南海油田水處理新工藝研究及應用

周 建，陳文峰，張蘇飛，余 智，曾樹兵

(海洋石油工程股份有限公司設計院，天津 300451)

1 南海油田水處理概述

海上油田水處理包括生產污水處理和注水處理。南海油田生產污水處理工藝主要有水力旋流器、緊湊式氣浮、撇油罐等，各級設備適當組合使用，將水中含油量處理到要求指標；南海注水開發油田很少，可參考渤海油田注水處理流程，主要包括核桃殼濾器、雙介質濾器、超濾等處理設備，處理油及懸浮物。

1.1 生產污水除油原理

生產污水的來源很多，但一般是水包油(O/W)的分散體系。其分散的狀態與油、乳化劑、水的性質及其生成條件有關。一般認為，油在水中主要以五種狀態分布[1]。

(1)浮油。油在水中分散顆粒較大，油粒徑一般大于100 μm，靜置后能較快上浮，以連續相的油膜漂浮在水面，用一般重力分離設備即能去除。

(2)分散油。油在水中的分散粒徑為 10 μm～100 μm，以微小油珠懸浮于水中，不穩定，一般借助旋流和氣浮等外力除去。

(3)乳化油。油珠粒徑小于 10 μm，一般為0.1 μm～2 μm。往往因水中含有表面活性劑使油珠形成穩定的乳化液。

(4)溶解油。油以分子狀態或化學方式分散于水體中，形成穩定的均相體系，粒徑一般小于幾微米。油和水形成均相體系，非常穩定，用一般的物理方法無法去除。但由于油在水中的溶解度很小(5 mg/L～15 mg/L)，所以在水中的比例僅約為0.5%。

(5)固體附著油。吸附于廢水中固體顆粒表面的油。

廢水中的油類多數以幾種狀態并存，極少以單一的狀態存在。一般需采用多級處理方法，經分別處理后才能達到排放標準。目前根據油的不同性質相續開發了不同的除油技術，按照處理原理的不同，可以分為物理法、化學法、物理化學法和生物法等，其中物理除油方法在石化行業裝置回用含油廢水處理及深度預處理過程中起了重要作用，如重力分離法、過濾法、膜分離法、粗?；靶鞣蛛x方法等。

經濟有效的分離形式分別為：游離態，重力沉降分離；分散態，旋流分離、CPI；乳化態，聚結、離心、電場分離；溶解態，吸附、膜、化學手段。

1.2 納濾膜分離技術概述

常見的去除離子的方法主要有納濾膜法、反滲透膜法、電滲析法、蒸餾法、樹脂交換法。納濾膜孔徑約為1 nm左右，適宜分離大小約為1 nm的溶解組分，更適合于二價離子脫除，截留率≥99.9% ，能耗低，投資較低。

納濾的工作過程是原水在膜的一側從一端流向另一端，水分子透過膜表面，從原水側到達另一側；而無機鹽離子留在原來的一側，隨著原水的流程逐漸增長，水分子不斷從原水中取走，留在原水中的含鹽量逐步增大，即原水逐步得到濃縮，從裝置中排出。

研究發現，操作壓力對納濾過程的影響至關重要，膜最佳操作壓力在2 MPaG～3 MPaG之間；對于溫度，一般需要25 ℃～35 ℃[2]。

2 生產水處理工藝

2.1 常規生產水處理工藝流程

目前南海典型油田生產污水處理流程通常是水力旋流器和緊湊式氣浮CFU串聯。來自上游三相分離器的生產污水首先經水力旋流器除去大部分浮油，而后經CFU進一步除去微小的分散油，水中含油量處理到30 mg/kg以下達標排海。

CFU作為一種高效的生產水處理設備，在適用條件下可進一步提高生產水處理效果，達到減排的目的。一般在加注適當藥劑的前提下，CFU處理后的生產水中含油量大多情況下可低于30 mg/L，但各油田的除油率也是差異較大。 經調研南海多個油田CFU的實際除油效果，CFU除油效率在15%～80%之間，處理效果并不穩定。設備在運行中存在故障率高，操維復雜，浮選氣噴頭腐蝕、堵塞等情況。此外，CFU需要專屬藥劑，廠家試驗和現場反饋情況表明，化學藥劑的注入濃度對緊湊式氣浮的除油效率影響較大。

2.2 聚結除油罐工藝

為替代價格高、運營費用高的CFU，在南海油田某項目中進行了工藝研究及調研論證。調研南海油田常規撇油罐的實際除油效果，除油效率在70%～80%之間，能將來自水力旋流器的生產污水含油量處理到45 mg/kg，不滿足30 mg/kg要求。

根據聚結除油機理，聚結沉降法很適合乳化油的分離，微小油滴聚結變大然后加速沉降分離。新近開發的新型聚結脫氣除油罐采用新型聚結填料，包括粗聚結模塊、沉降快速分離模塊、乳化油滴深度分離模塊，可將1 μm～20 μm油滴聚并至200 μm，再進入沉降分離區分離，極大的提高液相分離的純凈度。油滴粒徑大使得該設備水力停留時間很短，一般在5 min～6 min，大大縮小設備設施尺寸。

另外，聚結除油罐操作壓力盡量降低，充分考慮天然氣浮選效應。上游較高壓力的生產水進入該罐后降壓閃蒸出氣，產生的微氣泡攜油能力較強，可以把水中微米級的細小油滴攜裹聚合并上浮分離。

基于以上原理設計的聚結除油罐能將水力旋流器來的生產污水進一步除去微小的分散油和乳化油，水中含油量處理到30 mg/kg以下達標排海。新型聚結脫氣除油罐可替代CFU，降本增效。

此工藝流程處理精度高，且不需要價格昂貴的專用藥劑、循環泵和連續氮氣消耗。項目采用聚結除油罐，具有良好的經濟效益。18 a運行經濟年限內即可節省設備采辦費用、電能和藥劑維護費用共計7 000萬元以上。

3 注水處理工藝

同時進行了預處理技術比選研究，最終采用簡單可靠的多柱式濾器作為超濾前置細濾器，該濾器可實現自清洗，不需要反洗水泵，比常規雙介質濾器節省投資100萬元，節省電能消耗、重量及占地。

4 結語

水力旋流器+聚結除油罐水處理工藝流程已在多個南海油田項目工程設計中應用，將對中國海油今后同類工程項目的開發積累經驗，提供良好借鑒。同時，隨著南海注水開發油田的日益增加，納濾膜二價離子脫除工藝也將具有比較廣闊的應用前景。