海上平臺含聚污水處理工藝思考與應用

郭俊杰(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300451)

0 引言

渤海某海上油田一期于1998年12月份投產，初期開發(fā)方式為常規(guī)水驅，自2008年1月平臺開始實施注聚開發(fā)，2008年7月以后注聚受益井采出液開始返出聚合物。隨著采油井聚合物的不斷返出，含聚污水的處理成為該平臺面臨的難題。

1 常規(guī)污水處理工藝存在的問題與措施

該油田一期于1998年12月投產，平臺原設計污水處理工藝為常規(guī)污水處理流程：“斜板除油器+水力旋流器+核桃殼過濾器+石英砂過濾器”四級處理，這套污水處理系統(tǒng)對常規(guī)污水處理效果良好。

該油田自2008年實現全面注聚，隨著污水聚合物濃度的上升，生產流程油水處理難度增加，原設計的常規(guī)污水處理工藝開始出現不適應狀況，主要表現在：污水處理系統(tǒng)各級設備均存在不同程度的污染，導致除油效率下降，污水含油率較高，在聚合物返出情況最為嚴峻的時期，油田的污水處理系統(tǒng)曾一度面臨癱瘓。同時由于聚合物改變了含油污水的物理化學性質[1]，使得清水劑的效率大幅降低，陽離子清水劑容易與含聚污水中的陰離子聚合物發(fā)生反應，產生大量的含聚油泥，含聚油泥是導致污水處理系統(tǒng)設備堵塞和板結的主要原因。

針對已建的常規(guī)污水處理流程，通過調整污水處理流程的負荷率，即改變沉降停留時間和濾速運行參數，同時對設備流程局部進行技術優(yōu)化改造，從而減少工程投資，使其常規(guī)污水處理流程也能滿足含聚污水的處理，具體措施如下：(1)物流調整，降低常規(guī)污水處理流程的負荷率。該油田二期綜合調整項目于2014年投產運行，油田群物流分流極大地降低了一期污水處理負荷，常規(guī)污水系統(tǒng)實際處理量占其設計處理能力的44%左右。(2)設備換型，將水力旋流器更換為氣浮選器。由于水力旋流器處理含聚污水效果不佳，將其更換為ADAF溶氣氣浮選器。經過跟蹤觀察，ADAF溶氣氣浮選器針對含聚污水處理效果明顯，出口污水含油由原來的150 mg/L降至40 mg/L左右。(3)多措并舉，有效提升過濾器處理效果。將原石英砂濾料更換為雙介質濾料(金剛砂+核桃殼)，濾料布置采取粒徑倒排方式，同時下調濾料粒徑，提高了除油除懸浮物的過濾效率；將氣沖洗鼓風機更換為空壓機高壓氣源，用水源井水作為反洗水源，在保留原濾器集水噴頭不動的同時過濾器新增中間層反沖洗裝置，這樣能夠替代攪拌器直接對濾料納污層進行強力噴射破碎，使濾料充分清洗再生，極大地提高了濾器反洗效果。(4)藥劑換型，提高污水破乳效果。將清水劑更換為多狀型嵌段聚醚類反相破乳劑，具有更高的除油率。(5)延長物流停留時間，將閑置的段塞流捕集器與一級分離器并聯(lián)運行，共同處理含聚采出液，經實踐證明，分離器并聯(lián)后采出液處理效果明顯變好，水質情況得到明顯提升。容器并聯(lián)運行增加了物流在分離器內的停留時間，一方面增加了藥劑與物流在分離器內的反應時間，提升了藥劑的處理功效，有效降低了藥劑的加注濃度；另一方面由于停留時間的增加，油水靠重力自由沉降分離的效果更佳。

該油田原常規(guī)污水處理流程經優(yōu)化改造后，基本可以滿足含聚污水的處理要求，但優(yōu)化改造后的污水系統(tǒng)實際最大處理能力卻達不到原工藝設計的規(guī)模。

2 含聚污水“除油留聚”技術思路

針對含聚污水中的聚合物保留與否，將含聚污水處理工藝分為兩類：一是除去含聚污水中的聚合物。大部分油田在處理含聚污水時，采用的是以“混凝絮凝”技術為核心的處理思路，使用傳統(tǒng)的陽離子類絮凝劑，經過靜電和橋聯(lián)吸附處理，破壞聚合物在污水中的離子穩(wěn)定性，使之析出并沉淀。這種方式污水處理效果好，但是這種方法產生大量含有聚合物的污油泥，根據實測含聚油泥常常超過處理水量的5%。二是“除油留聚”，盡可能保留含聚污水中的聚合物?？赏ㄟ^使用非離子或陰離子類的化學處理劑來凈化水質，這種方法能避免聚合物從水中析出并存在于污油泥中，但是純粹依靠官能團和分子間作用力來處理含聚污水[2]，效果需要驗證。采出水經“除油留聚”處理后，聚合物的保留率可高于90%，保留的聚合物為低分子量、高水解度并具有一定的黏度。

由于海上平臺空間有限性和污泥運輸的高成本兩項不利因素，使“混凝絮凝”技術無法適應海上平臺的生產要求，“除油留聚”技術適合在海上平臺推廣。該油田二期含聚污水處理采用“除油留聚”的技術路線，通過停止加注混凝劑和絮凝劑，加注非離子破乳型清水劑(平臺后期實現停止加注清水劑，僅依靠物理方法除油)，成功實現減少聚合物的析出，同時注水水質各項指標達標。當然也會有很小一部分污泥會在污水設備內沉積下來，對于這部分污泥可排放至污油罐，經定期清罐把污油泥送回陸地處理。從污水系統(tǒng)聚合物濃度檢測數據看，污水中聚合物保留率在90%以上，“除油留聚”技術路線得到了成功應用。

與此同時，平臺積極探索含聚采出液源頭治理，對注聚井科學實施分層配注，降低油井聚合物的返出。從2009年開始，該油田對注聚井進行了地面流程改造，積極推進注聚井由籠統(tǒng)注聚優(yōu)化為分層注聚模式，當單井注聚采出液含聚濃度升高時(高于500 mg/L)，對相應的注入層位進行調剖作業(yè)，確保單井注聚采出液含聚濃度保持穩(wěn)定、防止聚竄。該油田已經實現對各注聚井分層配注，注聚濃度控制在1 500 mg/L以內，返出液濃度控制在500 mg/L以下，從源頭上降低了返出液中聚合物的濃度，達到了控水控聚的目的，從而減少了含聚返出液對地面污水處理流程的影響。

3 推薦海上平臺含聚污水處理工藝

海上平臺由于其特殊性，需要有高效的處理工藝和設備。經過對比，推薦海上含聚污水處理工藝采用“沉降+一級氣浮+二級氣浮+過濾”四級處理工藝，其中以兩級氣浮選串聯(lián)作為核心設備[3]。該油田二期含聚污水處理采用此工藝流程，同時采用“除油留聚”技術路線，運行效果良好。

(1)油水沉降分離工藝設備推薦斜板除油器，斜板除油器主要用來去除污水中大部分游離狀態(tài)油滴，含聚污水中污油的去除率為50%～60%，并給清水劑提供混合及反應時間，這級設備處理含油1 500～2 000 mg/L的含聚污水時，一般可保證出水在800～1 000 mg/L。通過對斜板傾角對污水除油率的影響實驗研究，斜板傾角在50°、污水停留時間為30 min時除油率高達71.3%[4]。經過對該油田斜板除油器多年使用情況的考察，確定斜板除油器的污油去除率為60%～65%。

(2)氣浮工藝設備主要是氣浮選器，氣浮選器由于效率高、占地小和操作簡便，氣浮技術對含聚污水有較好的除油效果，但去除污水中殘余聚合物效果較差，從而實現了物理法“除油留聚”的目的。氣浮選器是目前處理含聚污水最合適的設備，提出兩級氣浮選器串聯(lián)處理含聚污水的方法，并以此作為核心設備。氣浮選器通過溶氣系統(tǒng)在污水中產生大量的微細氣泡，使高度分散的微小氣泡附著在懸浮顆粒上，使其密度小于水浮在水面，從而實現除油除懸浮物的目的。氣浮選器的處理效果主要受氣浮溶氣量和溶氣壓力、污水停留時間及噴嘴孔徑等工藝參數的影響[5]。一級氣浮選器主要用于去除粒徑較大的油滴，并加速小粒徑油滴的合并，這級設備處理含油800～1 000 mg/L的含聚污水時，可保證出水含油在200～300 mg/L左右；二級氣浮選器主要用于去除粒徑較小的合成油滴，這級設備處理含油200～300 mg/L的含聚污水時，可保證出水含油在50～100 mg/L左右。經過對該油田氣浮選器多年使用情況的考察，確定氣浮工藝污油去除率高達85%。

(3)過濾工藝設備優(yōu)選雙介質過濾器，過濾器在一定壓力下，讓污水自上而下通過濾料時，水中懸浮物由于吸附和機械阻流作用被濾層表面截留下來，從而除去水中懸浮物。影響過濾器過濾效率的影響因素有填充濾料種類、濾料粒徑、填料高度和反洗方式等。該油田含聚污水過濾工藝設備為雙介質過濾器，濾料選取核桃殼和石英砂，這級設備處理含油50～100 mg/L的含聚污水時，可確保出水含油低于30 mg/L。經過多年現場運行，雙介質過濾器出水滿足回注水對于含油指標的要求。

該油田二期含聚污水處理流程投產已7年，流程運行穩(wěn)定，滿足回注水質指標。在實際運行中也對污水處理設備局部進行了技術改造和參數調整，取得了不錯的效果。①優(yōu)化氣浮選器溶氣模式，由氣浮頂部微正壓供氣方式改造成氮氣高壓直供模式，溶氣壓力和流量可調范圍大，通過現場摸索尋找出最佳供氣壓力和流量，提高了氣浮選器的除油效果。②增加自動收油裝置，強化污水設備頂部收油。在斜板除油器清水室、生產水緩沖罐、注水緩沖罐增加自動收油裝置，連續(xù)24 h收油，避免容器內含聚污油結塊、板結。③延長含聚污水停留分離時間。通過提高原油分離器油水界面，增加了污水在分離器內的停留時間，不僅加大了藥劑與采出液的反應時間、提升了藥劑的處理功效，而且提高了污水除油自由沉降分離效果。④含高度乳化油的污水單獨處理。隨著流程中含高度乳化油污水的不斷產生，需要定期排放至污油罐，通過外排至轉運罐或單獨處理，避免了無限循環(huán)處理對污水流程的影響。

通過在原含聚污水處理流程基礎上進行的技術參數等優(yōu)化，進一步提高了含聚污水處理效果，各級設備實際處理指標都優(yōu)于原設計指標，多年來每月定期跟蹤檢測工藝流程中的聚合物濃度，得知聚合物濃度保留率高達94%，最終大大降低了雙介質過濾器的處理負荷，從而實現連續(xù)2年都未對雙介質濾料進行更換，注水水質指標仍能穩(wěn)定達標。

平臺通過多年對含聚污水處理工藝流程的不斷摸索與嘗試，總結出不少良好作業(yè)實踐，具體如下：①電脫水器內乳化層定期排放，由于聚合物的干擾，電脫水器內油水界面極易產生乳化層積累，導致電脫運行電流高甚至斷電。為避免乳化層積累過厚，需定期將乳化層排放至閉排罐進行再次沉降，這樣不僅改善了電脫水器運行工況，也減少對污水流程的沖擊。②污水系統(tǒng)各設備加強頂部收油、底部排污和定期開蓋檢查，建立了各容器定期收油排污工作制度，防止含聚油泥沉淀板結，對設備內部附件及管線造成影響。定期對各容器在線開蓋檢查，直接觀察聚合物在罐內的積累程度，并以此判斷是否需要對收油喇叭口、液位設定等部件和參數進行調整，及是否需要開展清罐作業(yè)，有效減少了聚合物干擾，保證了流程水質。③閉排罐在線清罐作業(yè)，通過底部排放、外接軟管等方式將罐內聚合物、乳化油等轉運至移動式污油罐，送回陸地進行專業(yè)處理，避免了閉排罐內聚合物反復循環(huán)處理影響工藝流程。④液位計加密比對和定期清洗，含聚污水極易堵塞或卡澀液位計，導致液位失真，引起設備損壞或生產關斷，為避免這一問題，充分利用污水設備雙液位計配置的優(yōu)勢，定期主動開展液位計清洗和比對工作，很大程度上避免了因聚合物堵塞液位計造成的風險。

4 結語

利用常規(guī)污水處理工藝處理含聚污水時存在除油效率差、聚合物析出嚴重，需要對流程進行優(yōu)化改造，該平臺改造后的污水處理流程雖然可以滿足注水水質指標的要求，但污水系統(tǒng)的實際最大處理能力卻達不到原設計的規(guī)模。

由于海上平臺空間有限性和污泥運輸高成本兩項不利因素，使“混凝絮凝”技術無法適應海上平臺的生產要求，該平臺含聚污水處理成功采用“除油留聚”的技術路線，說明“除油留聚”技術適合在海上平臺推廣。

推薦海上含聚污水處理工藝采用“沉降+一級氣浮+二級氣浮+過濾”四級處理工藝，其中以兩級氣浮串聯(lián)作為核心設備，同時采用“除油留聚”技術路線，將大大降低含聚污水處理難度。