯降低，較之前濾網(wǎng)清洗工時減少達50%,。

隨著打撈工作的開展，平臺水質(zhì)得到了明顯的改善：污水含油由之前的30～32,mg/L降至目前的26～29,mg/L，懸浮物含量由之前的17～20,mg/L降至14～17,mg/L(見圖9)。

圖9 某平臺打撈前后水質(zhì)對比情況Fig.9 Comparison of the quality of injection water before-and-after removal

該項目得以順利實施，其收油孔設(shè)計及在線安裝方式在渤海各平臺尚屬首例，水力切割技術(shù)在渤海海上平臺也是首次應(yīng)用。以上創(chuàng)新改造及技術(shù)應(yīng)用均可為后續(xù)類似項目提供參考。

5 經(jīng)濟效益

隨著注聚返出物對流程影響日益嚴(yán)重，該平臺注水緩沖罐于2014年8月5日停產(chǎn)檢修期間進行第1次清罐作業(yè)。此次作業(yè)共耗時60,h，清除含聚污油泥等固相成分150余m3，作業(yè)高峰時人數(shù)達到62人，總計投入2,244工時，施工費用40萬元。

按照2014年8月停產(chǎn)檢修之后的含聚污油泥生成速度計算，注水緩沖罐需每年至少進行清罐作業(yè)1次，否則CEPK平臺污水流程存在隨時關(guān)斷，最終導(dǎo)致該油田一期各平臺停產(chǎn)的風(fēng)險。通過罐頂新增收油孔打撈作業(yè)的常規(guī)化，可每年節(jié)約清罐費用40萬元，節(jié)省自主打撈作業(yè)3,285工時/年，避免了因清罐作業(yè)導(dǎo)致的一期各平臺停產(chǎn)造成的原油產(chǎn)量損失。

6 結(jié) 語

面對注聚油田含聚污水處理難題，針對性地提出對注水緩沖罐進行適應(yīng)性改造。結(jié)合優(yōu)化施工手段，成功實現(xiàn)了水力切割在海上油田的首次應(yīng)用。同時，改造后的注水緩沖罐實現(xiàn)了含聚浮渣的在線打撈，達到了含聚污水試驗性改造的目的?！?/p>

［1］ 明星，楊佩. 淺析高壓水射流加工技術(shù)及應(yīng)用[J]. 裝備制造技術(shù)，2013(12)：241-242.

［2］ 溫青，李凱峰，矯移山. 油田含聚廢水處理方法研究[J]. 應(yīng)用科技，2002，29(8)：65-66.

［3］ 余經(jīng)海. 工業(yè)水處理技術(shù)[M]. 2版，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

The Redesign and Transformation of Sewage Mixed Polymer Treatment in Injection Water Surge Tank

WANG Yu，ZHANG Chao，CUI Zheng
(China National Offshore Oil Corporation(CNOOC)，Tianjin 300452，China)

Due to the increasingly negative impact of the polymer flooding，there has been a mass of oil residue mixed polymer in injection water surge tank on some offshore platforms of CNOOC. Since the last tank cleaning five months ago，it had caused the accidental-stop of water injection booster pump for many times．Therefore，we presented a proposal that making manholes on top of the injection water surge tank in response to the crisis．Through reffering to literature and experiments，we have accomplished the task of modification of the injection water surge tank．It makes sewage treatment more efficient and economic.

injection water surge tank；oil residue containing mixed polymer；manhole making；flammable gas seal；hydraulic cutter

TU992.3

：A

：1006-8945(2016)10-0121-04

2016-09-02