海洋石油平臺常用水處理系統水質提升方法研究與應用

田德鵬，曹志興，張寧

海洋石油平臺常用水處理系統水質提升方法研究與應用

田德鵬1，曹志興2，張寧2

（1. 中海石油（中國）有限公司曹妃甸作業公司，天津 300459； 2. 中海油能源發展股份有限公司采油服務分公司，天津 300452）

生產污水作為海上油田主要的廢棄排放物之一, 被處理合格后直接排?；蚧刈⒌貙?，其處理效果關系重大，因此受到嚴格控制。污水處理效果的影響因素因采用設備、工藝不同而有差別，本文通過介紹兩種常用的污水處理工藝，采用節點分析法，從污水處理系統的單個設備入手，分析了影響污水處理效果的影響因素，并結合流程設備實際運行情況，提出了海上石油平臺常用提升水質的處理方法，取得了較為明顯的效果。

污水處理系統；提升水質；節點分析

海上油田生產污水主要是油氣生產過程中所產出的地層伴生水，為得到含水達標的合格原油，需在海上平臺進行油水分離，分離后的伴生水中含有一定量的原油和其他雜質，為了避免回注水對地層產生損傷或排海水給生態環境帶來危害，需要在部分海洋石油平臺上配置生產水處理系統，將生產污水處理達標后進行回注或直接排放。

針對不同油田采出液流體特性，海洋石油平臺在設計階段會選用相匹配的水處理系統設備，按照處理工藝劃分，主要有重力沉降法、離心法、氣浮法、過濾法等處理設備，由于生產污水中原油和雜質含量不同、水質控制指標不同[1]，單靠一種除油方法很難達到要求，因此在海洋石油平臺上設計的污水處理系統一般是幾種方法聯合使用，為了最大限度地提升處理效率，通常會在系統中加注一定量的化學藥劑，同時，還要考慮經濟效益最大化。

1 海洋石油平臺典型生產污水處理系統介紹

海上油田污水處理系統流程短、設備少、設施布局緊湊，這種特性決定了各級污水處理設備需要有高效的處理能力[2-4]，下面介紹兩種在海洋石油中心處理平臺中典型的生產污水處理系統：

1.1 斜板除油器+氣體浮選機+核桃殼過濾器處理系統

以渤海油田A中心處理平臺為例，來自分離器和燃油處理系統的生產污水首先進入斜板除油器，在斜板除油器中分出較大顆粒的油滴，然后進入氣體浮選機，在浮選機中分出顆粒較小的油滴。斜板除油器和浮選機分出的污油進入污油罐中，再由污油泵打到原油處理系統中去。經過兩級處理后的生產水進入核桃殼過濾器中進行過濾，過濾后的生產水（含油量低于20 mg·L-1）滿足注水標準進行回注。

圖1 渤海油田A中心處理平臺生產污水處理系統簡圖

1.2 水力旋流器+緊湊式氣浮+核桃殼過濾器處理系統

以渤海油田B中心處理平臺為例，生產污水處理系統接收并處理來自生產分離器的生產污水。來自生產分離器的生產污水，首先進入水力旋流器進行分離，水力旋流器出口污水進入緊湊式氣浮脫除污水中攜帶的小油滴和乳化油。水力旋利器和緊湊式氣浮產生的污油通過污油管線進入污油罐，再由污油泵增壓后返回生產分離器進行處理。出口污水進入生產水緩沖罐進行重力沉降，再由核桃殼供給泵將壓力提升后進入核桃殼過濾器, 除去細分散乳化油及懸浮物。最終達到注水標準的生產污水進入注水緩沖罐進行沉降，最后經注水增壓泵、注水泵輸送至各注水用戶[5]。

圖2 渤海油田B中心處理平臺生產污水處理系統簡圖

2 處理系統出口水質主要因素

地層回注水的水中含油是注水水質的重要指標，含油的高低直接影響整個油田注水效果，對驅油效果、地層保護、地層能量補充等多個方面有決定性作用。而海上油田生產污水處理系統的處理效果直接影響注水水質[6]，因此分析并解決影響處理系統出口水質主要因素顯得至關重要。

本文采用節點分析法，先從單個設備入手，進行逐個分析，再結合上下游流程設備及化學藥劑等影響因素進行綜合判斷，由于海上處理設備部件較多，影響因素也較多，此處需結合海上石油平臺實際運行情況對主要影響因素進行分析[7]。

2.1 斜板除油器

斜板除油器通常作為生產污水進行初級處理的設備，處理含油污水的基本原理是利用水與油的密度差異,使含油污水中的油滴在設備中上浮除去。

影響斜板除油器出口水質的主要因素包括：罐內雜質沉積較多，波紋板內部結構坍塌，頂部收油頻率及時長設置不合理等。

2.3 氣浮選機

氣浮選機工作的基本原理是通過微小氣泡的吸附作用攜帶含油污水中的油滴上浮去除，主要脫除污水中的小油滴和乳化油。

影響氣浮選機出口水質的主要因素包括：罐內雜質沉積較多，溶解氣量不合適，曝氣方式不合理，收油頻率及時長設置不合理等。

2.4 核桃殼過濾器

核桃殼過濾器內部一般填充有鵝卵石、石英砂和核桃殼過濾器。過濾機理可分為：吸附、絮凝、沉淀和截留等幾個方面。核桃殼過濾器由壓差控制或定時控制對過濾器進行反洗，沖洗結束，過濾器可以再次投入使用。

影響核桃殼過濾器出口水質的主要因素包括：投用數量不足，反洗判斷依據不合適，反洗步驟時長不合適，反洗水量不合適，濾料漏失及過度使用，收油頻率低，收油時間短等。

2.5 化學藥劑系統

化學藥劑注入系統是在不同的注入點注入不同的化學藥劑，以提高油水分離效果，減緩設備和管線的腐蝕，保證各設備的工作效率。

化學藥劑系統對生產污水處理效果影響主要表現在注入濃度、加藥點、藥劑品種及質量等。

2.5 污油水處理模式

原油脫水及生產水處理過程中，會不可避免的產生一部分污油水，該污油水多為O/W型乳狀含油污水，這種乳狀液狀態穩定，含有各種固體雜質、浮油、分散油、乳化油以及溶解油等污染成分，進入生產污水處理系統后，會對各級設備處理效果產生明顯的影響。

3 污水處理系統流程水質提升方法與應用

針對本文上一部分分析的影響因素，結合流程設備實際運行情況，在不對流程處理設備進行內部結構改造的前提下，海洋石油平臺通常會采取以下幾種方式提升出口水質，并且取得了較為明顯的成效。

3.1 污油水轉液運行模式優化

污水處理系統污油罐轉液一般設計為進入生產分離器進行重新處理，但污油泵設計操作模式通常為間歇性啟動，即當污油罐液位滿足啟動要求后，啟泵轉液至低液位停泵，以此循環往復。在這種運行模式下會對油系統分離設備產生沖擊、污油水進入流程影響油水分離效果，造成污水處理系統入口含油較高。

可以優化污油泵運行模式，更改為污油泵常期運行，即通過調整污油泵出口調節閥開度、污水系統收油液量，保障其具備長期運行的條件。通過渤海油田B中心處理平臺現場數據可以看出，在這種運行模式下，生產分離器水相出口（污水處理系統入口）水質明顯提升[8]。

3.2 處理設備定期排污及內部清洗

定期對處理設備內部積累雜質進行排放，可以恢復設備有效容積，提高油水分離效果；水力旋流器內旋流管、斜板除油器內聚結填料需要定期進行清洗，保證設備除油效率[9]。

表1 污油泵運行模式調整前后生產分離器出口水中含油數據表

3.3 水力旋流器旋流管數量調整

以渤海油田B中心處理平臺為例，水力旋流器額定處理量500 m3·h-1，若流量低于300 m3·h-1或高于690 m3·h-1，均會影響除油效果。因此，需要根據實際處理液量，使用封堵管來替換旋流管或者增加一定數量的旋流管來保證處理指標。例如，單臺水力旋流器實際處理水量350 m3·h-1，經計算，需要88根盲管、142根旋流管，屆時，設計處理量為355 m3·h-1，最優處理區間為284～426 m3·h-1。

3.4 氣浮選機溶氣流程優化調整

根據氣浮選機進出口水質實時化驗結果，對氣浮選機溶解氣流量和注氣方式進行優化調整，以保證處理效果。

3.5 核桃殼過濾器運行模式及反洗參數優化

調整核桃殼過濾器反洗各步驟時長，通過使用控制變量法對前置反洗持續時間、攪拌、攪拌反洗、反洗、排水持續時間五項反洗主要步驟時長進行篩選；調整核桃殼過濾器反洗水量大小，篩選出反洗效果能達到目標效果的最低排量，保證處理效果的同時減少濾料的漏失[10]。

3.6 處理設備收油頻率及時長優化調整

根據各級處理設備進出口水質實時化驗結果，對收油頻率和時長進行優化調整，將收油量控制在合理區間，在保證處理效果的同時，盡量降低設備處理負擔。

3.7 優選化學藥劑，調整注入濃度及加注點

根據不同時期油田產液情況特點，進行化學藥劑效果評價及換型工作，挑選更加適合的藥劑類型，提高油水分離效果；根據出口水質情況，持續摸索化學藥劑最佳注入濃度，并且通過注入點前移的方式，增加化學藥劑作用時長。通過渤海油田B中心處理平臺現場數據可以看出，通過更改藥劑加注點，藥劑反應時間由90秒延長至144秒，水質提升效果明顯。

表2 化學藥劑注入點調整前后緊湊式氣浮出口水中含油數據表

4 海洋石油平臺水處理系統水質提升方法總結

海洋石油平臺水處理系統水質提升主要采用節點分析法，從污水處理的每一級處理設備進行分析，對可能影響污水處理效果的因素有效控制。根據海洋石油平臺生產運行的實際情況，總結常用的提升水質方法包括：（1）污油水轉液運行模式優化；（2）處理設備定期排污及內部清洗；（3）水力旋流器旋流管數量調整；（4）氣浮選機溶氣流程優化調整；（5）核桃殼過濾器運行模式及反洗參數優化；（6）處理設備收油頻率及時長優化調整；（7）優選化學藥劑，調整注入濃度及加注點。

5 結束語

本文所列舉方法僅選取海洋石油平臺典型處理系統進行分析，并且是取得了一定成效的提升方法，所列舉提升方法均不需要對流程處理設備進行內部結構改造，重要的是舉一反三，采用節點分析的方法，有針對性的開展污水處理系統水質提升工作，以滿足海洋石油平臺注水水質及環境保護的需求。

［1］陳立峰，張靚.提高油田污水處理效果方法研究［J］.資源環境與工程，2011,25(04).

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［8］張寧. 氣浮選器升級改造研究與應用[J]. 遼寧化工, 2022, 51(3):4．

［9］張宗超，黃嘯.基于系統提升的海上油田污水系統改造［J］.實踐應用中國石油和化工標準與質量，2020,40(04).

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Research and Application of Water Quality Improvement Method for Common Water Treatment System of Offshore Oil Platform

1,CAO Zhi-xing,ZHANG Ning

（1. Caofeidian operation company of CNOOC (China) Co., Ltd., Tianjin 300459, China;2. Oil Production Service Branch of CNOOC Energy Development Co., Ltd., Tianjin 300452, China）

As one of the main waste discharges from offshore oil fields, production sewage is directly discharged into the sea or reinjected into the formation after being treated as qualified. Its treatment effect is of great importance, so it is strictly controlled. The influencing factors of sewage treatment effect are different due to different equipments and processes. In this paper, two commonly used sewage treatment processes were introduced, the influencing factors of sewage treatment effect were analyzed from a single equipment of the sewage treatment system by using the node analysis method, and the common treatment methods for improving water quality of offshore oil platforms in combination with the actual operation of process equipment were puts forward, and obvious results were achieved.

Sewage treatment system; Improving water quality; Node analysis

2022-06-16

田德鵬（1989-），男，天津市人，中級工程師，2011年畢業于中國石油大學（華東）船舶與海洋工程專業，研究方向：海洋石油工程，現從事海上油氣生產工作。

TK223.5+1

A

1004-0935（2023）01-0073-04