撬裝一體化油田污水處理裝置技術(shù)

高 潔，張 杰，邱 濤，胡小剛，趙年峰，盧永強

（1.中國石油渤海石油裝備制造有限公司，河北任丘 062550；2.中國石油華北油田公司，河北任丘 062550）

0 引言

華北油田近幾年開發(fā)的油氣田場站產(chǎn)能規(guī)模小、油藏斷塊多、區(qū)塊分散、開發(fā)外部環(huán)境差、安全環(huán)保壓力大。油田采出液含水比例越來越高，采出水也越來越多，能夠就地處理就地達(dá)標(biāo)回注是油田開發(fā)的主要需求。常規(guī)處理工藝及設(shè)備存在處理時間長、占地面積大、技術(shù)工藝流程復(fù)雜、運行能耗高等問題。為保障油田可持續(xù)發(fā)展，降低油田開采成本，需要采用新的設(shè)計理念，研制撬裝式一體化污水處理裝置，實現(xiàn)污水快速處理達(dá)標(biāo)回注，簡化流程，快速建站。

1 工藝技術(shù)研究

1.1 工藝流程（圖1）

采出水處理裝置進(jìn)水取自除油罐出水口，除油罐出水經(jīng)泵提升增壓后進(jìn)入兩級串并聯(lián)組合式旋流氣浮單元。通過離心分離、氣浮分離、聚結(jié)等作用，對含油、含懸浮物污水進(jìn)行高效分離，去除污水中90%的油和懸浮物。

圖1 工藝流程

1.2 工藝技術(shù)

本技術(shù)采用物理法進(jìn)行污水處理，將氣浮、混凝、除油、降濁、過濾等功能融為一體，實現(xiàn)了一體代多級和一器多能，簡化了污水處理流程，降低了工程投資和運行費用。工藝原理見圖2。

（1）組合式旋流氣浮技術(shù)。含油污水在入口管與攜帶大量微氣泡的部分回流溶氣水混合后，切向進(jìn)入到旋流溶氣氣浮罐體內(nèi)。在旋流離心力作用下，微氣泡迅速與油滴（或懸浮物）碰撞、粘附。同時微氣泡和油滴在離心力的作用下，逐步向中間聚集形成浮渣，上浮至油水界面，氣泡破裂，氣體析出，分離油集聚和聚結(jié)成油層一起從油氣出口排出。浮選之后的污水向下經(jīng)污水出口排出。

圖2 工藝原理

（2）嵌入式旋流雙介質(zhì)過濾。嵌入式旋流雙介質(zhì)過濾器有機結(jié)合氣浮、旋流分離、深床過濾、多相流反洗等多種先進(jìn)技術(shù)，具有高效的分離技術(shù)、獨特的布水方式、新型的反洗理念，將分離、過濾、反洗技術(shù)推向一個新的高度。過濾器引入多相流反洗技術(shù)，對濾層進(jìn)行松動、流化、磨擦，將攪拌和沖洗過程有機結(jié)合起來，減少反洗時間，節(jié)省反洗用水量，提高反洗效率。既保證反洗中濾料之間有較強擦洗作用，還能及時帶出擦洗下來的污油及污泥，防止了反洗中的二次污染。反洗不留死角，濾料不易板結(jié)，清洗徹底。

（3）超精細(xì)纖維束過濾。采用改性纖維束作為過濾介質(zhì)。過濾時通過濾層孔隙調(diào)節(jié)，來水通過濾料的攔截、吸附、架橋作用，濾除水中的懸浮物及污油。不同的孔隙度會實現(xiàn)不同的出水質(zhì)量。反沖洗時，濾層孔隙不斷變化，同時從底部進(jìn)水進(jìn)氣進(jìn)行反沖洗，實現(xiàn)濾料再生。孔隙度的調(diào)節(jié)可實現(xiàn)采出水過濾精度范圍調(diào)節(jié)，能夠更好適應(yīng)現(xiàn)場采出水水質(zhì)變化等極限工況的需求。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

渤海石油裝備制造有限公司石油機械廠針對華北油田現(xiàn)狀，研制了撬裝式一體化污水處理裝置，主要由組合式旋流氣浮系統(tǒng)、嵌入式旋流雙介質(zhì)過濾系統(tǒng)和超精細(xì)纖維束過濾系統(tǒng)等組成。設(shè)備為整體撬裝結(jié)構(gòu)，主體設(shè)備及全部附件均集成于撬座上（圖3），所有的操作及維護(hù)工作均可在撬內(nèi)完成。設(shè)備集除油、除懸浮物、除粒徑中值等功能于一體，具有高效、節(jié)能、一體化、不加藥、密閉帶壓、整體撬裝、占地緊湊、功能完善等優(yōu)點。

3 技術(shù)參數(shù)

圖3 主體結(jié)構(gòu)

（1）設(shè)計進(jìn)水指標(biāo)。介質(zhì)名稱：油田采出水；處理水量：250 m3/d，介質(zhì)溫度：20～60 ℃；進(jìn)水含油量：≤300 mg/L；進(jìn)水懸浮物含量：≤300 mg/L。

（2）設(shè)計出水指標(biāo)。含油量：≤6.0 mg/L；懸浮固體含量：≤2.0 mg/L；懸浮物顆粒直徑中值：≤1.5 μm。

4 創(chuàng)新點

（1）密閉帶壓旋流氣浮技術(shù)。突破傳統(tǒng)的采出水處理方式，創(chuàng)造性地將旋流分離技術(shù)和氣浮分離技術(shù)有機地組合于一體，實現(xiàn)密閉帶壓快速固液分離。

（2）不加藥氣浮技術(shù)。通過溶氣泵產(chǎn)生的超微氣泡（5～30 μm），能夠快速高效撲捉細(xì)微乳化油，并在分子間作用力下，乳化界面膜在微氣泡表面破裂并富集，乳化油破乳并在氣泡表面逐步形成油膜，再進(jìn)一步聚集形成大油滴后分離，實現(xiàn)破乳、聚結(jié)和分離。由于氣浮氣泡小，故能夠捕捉到0.2 μm 以上乳化油滴，實現(xiàn)乳化油物理破乳。

（3）旋流離心分離技術(shù)。通過弱旋流和弱離心力作用，強化微氣泡和油滴（或懸浮物）快速碰撞、粘附，提高油滴（或懸浮物）去除效率，通過旋流離心作用加快油滴集聚和聚結(jié)，提高分離速度。

（4）氣浮技術(shù)。改變了傳統(tǒng)氣浮工藝依靠油水密度差進(jìn)行重力沉降分離時存在速度慢、時間長的問題，采用油、氣、水三相密度差進(jìn)行分離，大幅提高沉降速度，縮短分離時間。

5 應(yīng)用

2020 年7 月，該產(chǎn)品在華北油田西-47 站進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用試驗，來液240 m3/d，進(jìn)水含油量及懸浮物含量≤300 mg/L，短時波動≤1000 mg/L。經(jīng)過1 個月取樣檢測，出水指標(biāo)均低于含油量6 mg/L、懸浮固體含量2 mg/L、懸浮物顆粒直徑中值1.5 μm，滿足油田污水回注二類水設(shè)計指標(biāo)。與后端陶瓷膜處理系統(tǒng)配合處理后，可以達(dá)到油田污水回注一類水指標(biāo)。

6 結(jié)語

華北油田小段塊油藏占比較大，采用常規(guī)建站方式投資大、周期長，通過撬裝式一體化污水處理技術(shù)的應(yīng)用，可以實現(xiàn)污水快速處理達(dá)標(biāo)回注，簡化流程，快速建站等目的。