海上某油田微氣泡工藝性能的優化提升

王瀟，代齊加(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引言

某海上油田是整個油田群的中心樞紐，污水處理系統不僅要處理本平臺的生產污水和水源井產水，還要接收處理上游無人平臺和一個中心平臺的生產污水，處理合格后全部回注地層。油田執行的是高標準的注水水質要求企業A1級。氣浮選器作為污水流程處理的關鍵設備，其處理效果不佳將直接影響后續污水的深度過濾處理，造成出口水質不達標，不合格生產水污染地層，油井采收率下降，將嚴重影響安全穩定生產。作為氣浮選器的核心部件，微氣泡工藝的性能至關重要。隨著該油田全面投入開發以后，污水處理量的逐步增多，負荷增加，原始設計的缺陷以及流程運行等綜合因素，導致微氣泡裝置處理效率下降，出口水質存在超標現象，無法保證回注水的達標處理。為滿足注水要求，該油田對微氣泡工藝進行了一系列的性能優化改造，大幅度提高了生產水處理效果，最終實現“注好水，注夠水，精細注水，有效注水”，并保證注水水質合格常態化。

1 微氣泡工藝應用概況

油田氣浮選器設置一套溶氣式微氣泡制備系統，如圖1、圖2所示。氣浮清水室水經氣浮循環泵增壓后，進入到氣體注入器中。同時帶壓氣體經氣體洗滌器過濾后也進入到氣體注入器中。水相流、氣相流在氣體注入器中進行氣水混合，形成的氣水混合流進入到微氣泡發生器中，在流體旋流狀態下實現對氣泡的切割細化篩分，最終生成帶有大量微細氣泡的溶氣水，從微氣泡發生器出口通過布液管線進入到氣浮選器中。污水中的乳化油和分散的細小懸浮顆粒粘附在氣泡上，隨氣泡一起上浮到水面，排放至污油罐加以回收，從而達到從生產污水中去除含油和懸浮物的目的，最終實現水體凈化。

圖1 氣浮選器流程簡圖

圖2 微氣泡工藝流程簡圖

2 性能優化提升措施

2.1 微氣泡發生器節流問題治理

油田生產污水處理量約為2 000 m3/d。按照循環水量為處理水量10%的設計要求，流量應為8 m3/h，而實際生產運行中循環水量最高只有1 m3/h，溶氣水流量僅為2 m3/h，遠遠不能滿足正常處理要求。經過現場排查試驗，發現影響水量的節流點主要在于微氣泡發生器。在經過研究分析后，發現一是由于氣浮選器入口加藥流程帶入絮狀體，加上長期油泥結垢等造成微氣泡發生器淤積堵塞，二是微氣泡發生管孔眼較小過流較低。針對以上情況，開展下列措施進行處理。

(1)由于廠家專利保護，無法對微氣泡裝置全部拆檢，現場采取將微氣泡裝置整體隔離清洗和雜質清理。首先進行清水沖洗，將氣體注入器和微氣泡發生器整體拆下，用公用站壓力約500 kPa的清水對其沖洗。清水從設備出口進入，入口排出，其他管口用盲板封上，進行持續反沖洗。其次進行機械清理，隔離流程，拆除微氣泡發生器進出口管線，使用鋼絲、刀片和刷子等對9根微氣泡發生管共計18個進出口孔進行淤積油泥的清理。最后進行酸洗浸泡，將氣體注入器和微氣泡發生器整體拆下，把經過調配稀釋好的稀鹽酸倒入設備，進行浸泡約6～8 h，最后用清水沖洗置換。

(2)對微氣泡發生管重新開孔。現場使用電磨頭和鉆頭對微氣泡發生管的進口管進行開孔，共計在7根微氣泡發生管上開孔，孔眼直徑約為8 mm。實際有9根微氣泡發生管，受限于內部結構的影響，距離進口最遠的2根微氣泡發生管無法開孔，如圖3所示。

圖3 微氣泡發生器結構簡圖

進行上述處理后恢復微氣泡系統并進行流量測試，在注入氣能夠注入的情況下，進水流量由原來的0.7 m3/h上升至6.8 m3/h，溶氣水流量由2 m3/h上升至9 m3/h，現場取樣觀察，水樣中含有大量微細氣泡，氣泡十分密集，水體顏色近似乳白色，且氣泡在水樣中的停留時間30 s以上再消失。根據油藏提供數據，為進一步驗證該油田在后期注水配注量最大年份下(預計年注入量118.2萬立方米，折算為135 m3/h)的微氣泡生成是否良好，改用工業氮氣瓶進行測試(注入氣壓力1 MPa)，測試得到進水流量13 m3/h，溶氣水流量17 m3/h，按照循環水量與處理水量1∶10的設計要求，改造后可以滿足該油田后期的開發生產要求，微氣泡效果良好。

2.2 微氣泡曝氣管線堵塞治理

微氣泡發生器內氣液混和后形成的溶氣水，通過罐體底部的3根曝氣管線伸入氣浮罐內，微氣泡從曝氣孔中進入氣浮水體，在氣泡上浮過程中吸附乳化油及懸浮物。為了增加水頭損失，使溶氣水釋放更加均勻，曝氣管孔徑設計較小為2.5～3.0 mm。經過較長時間的運行，溶氣水進入罐內的流量逐漸減少，水處理效果下降。經過現場排查分析，將問題鎖定在曝氣管線出現堵塞，孔徑縮小所致。利用油田清罐機會進行進罐檢修。人員對罐內的曝氣管線進行檢查，發現曝氣孔出現不同程度的堵塞，有些孔眼堵塞嚴重已經完全封閉。通過對曝氣管線進行檢修，清理通堵曝氣孔后進行回裝并恢復流程運行。

通過進罐對曝氣管的檢修，保證了微氣泡能夠充分進入到氣浮罐內的數量要求，大大增強了水質處理效果，通過持續關注微氣泡發生器的運行狀況，制定年度清洗檢修計劃，提高清洗頻次，從而保證生產水水質達標處理。

2.3 微氣泡發生裝置氣源改造

微氣泡發生裝置氣源來自平臺的燃氣洗滌罐，操作壓力在500 kPa左右，氣浮循環泵出口壓力在循環水量8 m3/h時，壓力為620 kPa，經過現場試驗排查，在排除管線積液及補氣調節閥及旁通截止閥全開的影響因素后，確定由于泵壓高于氣體壓力，兩者壓力不匹配，導致實際氣體無法有效注入。氣體和液體混合比例失調，影響微氣泡生發效果和氣浮選器進氣泡要求，氣泡大小不均且氣量較少，攜帶水中含油及懸浮物性能下降，造成水質處理不達標。利用平臺已有設備對注入氣源流程進行優化改造。從燃氣緩沖罐(操作壓力3 400 kPa)引氣，為微氣泡發生器增加一路供氣管線至氣體洗滌器，并安裝調節閥、節流孔板等部件，將氣體壓力控制在800 kPa，加大氣體注入壓力，使氣、液兩相進行充分接觸，為微氣泡發生裝置提供穩定合格注入氣源，增強注氣效果，滿足氣浮對進氣量及氣泡的要求，提高處理能力。經過改造后對氣浮出口水質重新取樣化驗，化驗結果數據如表1所示。

表1 微氣泡發生裝置注入氣源改造前后出口水質化驗數據對比表

通過數據對比發現，對注入氣源流程進行改造后，提高了微氣泡發生裝置的氣體注入能力，明顯改善了微氣泡生成能力，溶氣效果大幅提升，對于去除水中含油及懸浮物治理起到了良好的效果，處理指標較之前提升達20%。

3 結語

隨著生態環保形勢的越來越嚴峻，對海洋石油生產開發的要求也越來越高。該油田生產單元依靠自身技術與生產經驗，通過深入全面的分析與研究，針對微氣泡工藝應用于污水處理后出現水質不達標的現象，從減小微氣泡節流，曝氣管線解堵，注入氣源流程改造3個方面采取了有效措施，充分保障了油田生產水處理和注水水質的達標，深刻踐行了“在保護中開發、在開發中保護”理念。