海上油田酸化返排液處理工藝研究

王繼良, 吳威，牟楠，孔德鈺

(中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300457)

海上油田酸化返排液處理工藝研究

王繼良, 吳威，牟楠，孔德鈺

(中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300457)

海上油田酸化返排液處理技術選用氣浮隔油-斜板除油-中和絮凝過濾的工藝流程。采用實際海上油田酸化返排液，對氣浮隔油、斜板隔油、中和過濾等處理單元進行模擬試驗。試驗結果表明，采用氣浮隔油池-斜板除油器的工藝流程處理海上油田酸化返排液是可行的。處理出水達到考核指標，實現了酸化返排液油水分離的目的。優選出了預分離處理設備及參數，確定了最優及最經濟的預分離單元工藝方案。

海上油田酸化返排液；油水分離；工藝研究；氣浮隔油；斜板除油；中和；過濾

在海上油田開發過程中，由于井下工藝復雜，返排出的酸化液含油量波動大，懸浮物質量濃度高，如果不進行預分離處理，會對后端流程處理造成很大影響，導致出水水質不能達標。筆者以海上油田酸化返排液為處理對象，進行水質分析和處理方法研究，優選出酸化返排液預分離處理裝置的工藝及參數。

1 工藝流程及考核指標

1.1 試驗流程

圖1 試驗研究流程圖

酸化返排液油水預分離工藝流程如圖1所示，通過對酸化返排液進行水質分析和設備試驗評價后，優選出酸化返排液預分離處理裝置的工藝及參數。

1.2 考核指標

酸化返排液處理出水考核指標如表1所示。海上油田酸化返排液的出水考核指標，所需要處理的指標為：油、水、懸浮物。根據水質特點及水質標準初步確定采用的處理工藝為氣浮隔油-斜板除油-中和過濾的工藝流程。

表1 酸化返排液處理出水考核指標

2 工藝試驗結果及討論

2.1 氣浮隔油池試驗

現場返回的酸化返排液進入氣浮隔油池，氣浮隔油池的作用主要是通過微小氣泡將水中的懸浮油和分散乳化油攜帶到返排液的表面，過程中使浮油和部分乳化油聚結成較大顆粒后向上漂浮，實現油水分離[1]。

在氣浮過程中，溶入的氣體經驟然減壓釋放，產生出微細、粒度均勻、密集度大的微小氣泡。其中氣泡直徑的大小對油的黏附和攜帶性能有決定影響，根據流體力學中的牛頓公式可間接計算出氣泡直徑:

式中：Dp為氣泡直徑，mm;ρL和ρG分別為液相和氣相(空氣)的密度，ρL取值0.998g/cm3，ρG取值1.025×10-3g/cm3；g為重力加速度，取值9.8m/s2；vt為氣泡的上浮速度，mm/s。試驗運行的溫度均為28℃。

圖2 隔油池不同氣浮壓力的分離效果

圖3 隔油池不同氣浮時間的分離效果

從牛頓公式可以看出，氣泡直徑的大小與上浮速度的平方呈正比。通過氣浮壓力→氣泡上浮速度→氣泡直徑大小的關系，試驗將設置不同的氣浮壓力的單因素，來考察氣泡直徑大小對氣浮隔油池的除油效果的影響。

由于現場酸化作業的工作性質，導致返出的酸化返排液含油量波動較大。分別配制含油質量分數為5%、10%、15%、20%、30%的酸化返排液，通過模擬來水含油量波動的情況下，氣浮隔油池的處理效果，優選出氣浮隔油池最佳的工藝參數。從圖2可以看出，隨著隔油池氣浮壓力升高，酸化返排液分離出的污水中的油相含量逐漸減低；不同氣浮時間條件下，隨著隔油池氣浮壓力升高，酸化返排液分離出的油相中的含水率逐漸升高；當氣浮壓力超過15psi(1psi=0.0068948MPa)，油相中含水率接近或超過30%。

從圖3可以看出，隔油池氣浮時間越長，酸化返排液中分離出的污水中的含油質量分數越低。不同氣浮壓力條件下，隔油池氣浮時間越長，酸化返排液中分離出的油相中的含水率越高，當氣浮時間超過20min，油相中含水率普遍超過30%。

同時氣浮壓力越大，即氣泡直徑越小時，油水分離的效果越好。最小氣浮壓力9psi(0.062MPa)時，氣泡上浮速度88.65mm/s，代入牛頓公式求出氣泡直徑為0.32mm，所以在氣泡直徑不大于0.32mm時，氣浮隔油池有良好的油水分離效果。

2.2 撇出油脫水性能

在氣浮隔油池試驗中，隨著氣浮壓力和時間增加，撇出油的含水率也明顯增加。觀察到撇出的酸化油中有非常多的微小氣泡，其攜帶的游離水導致含水率升高[2]。圖4為不同時間對撇出油脫水性能影響。可以看出將隔油池分離出的原油加熱至80℃，恒溫時間越長，油相中含水率越低，但油相中含水率降低至14%左右后，恒溫無法再降低其含水率。

圖4 隔油池不同氣浮時間的分離效果

2.3 斜板除油器試驗

斜板除油器采用異向流原理，內設有機玻璃斜管，傾斜角50°，污水通過斜板除油器下部進入，沿斜板向上流動，然后通過斜管填料進入底部溢流管，浮油和部分乳化油在斜管填料中聚結成較大顆粒后向上漂浮，污油經回收口流出罐體[3]。斜板除油器試驗將考察來水含油量≤1000mg/L時的除油效果，同時優選出氣浮隔油池最佳的工藝參數：①氣浮壓力；②氣浮時間。由圖5可以看出，氣浮斜板除油器氣浮時間越長，對樣品中油去除效果越好，但當氣浮時間超過20min后，樣品中含油去除效果無明顯變化。因此氣浮斜板的氣浮時間以≤20min為宜。由圖6可以看出，氣浮斜板除油器氣浮壓力越高，對樣品中油去除效果越好，但當氣浮壓力超過15psi后，對樣品中含油去除效果減弱。因此氣浮斜板的氣浮壓力以9～15psi為宜。

圖5 斜板除油器不同氣浮時間的分離效果

2.4 中和絮凝過濾試驗

酸化返排原液在進行中和后，污水樣中出現了大量絮體和固體懸浮物，影響污水樣的后續處理，故應加入適當的絮凝劑使污水中的絮體和固體懸浮物聚集、下沉，保證后續處理能順利進行[4，5]。絮體的主要成分是Fe(OH)2和Fe(OH)3膠體，加入PAC聚合氯化鋁絮凝聚沉后取上清液測懸浮物，并以原水懸浮物20mg/L做對照。加入絮凝劑PAC后，懸浮物質量濃度情況如圖7所示。PAC質量濃度為250mg/L時，絮凝效果最佳。將沉降后的絮體和酸化返排液通過核桃殼過濾，過濾效果如表2所示。雖然核桃殼過濾對懸浮物的去除率達到了90%以上，但是中和絮凝反應產生了大量絮體，會加重整個流程處理的負擔。

圖6 斜板除油器不同氣浮壓力的分離效果

圖7 絮凝劑PAC的絮凝效果

序號濾前懸浮物質量濃度/(mg·L-1)濾后懸浮物質量濃度/(mg·L-1)113451152132010331375126

3 結論

1)酸化返排液采用氣浮隔油和氣浮斜板除油器可以達到油相中含水率≤30%，水相中含油質量濃度≤1000mg/L的分離目的。

2)由于中和絮凝后酸化返排液產生大量絮凝物，處理困難，因此酸化返排液的預處理不進行中和處理。

3)為降低分離后的油相中含水率，可采用加熱方式除水，加熱溫度為80℃。

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[3] 王松，劉罡，胡三清，等. 河南油田酸化廢液處理的室內研究[J].鉆井液與完井液，2004，21(1)：30～32.

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[5] 楊旭，王大智. 中和一混凝法處理油氣田酸化廢水[J].油田化學，1989，6(3)：264～266.

2017-02-10

王繼良(1981-)，男，工程師，現從事油田增產增注措施和三次采油技術研究工作，wangjl7@cnooc.com.cn。

[引著格式]王繼良, 吳威，牟楠，等.海上油田酸化返排液處理工藝研究[J].長江大學學報(自科版), 2017,14(23):87～90.

TE357

A

1673-1409(2017)23-0087-04

[編輯] 帥群