杏子川油田撬裝注水設備的應用研究

吳向陽，張群橋，高江江，楊永釗，易愛文

(延長油田股份有限公司杏子川采油廠，陜西安塞717400)

隨著油田開發(fā)期限的延長，整裝大油田發(fā)現(xiàn)的越來越少，而邊遠小塊油田的發(fā)現(xiàn)越來越多。根據(jù)杏子川油田所屬特殊地理環(huán)境，大型注水站建設受條件限制，于是急需裝置的體積小、占地面積少、建設周期短、運行費用低、對環(huán)境無污染、對人體無傷害，處理后水質合格穩(wěn)定，最適合油田產(chǎn)出水就地處理達標回注選用的微型智能注水站。

當前，國內外主要采用多次過濾和化學處理相結合。分離設備主要采用重力過濾和壓力過濾，設備中采用核桃殼和纖維球填料。由于作業(yè)廢水中含有大量油、機雜、化學物質等組成的復雜懸浮物，這種原理的污水處理設備在運行過程中，過濾器濾料很快就會被堵塞，反沖洗十分困難，導致處理能力下降快，經(jīng)常出現(xiàn)設備在現(xiàn)場使用一段時間后就不能再使用的現(xiàn)象。因此，在現(xiàn)存油田污水處理方法進一步創(chuàng)新、完善和組合的基礎上，研究開發(fā)破乳性能好、藥劑用量少、處理時間短、運行成本低、易操作、污水深度處理效率高、無二次污染的移動式污水處理方法和設備，是國內急需解決的技術難題。

1 撬裝注水設備工藝

1.1 工作原理

該裝置依據(jù)溶氣增氧抑殺厭氧菌、溶氣氣浮和離心力除油、微渦旋除污降濁、多介質過濾凈化和電極化除防垢殺菌緩蝕原理設計，是一種利用氣、電+過濾處理的物理法油田水處理工藝，可替代現(xiàn)用的化學法水處理工藝，其裝置的工作原理如圖1所示。

圖1 現(xiàn)場工作流程圖

該流程為物理法水處理工藝流程，在此流程中應用了兩項新技術，一是選用連續(xù)流含油污水處理裝置取代常規(guī)的多級除油設備，二是選用多功能一體化油田水處理器取代常規(guī)多級過濾裝置和加藥系統(tǒng)。

1.2 裝置的技術原理及功能

1.2.1 連續(xù)流含油污水處理裝置的工作原理

該裝置根據(jù)混凝動力學、微渦旋及氣浮原理設計。污水經(jīng)提升溶氣后進入過濾罐渦流器中進行向心氣浮除油和混凝，除油后的污水進填料迷宮中進行微渦旋除污降濁;降濁后的污水在環(huán)形空間中進行重力沉降分離除渣，除渣后的水進顆粒濾料粗過濾，粗濾后水再進行濾芯的精過濾;分離出的污油從分離罐上部收油管排出，機雜從分離罐下部的排污管排出，濾后水從出水管排出，從而完成連續(xù)流過濾處理。

納污顆粒狀濾料在分離罐壓力作用下連續(xù)不斷地排入濾料再生罐中，經(jīng)渦流搓洗后臟污由濾料再生罐的排污管排出，洗后濾料再由濾料循環(huán)泵打回分離罐中完成顆粒狀濾料的連續(xù)再生。

濾芯上的積污采用氣吹的方法再生，即壓縮氣體通過進氣管進入分離罐內將濾芯表面污染物吹入顆粒濾料中隨濾料的循環(huán)排出，完成整個污水連續(xù)流處理和過濾介質連續(xù)再生。

通過變更過濾介質，該裝置既可作油、泥、水分離的預處理設備使用，也可作為連續(xù)流精細過濾裝置使用，同時也大大簡化了污水處理流程。

1.2.2 多功能一體化油田水處理器的工作原理

(1)裝置的向心氣浮原理及功能

溶氣水進入罐內的渦流構件中產(chǎn)生渦流旋轉，通過渦流旋轉產(chǎn)生的離心力將油氣向內圓運移，油氣在內圓聚集后上浮罐頂從上排污口排出;水和懸浮的固體在離心力的作用下向外圓運移，固體顆粒在運移過程中產(chǎn)生混凝，將小顆粒混凝成大顆粒，片狀顆粒形成球狀顆粒。此工藝可將浮油和分散油去除。

(2)裝置的除油填料原理及功能

依靠除油填料的強極性和產(chǎn)生的微渦旋的雙重作用，將乳化油珠及水中微細顆粒吸附，然后聚集成大顆粒，此工藝可將90%以上乳化油珠和2μm以下的顆粒聚結成大顆粒、大油珠。

(3)裝置的精細過濾原理及功能

精細過濾采用雙級過濾，首先通過親油的果殼將除油填料中生成的大顆粒和大油珠吸附截留，親油的果殼吸附截留不住的顆粒再進行金屬膜的過濾截留，此工藝可將油和懸浮物降至1 mg/L以下。

(4)裝置的電極化防垢原理及功能

凈化后的水在經(jīng)過高壓靜電場時，進行高壓電場極化處理將水中溶解的粒子表面電荷增強，使其變成帶有超級電荷的粒子。這些帶有相同電荷的粒子像兩個相同的磁極一樣相互排斥，這種排斥力消除了粒子相互聚集從溶液中析出沉淀的能力，由此結垢不再形成，功能表現(xiàn)為裝置出口至注水井口的鈣鎂離子總數(shù)不變或微降。

圖2 電極化防垢圖

(6)裝置電極殺菌原理及功能

O2－、H2O2、·OH這些活性氧都是強氧化劑，可以破壞生物細胞離子通道，改變了細菌生存的生物場，影響其新陳代謝，抑制水中微生物的生長和繁殖，防止細菌結膜后對管道、容器壁的腐蝕。

(7)裝置緩蝕原理及功能

① 水經(jīng)高壓靜電場處理后，水中產(chǎn)生了O2－、H2O2、·OH等活性氧，故對無垢系統(tǒng)中的金屬表面產(chǎn)生鈍化保護層。

②·O2－、H2O2、·OH等活性氧物質可以殺除水系統(tǒng)中的細菌，降低細菌腐蝕;

③電極向水體釋放電子起到了陰極保護作用;

④O2除硫過程中生成強堿和OH－提高pH值，可降低水的腐蝕性;

⑤在電極的作用下:O2+2H2O+4e→4OH－

(8)裝置的增注原理及功能

水體經(jīng)過電極化處理會后改變水體分子構成，可使多分子結構水體變成少個分子結構水體，少個的水體分子結構組成的水體具有體積小，穿透能力強，對油田注水有增注降壓作用，功能表現(xiàn)為注水井無需進行增注措施。

(5)裝置的電極化除垢原理及功能

帶電粒子隨水流經(jīng)過固有的垢時，水中超級帶電粒子將其電荷轉移到垢層表面粒子，使垢層表面粒子也帶有相同的電荷，從而使垢層表面粒子相互排斥，從固有的垢層脫離，重新回到溶液中，隨著水流流走，由此設備和管網(wǎng)上的垢被去除，功能表現(xiàn)為裝置出口至注水井口的鈣鎂離子總數(shù)微量上升(老油區(qū)注水井)。

圖3 電極化除垢圖

2 應用效果分析

目前該流程在杏子川油田郝417、郝868等站應用測試效果良好，達到注入水質標準。見表1、表2。

表1 杏子川采油廠郝417撬裝注水站水質化驗報告

表2 杏子川采油廠郝868撬裝注水站水質化驗報告

3 結語

通過對撬裝注水設備的應用研究，杏子川采油廠多座站選用一體撬裝注水設備應用效果明顯，各項水質指標均達到注入標準，并取得了較好的注水開發(fā)效果，逐步從規(guī)模注水向精細注水轉變。