海上某中心平臺生產水處理水質提升研究

徐振 鄭博 閆旭

Research on Improving the Produced Water Treatment Quality of a Center Platform in Offshore Oilfield

XU Zhen， ZHENG Bo， YAN Xu

（CNOOC （China） Limited CFD Operating Company， Tianjin 300450， China）

【摘? 要】根據海上某中心平臺生產水處理流程現狀，論文分析造成生產水中含油量較高的原因。通過對化學藥劑系統、設備運行參數、流程管理等方面進行研究分析，并對工藝設備底部排污管線進行改造，優化氣浮選器及注水緩沖罐的收油程序，增加中控系統化學藥劑監控組態等措施，有效提升了處理水質，降低水中含油量，延長注水井酸化周期。論文為今后同類項目的探索和研究提供可借鑒措施。

【Abstract】According to the current situation of produced water treatment process of a center platform in offshore oilfield， this paper analyzes the reasons for the high oil content in produced water. By analyzing chemical reagent system， equipment operation parameters， process management， reforming sewage pipeline at the bottom of process equipment， optimizing oil collection program of gas flotation device and water injection buffer tank， increasing chemical reagent monitoring configuration of central control system， the treatment water quality is effectively improved， the oil content in water is reduced， and the acidification cycle of water injection well is prolonged. This paper provides reference for the future exploration and research of similar projects.

【關鍵詞】油田生產水處理;水質提升;水中含油量

【Keywords】oilfield produced water treatment; water quality improvement; oil content in water

【中圖分類號】X741? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2022）02-0184-03

1 引言

海上平臺因受到空間的限制，污水需集中起來用水處理設備進行處理，加之注水任務重，通常是在常規水處理設備工藝基礎上進行參數改進或調整，導致污水處理及回注過程中的水質問題比陸地油田更為嚴重[1]。水中的油滴會通過吸附和液鎖對地層形成損害，油滴在多孔介質中流動時會產生賈敏效應，從而產生嚴重的堵塞作用。另外，油滴是可變形粒子，在某一壓力下油滴可能無法通過地層巖石的孔隙喉道，但當流動壓力增加時，油滴可借助自身具有的良好變形特點通過孔隙喉道，這一特點使得油滴比固相顆粒有著更大的侵入深度。所以，注入水中的含油量的多少很大程度上影響邊部注水井的吸水能力。

海上某中心平臺屬于渤海某油田綜合調整項目，該油田屬于強邊底水油藏類型，地層能量充足，油井含水高，產液量大，該中心平臺日處理液量達到7萬立方米，日回注生產水量最高達到6.4萬立方米，水中含油量的微小差別直接影響邊部注水井的吸水能力，不合格的水質進入地層，對地層損害極大。

2 生產水處理系統概況

該中心平臺生產水處理流程如圖1所示。

該中心平臺生產水處理系統主要是對兩臺臥式三相生產分離器處理后的含油污水進行處理，生產分離器分離出的生產水先后經過7組并聯運行的斜板除油器和溶氣式氣浮選器，氣浮水相出口匯合后進入注水緩沖罐，再經過注水增壓泵及注水泵增壓后全部回注到油田的邊部注水井。斜板除油器、氣浮選器及注水緩沖罐的收油進入污油罐，污油罐的污油通過污油泵輸送至生產分離器，然后通過外輸泵外輸至終端處理設施繼續處理。

該中心平臺生產水處理系統設計處理量約7.05萬立方米/天，目前實際處理水量約6.4萬立方米/天，在進行生產水處理水質提升研究之前，各級設備處理水質結果如表1所示。由于該區域的邊部注水井所對應的回注地層的平均空氣滲透率大于1 500 md，根據該油田ODP報告及SY/T 5329—2012《碎屑巖油藏注水水質推薦指標及分析方法》，該平臺邊部注水井水質要求含油量小于等于50 ppm。

海上平臺空間有限，無法為采出液提供足夠長的停留時間，原油分離器的停留時間一般只有30 min，相對于陸上油田48 h以上的停留時間，海上油田設備的適用性明顯不足[2]。采出液的停留時間過短也是進一步造成斜板除油器入口含油量偏高的原因。長此以往，過多的油泥堆積在水系統設備底部，降低了水系統各設備的有效處理容積和實際處理能力，含油污水在水處理系統內部停留時間變短，處理速度變慢、效果變差，罐底部堆積的油泥會持續影響設備處理效果，從而使油田生產水的處理質量不達標，影響油田的正常生產。

3 提升生產水處理系統處理水質的措施

由于該中心處理平臺的處理水量較大，所以該平臺的邊部注水井承擔著巨大的注水量壓力。由表1可知，該平臺注水緩沖罐內的水質雖然符合注入標準，但仍游離在合格線邊緣。為延長該平臺邊部注水井的酸化周期，緩解邊部注水井的壓力，節約經濟成本，提升該平臺生產水的水質迫在眉睫。根據現場實際情況，現場工作人員制定了一系列提升生產水處理水質的措施。

3.1 工藝罐體底部排污管線改造

該中心平臺斜板除油器及生產分離器底部原設計只有閉式排放管線及開排口，進行底部排污工作時，需要利用桶接排出的介質并倒運至專用廢液罐，既費時又費力，且排放流速慢，排污效果較差，嚴重影響了該罐體底部的排污工作。經過現場的實際調研與考察，現場人員對生產分離器及斜板除油器排放口進行改造，增加一路專用排污管線，將排污口接至下層甲板，可直接將罐底污油排至污油罐。利用生產分離器和斜板除油器內的壓力和兩層甲板之間的重力差來提升罐底污油的流動性，提升了工藝罐底排污的工作效率，改善了排污效果，避免了大量油泥在罐底積聚造成的水質變差。

3.2 溶氣式氣浮選器運行參數優化

該中心平臺7臺并聯運行的溶氣式氣浮選器為生產水處理系統最后一級生產水處理裝置。氣浮法是從液相中去除固體懸浮物或液體顆粒（如油料）最常用、效果最好的凈水方法之一。該中心平臺所使用的氣浮選器屬于常壓溶氣式氣浮選器，其工作原理是大量的微小氣泡迅速吸附到污水中的懸浮物或油滴粘浮，減輕絮體的整體比重，形成氣泡油滴聚合體，在浮力的作用下迅速上升液面，從而滿足油水分離、高效率脫油的條件。根據斯托克斯沉速公式即式（1）可知，氣泡的大小和氣浮選器溶氣比的大小直接影響氣浮選器的處理效果。現場人員開展了氣浮選器最佳溶氣比的摸索試驗。首先，吹掃驗證各氮氣管線，排除管線凍堵情況。其次，確保氣流暢通后，通過不斷調整氮氣流量，取樣目測氣泡粒徑及氣泡數量，并進行對比、記錄，同時，對不同溶氣比下的加氣浮選器水相含油量進行跟蹤對比，綜合現場實際和經濟因素，確定最佳溶氣比。提高氣浮內氣泡的攜帶能力，使污水中的懸浮物顆粒以及小油滴盡可能地從生產污水中脫出，從而達到提升水質的效果。

該中心處理平臺的氣浮選器無自動收油功能，當水中懸浮物顆粒以及小油滴經過氣浮選器處理之后會懸浮在罐內液面上，若不及時啟動刮板機進行收油，將液面上的污油刮到油室，則脫出來的懸浮物顆粒與小油滴會直接進入注水緩沖罐，進而影響污水處理質量。因此，氣浮選器的收油頻率及收油時間的長短直接影響處理后的水中的含油量。為提升電動刮板機的收油效果，現場工作人員對氣浮選器罐內刮板機設備進行檢查。由于刮板機的長時間運行，部分氣浮內刮板膠皮已經破損嚴重，從而使收油效果不佳。現場人員可以將7臺氣浮內的刮板膠皮更換為更加耐高溫、耐磨的材質。同時，為避免刮板機長時間運行造成膠皮快速破損，延長刮板使用壽命，現場人員對收油時油相取樣點進行取樣化驗，統計每次收油時油相取樣的含油量，摸索最佳收油頻率及收油時長。最終，考慮到該中心平臺的氣浮選器設備特性以及經濟因素，確定一天進行4次收油，每次收油10 min即可達到所需效果，提升了氣浮選器的收油效率，避免因刮板快速磨損造成水質變差。

3.3 注水緩沖罐收油操作程序優化

該中心平臺注水緩沖罐為微正壓矩形罐體，內部無油水分離設備，僅靠油與水的密度差使油水進行分離，收油槽堰板距離罐頂1 500 mm。在對注水緩沖罐進行收油操作時，現場人員需要提升注水緩沖罐的液位，當液位高于收油堰板時，液面上漂浮的油膜便會進入油室，隨即排入污油罐。但是平臺投產后，現場人員多次對注水緩沖罐進行收油操作時，油槽出口取樣點處并不能取到污油，注水緩沖罐出口水質也并無變化。現場人員通過分析，由于該中心處理平臺污水回注量較大，處理后的污水在注水緩沖罐內停留的時間過短，油水未及時分離就直接被注入地下。所以，現場工作人員嘗試在每次收油前向注水緩沖罐內加注一定量的清水劑，通過不斷摸索，確定清水劑的加注濃度及加注時長，再次對其進行收油時，油槽出口取樣點可取出較多污油，收油效果有了大幅提升。

3.4 化學藥劑系統優化

油田生產水處理中，要合理運用各種化學藥劑，確保能夠最大限度提升回注水水質。為避免因化學藥劑下藥量異常而造成生產水的處理不合格，現場工作人員通過對平臺中控系統進行組態，增加了藥劑下藥量異常報警功能。根據化學藥劑的推薦注入濃度及平臺的日產液量，計算出正常情況下該種化學藥劑的下藥量。根據計算出的結果，在中控設置合適的報警值。在設定時間內，若下藥量少于正常值時，中控會自動報警，及時提醒現場人員對該藥劑進行標定。通過現場人員定時標定和中控數據監控的雙重方式，可及時發現下藥量異常的藥劑，極大地減少現場操作及化驗人員的工作量，保證了生產流程的穩定，同時，避免沖程飄移導致藥劑浪費，節約藥劑成本，提升了平臺智能化和自動化水平。

由于該油田屬于強邊底水油藏類型，隨著開采時間的增長，該油田很快進入高含水期。反相破乳劑在該油田的生產過程中發揮著巨大的作用。但該中心處理平臺并未設計反相破乳劑的加藥流程，需要在以棧橋相連的上游平臺加注，由于加藥點距離該中心平臺生產分離器較遠，隨著該中心平臺處理液量的增加，上游平臺加注的反相破乳劑已經不能滿足實際工況需求。現場工作人員通過在該中心平臺增加反相破乳劑藥劑泵及相關管線，選擇合適的藥劑注入點，新增了一套反相破乳劑的注入流程。這既保證了反向破乳劑注入流程的可靠性和穩定性，避免了缺陷，又滿足了現場工況需求，提升了生產分離器出口的水質。

3.5 生產分離器運行參數優化

該中心平臺的兩臺生產分離器并聯運行，之前由于入口管線布局不合理，兩臺生產分離器的入口管線于生產總管匯上一前一后引出，導致兩臺生產分離器存在處理的油水比例不同的問題。生產分離器A處理的油較多，生產分離器B處理的水較多。通過調整生產分離器入口截止閥開度，配合調整兩臺生產分離器設定壓力，緩慢提升生產分離器B的處理量，減少生產分離器A的處理量，摸索兩臺生產分離器最佳進液比例，解決了生產分離器A由于處理油較多造成的水相出口水質較差的問題。同時，為避免生產分離器水相液位波動造成水相出口水質變差，通過優化水相液位設定值，修改生產分離器液位及壓力調節閥的PID設置參數，保證生產分離器水相液位穩定，從而在源頭提升了生產水系統的水質。

3.6 加強操作人員培訓

在社會發展新形勢下，石油企業及相關單位要加強對污水治理員工的專業教育工作，不斷提高他們的業務能力和綜合素質，促使他們能夠堅決履行好自身的職責，做好油田回注水水質科學治理工作，避免污水排放影響到采油工作質量和效率，破壞生態環境[3]。通常來說，石油的開采具備時間的連續性。鑒于石油開采的工作性質，海上石油從業人員一般選擇兩班倒或者三班換崗的工作制度。由于人員工作的銜接性不夠，不同人員的技能水平參差不齊，這也會導致注水水質不達標的狀況出現[4]。在石油開采過程中，操作人員的規范操作可以在很大程度上保障生產的計劃性[5]。為進一步控制采油廠注水水質問題，平臺對生產水處理崗位人員進行生產水處理工藝及現場設備操作程序培訓，在每位員工熟練地掌握操作技能并開展抽查考試活動。只有提高生產水處理崗位員工的專業水平和職業素養，才能實現對油田回注水水質的優化改善目標，為油田后續高效生產開發打下扎實的工作基礎。

4 提升效果

經過對生產分離器運行參數、化學藥劑系統及現場相關操作程序等進行優化，生產水處理系統各級處理設備水質有了明顯提升，注水緩沖罐出口含油量由45 ppm左右降至35 ppm以下。現場操作人員的技能水平及對水質的重視程度有了大幅提高，各級設備處理生產水含油量化驗情況如表2所示，注水緩沖罐出口水質前后對比照片如圖2所示。該項研究有效提升了油田生產水處理系統的水質，降低了水中含油量。本研究為今后同類項目的探索和研究提供可借鑒措施。

5 結語

本文根據海上某中心平臺生產水處理流程現狀，探究了該平臺為提升生產水處理水質的一系列措施。具體來說，分別從流程管理、化學藥劑系統提升、設備運行參數設置等方面進行研究分析，提出了對工藝設備底部排污管線進行改造、優化設備的收油程序、增加中控系統化學藥劑監控組態等一系列提升油田生產水水質的措施。這些措施的實施，有效提升了該中心處理平臺的處理水質，降低了水中含油量，延長注水井酸化周期，節約了采油的經濟成本。本文可為今后提升油田生產水水質的探索和研究提供可借鑒措施。

【參考文獻】

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【3】劉星.油田回注水水質的問題與應對[J].化工管理，2020（14）：213-214.

【4】吉智，梁紅濤.油田開發過程中采油廠注水系統的管理[J].中國石油石化，2016（S2）：95.

【5】王夢喆.采油廠注水水質問題研究[J].化工設計通訊，2020，46（8）：239-240.

【作者簡介】徐振（1990-），男，山東泰安人，工程師，從事海上石油平臺油氣水的集中處理與外輸，以及海上油田生產污水的處理與回注研究。