新型“两段式”稠油污水处理工艺在渤海稠油油田的应用

刘 星，王亚儒，卢大艳，张金鹏，杨 强

（1.中海石油（中国）有限公司秦皇岛32-6作业公司，天津 300450；2.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452；3.华东理工大学，机械与动力工程学院，上海 200030）

1 背景

中国海上探明储量中有70%左右是稠油，开采过程产生的大量生产废水中微细稠油油滴以分散态稳定存在，且含有沥青质、悬浮物、溶解性有机物等成分，处理难度大[1-4]。针对稠油油田，当前主要采用斜板除油器-气浮除油器-核桃壳过滤器的三段式处理工艺，同时加注各类化学药剂以满足处理要求，存在占地面积大、化学药耗高等问题，难以满足平台扩能提产的需求。本文介绍了一种CFC除油器-纤维球过滤器的两段式水处理工艺作为海上油田扩容水处理系统，对新工艺中核心CFC设备的原理、现场运行效果进行了介绍，讨论了传统生产污水处理设备和新型水处理设备在处理能力、占地面积和性能上区别。

2 生产工艺对比分析

渤海某油田当前生产污水处理总量为54 000m3/d，分为新旧两套水处理系统。其中旧系统采用传统的“斜板-气浮-核桃壳”三段式处理工艺，达到回注地层的要求，处理能力为36 000m3/d。2019年，为了满足平台内挂12口油井和油藏最新提液计划，增设新处理系统，处理能力为18 000m3/d，新生产污水处理系统采用“CFC聚结除油-纤维球过滤”的两段式处理工艺，处理达标后回注。新增工艺流程中，利用新型CFC除油器来代替传统斜板除油器和气浮除油器，不仅有效地减少设备占地空间，有利于平台扩容改造，且能够降低生产成本，使经济效益最大化。

传统水处理流程处理能力为36 000m3/d，单台斜板除油器和气浮除油器处理能力均为12 000m3/d，三台并联运行。具体传统水处理流程：油井采出液经过生产分离器通过重力沉降实现油水两相简单分离，重相（生产污水）经过斜板除油器、气浮除油器和核桃壳过滤器处理后进入注水缓冲罐，每级水处理设备收集的油相进入污油罐。注水缓冲罐中净化水由注水泵回注油层，污油罐中油相输送至下游处理。

新型水处理流程处理流量为18 000m3/d，新工艺流程：生产分离器底部排出的生产污水经CFC除油和预除悬，再经过纤维球过滤器组处理后，净化水进入注水缓冲罐，每级设备收集到的油相进入污油罐等待输送至下游处理。

3 新型“两段式”水处理工艺效果评价

3.1 两段式工艺运行数据

生产污水水质情况将影响除油设备结构参数及工艺流程，了解生产污水水质是水处理环节的重要一环。本文研究油田生产污水pH略大于7，呈微碱性，绝大部分阴阳离子含量均在常见生产污水浓度范围内，符合一般生产污水中Na、Cl两种离子占主导地位的特点，且Na/Cl=2 388/6 417＜1，[Na-Cl]/SO4＜0，[Cl-Na]/Mg＞1，符合深层水的水型特点。并且生产污水中油质密度大，且含悬浮物颗粒，处理难度大。

对生产分离器出口、CFC除油器出口和纤维球过滤器出口水质进行长期检测发现，CFC除油器进口油含量为846～2 200mg/L，平均油含量为1 370mg/L，出口油含量为9～60mg/L，平均油含量为38mg/L；在经纤维球过滤器处理后，系统出口油含量为3～20mg/L，平均油含量为9mg/L，满足进入注水缓冲罐油含量低于20mg/L的水平。由数据可以看出，新型“两段式”生产污水处理工艺能适应入口油含量在较大范围波动的工况，处理效果比较稳定，满足系统处理指标要求。

CFC除油器长周期运行工况下，分别在低流量（3 600m3/d）、中流量（4 800m3/d）及高流量（6 000m3/d）条件下对应的除油效率分别为97.64%、97.24%与96.38%，整体平均除油效率为97%。在设计处理量的条件内，流量越小效率越好，流量对CFC设备平均除油效率影响较小，不到2%。主要原因是，流量的增大，降低了油水与组合纤维接触的时间，进而影响了分离效率，在设计条件下，满足了处理要求。

纤维球过滤器进口平均油含量38mg/L，出口平均油含量9mg/L，平均除油效率为76%，满足进入注水缓冲罐水质要求。

对两段式生产污水处理工艺的进出口悬浮物含量进行取样测试，进口固含量为200～500mg/L，经CFC除油及纤维球过滤处理后，悬浮含量降低至14～26mg/L，平均出口悬浮物含量为20mg/L，系统除悬效率高于90%。

3.2 设备处理量及占地空间的综合评价指标

设备处理量及占地空间的综合评价指标是海上平台关键参数之一，反映了生产污水处理设备的紧凑高效性，数值越大说明在相同处理规模下设备占地越小，具体计算方法如下：

面积评价参数FA及体积评价参数FV计算公式如（1）（2）所示：

Qave代表平均流量；A代表设备撬体面积；V代表设备撬体体积。

在两段式处理工艺中，主要利用CFC除油器取代传统三段式中斜板除油器-气浮除油器两设备，因此采用新旧两套生产污水处理设备参数进行核算比较，得到的对比参数如表1所示。按照计算数据所得，CFC除油器面积评价参数FA是传统三段式“斜板-气浮”处理工艺的4倍，在油水分离能力相同的情况下，新型应用大大缩小了平台的占地空间，适用于平台狭小空间内现有生产污水处理系统的扩能改造。

表1 12 000m3/d下新老设备性能对比

3.3 平台药剂优化控制

为实现短流程状态下的油水快速分离，在生产污水处理系统中日常添加破乳剂、反相破乳剂、清水剂和絮凝剂四种化学药剂。破乳剂和反向破乳剂注入点在生产分离器A/B/C之前，在新老系统中注入浓度未发生变化。传统水处理流程中，清水剂注入位置在生产分离器A/B之后，斜板除油器之前；对于新型水处理流程，清水剂注入点为生产分离器C之后，CFC除油器之前。絮凝剂仅在传统水处理系统中协同气浮除油器共同使用。新型水处理系统中清水剂由传统流程的10mg/L，降低至8mg/L，清水剂用量降低20%，且取消了絮凝剂的使用，起到了一定的经济效益。

4 结束语

1）新型“两段式”生产污水处理工艺应用于海上稠油油田平台扩容中。该两段式处理工艺中，进口平均油含量为1 370mg/L，一级CFC除油器出口平均油含量为38mg/L，二级纤维球过滤器平均出口油含量为9mg/L，悬浮物含量为20mg/L，系统平均除油率达99%，满足了扩容系统处理指标要求。

2）与海上平台传统生产污水“斜板-气浮-核桃壳”三段式处理流程相比，新型工艺流程中CFC除油器取代了老工艺斜板除油器与气浮分离器，设备处理量及占地空间的综合评价指标是传统设备的4倍，大大减小了平台使用空间，节省了平台甲板的外扩费用；并且，新型水处理系统较传统处理工艺，清水剂耗量降低20%，且取消了絮凝剂的使用，经济效益显著，为海上油气田平台扩容改造或者新建平台生产污水处理提供了新的选择。