長(zhǎng)慶油田采出水氣浮除油工藝

李永清 楊小剛 趙曉龍 于世春 邱亮 張彬

（1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田油氣工藝研究院；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室；3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田采油八廠）

長(zhǎng)慶油田采出水氣浮除油工藝

李永清1，2楊小剛3趙曉龍1，2于世春1，2邱亮1，2張彬1，2

（1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田油氣工藝研究院；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室；3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田采油八廠）

通過(guò)分析長(zhǎng)慶油田氣浮處理工藝應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了加壓溶氣氣浮、布?xì)鈿飧〉霓D(zhuǎn)子碎氣氣浮和微孔布?xì)鈿飧」に囂攸c(diǎn)：加壓溶氣氣浮除油工藝處理效果較好；葉輪氣浮布?xì)馓岣吡藬y帶水中油的效率；微孔補(bǔ)氣氣浮要控制好噴嘴結(jié)構(gòu)和氣流速度；考慮探索一種新型氣浮工藝，降低污油污泥含水率。

長(zhǎng)慶油田；采出水；氣浮除油

0 引 言

采用注水開采的油田，其中大部分注入水通過(guò)采油井隨原油一起回到地面，這部分水在原油外運(yùn)和外輸前必須脫除。脫出的污水中含有原油，因此被稱為油田采出水［1］。采出水的有效回注在油田的持續(xù)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境等諸多方面發(fā)揮著重要作用，采出水水質(zhì)也直接影響著油田注水開發(fā)效果。長(zhǎng)慶油區(qū)地處黃土高原，水資源短缺，同時(shí)年產(chǎn)采出水量超過(guò)2 500萬(wàn)t，面臨著很大的安全環(huán)保壓力。因此，如何有效處理并利用開發(fā)過(guò)程中產(chǎn)生的大量采出水，是長(zhǎng)慶油田的一項(xiàng)長(zhǎng)期的、重要的環(huán)保課題。近年來(lái)，長(zhǎng)慶油田越來(lái)越多的采用了氣浮除油工藝［2］。氣浮法是將空氣以微小氣泡形式注入水中，使微小氣泡與在水中懸浮的油粒黏附，因其密度小于水而上浮，形成浮渣層從水中分離［3］。長(zhǎng)慶油田主要采取加壓溶氣氣浮及布?xì)鈿飧煞N工藝。

1 加壓溶氣氣浮

1.1 結(jié)構(gòu)與工作原理

溶氣式氣浮裝置主要包括溶氣部分、藥劑投加部分和氣浮分離罐，見圖1。采用溶氣泵抽吸氣體，溶解罐溶氣，氣浮分離罐由絮凝室、接觸室和分離區(qū)組成。

工作原理［4］：在加壓情況下，將空氣或氮?dú)馊芙庠趶U水中達(dá)飽和狀態(tài)，然后突然減至常壓，這時(shí)溶解在水中的氣體就成了過(guò)飽和狀態(tài)，以極微小的氣泡釋放出來(lái)，乳化油和懸浮顆粒就黏附于氣泡周圍而隨其上浮，在水面上形成泡沫層，然后由自動(dòng)刮渣機(jī)刮走，使油田采出水得到凈化。

圖1 加壓溶氣式氣浮裝置結(jié)構(gòu)示意

1.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

2007年以來(lái)，長(zhǎng)慶油田在白二聯(lián)、油一轉(zhuǎn)等多座站點(diǎn)應(yīng)用加壓溶氣式氣浮工藝，通過(guò)加藥處理，氣浮機(jī)出口水質(zhì)能達(dá)到含油、懸浮物小于20～50 mg／L，滿足過(guò)濾前含油、懸浮物小于100 mg／L的要求，水質(zhì)處理效果較好，在之后的站點(diǎn)中，得到進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，加壓溶氣氣浮具有如下優(yōu)點(diǎn)：

◆在加壓條件下氣體溶解度大，產(chǎn)生的氣泡微細(xì)、數(shù)量多、上浮速度慢、穩(wěn)定；

◆適應(yīng)進(jìn)口水質(zhì)范圍大，水質(zhì)波動(dòng)對(duì)氣浮效果影響較小，處理量大；

◆溶氣和釋氣效率相對(duì)較高，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果更好；

◆裝置占地小、結(jié)構(gòu)緊湊，便于管理維護(hù)。

主要存在的問(wèn)題如下：

◆裝置頂部敞開，曝氧，加快了系統(tǒng)腐蝕，同時(shí)由于敞口，大量的氣體釋放并聚集，存在安全隱患；

◆對(duì)藥劑的依賴性較強(qiáng)，為提高處理效率和效果，必須加足夠的浮選劑等藥劑，同時(shí)需要不斷地將裝置頂部的浮渣、浮油進(jìn)行刮除，這樣產(chǎn)生大量的污泥，其含水率也較高，加大了污泥處理難度。需要克服浮渣含水高、量大，投資運(yùn)行成本高的缺點(diǎn)。

建議采取如下解決辦法：

◆裝置頂部增加排氣措施，如采用喇叭狀排氣口、通風(fēng)管路或蓋板等，將釋放的氣體排放至安全區(qū)域；在成本允許的情況下，考慮采用N2作為溶氣氣源，減緩系統(tǒng)腐蝕；

◆建議對(duì)加壓溶氣氣浮除油池型進(jìn)行改進(jìn)，由矩型改為矩形與半圓形結(jié)合的方式，同時(shí)對(duì)刮渣板進(jìn)行改進(jìn)，提高刮渣效率，降低油泥的含水率，減輕后續(xù)污泥處理負(fù)擔(dān)。

2 布?xì)鈿飧?/h2>

布?xì)鈿飧∈抢脵C(jī)械剪切力，將混合于水中的空氣粉碎成細(xì)小的氣泡，以進(jìn)行氣浮的方法［5］。按粉碎氣泡方法的不同，布?xì)鈿飧∮址譃檗D(zhuǎn)子碎氣法（也稱渦凹?xì)飧?、葉輪氣?。┖臀⒖撞?xì)夥ǎ?］（如擴(kuò)散板曝氣氣浮、射流氣?。?。長(zhǎng)慶油田在部分站點(diǎn)使用葉輪氣浮及射流氣浮方法。

2.1 轉(zhuǎn)子碎氣氣浮

轉(zhuǎn)子碎氣氣浮是依靠高速轉(zhuǎn)子的離心力所造成的負(fù)壓將氣體吸入，并與提升上來(lái)的采出水充分混合后，在水的剪切力作用下，氣體破碎成微氣泡而擴(kuò)散于水中進(jìn)行氣浮［7］。

長(zhǎng)慶油田在木一綜合站及悅?cè)C合站應(yīng)用到轉(zhuǎn)子碎氣氣浮，分別稱之為葉輪氣浮、渦凹?xì)飧?。以木一綜合站為例來(lái)說(shuō)明，其工藝流程：從沉降罐出來(lái)的含油采出水進(jìn)入預(yù)處理區(qū)，經(jīng)過(guò)葉輪氣浮處理，去除了水中大部分的浮油和懸浮物，而后進(jìn)入一級(jí)、二級(jí)油水分離區(qū)進(jìn)行溶氣式氣浮處理。

兩個(gè)站點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明：葉輪氣浮布?xì)饷娣e較大，氣流分散，攜帶水中油，但由于長(zhǎng)慶油田采出水礦化度普遍較高，受腐蝕、結(jié)垢影響，葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械故障率也高。

2.2 微孔布?xì)鈿飧?/p>

微孔布?xì)鈿飧∈鞘箍諝馔ㄟ^(guò)微孔材料或噴頭中的小孔，被分割成小氣泡而分布于水中進(jìn)行氣浮。在塞一聯(lián)合站采用的噴頭就是射流氣浮噴頭。利用射流泵噴嘴噴出高速水流時(shí)，在噴嘴出口處形成真空區(qū)，將氣體一起卷吸走，氣體隨水進(jìn)入喉管，空氣被剪切成微小氣泡，通過(guò)直接碰撞或靜電吸附油珠后上浮實(shí)現(xiàn)油水分離。

塞一聯(lián)合站現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明：影響噴射氣浮處理效率的關(guān)鍵因素在于產(chǎn)生氣泡的半徑和氣泡數(shù)量，這又決定于噴嘴結(jié)構(gòu)和氣流速度［8］。由于長(zhǎng)慶油田采出水腐蝕性很強(qiáng)，這種裝置構(gòu)造復(fù)雜，初期效果較好，但難以維持較長(zhǎng)時(shí)間。

以上兩類在長(zhǎng)慶油田用到的布?xì)鈿飧?，其?yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，關(guān)鍵是要將空氣充分粉碎，形成氣泡的粒徑要小，這樣氣泡與被去除污染物質(zhì)的接觸時(shí)間更長(zhǎng)，去除效率更高。

3 結(jié)束語(yǔ)

◆加壓溶氣氣浮除油工藝，效果較好，可以適當(dāng)加大應(yīng)用規(guī)模；

◆葉輪氣浮布?xì)饪梢允箽馀莞臃稚?，提高了攜帶水中油的效率，但是同時(shí)也要克服葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)出現(xiàn)的機(jī)械故障；

◆由于長(zhǎng)慶油田采出水高礦化度，腐蝕結(jié)垢嚴(yán)重的特點(diǎn)，微孔補(bǔ)氣氣浮要控制好噴嘴結(jié)構(gòu)和氣流速度；

◆考慮探索一種新型氣浮工藝，比如在加壓溶氣氣浮基礎(chǔ)上，增加布?xì)鈿飧〉男Ч?，使溶氣與釋氣效率更高，同時(shí)在刮渣除油方面進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，降低污油污泥含水率。

［1］ 劉建興，袁國(guó)清.油田采出水處理技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［J］.工業(yè)用水與廢水，2007，38（5）：20-23.

［2］ 中國(guó)石油天然氣股份有限公司勘探與生產(chǎn)分公司.2008年油氣田水系統(tǒng)技術(shù)交流會(huì)論文集［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2012.

［3］ 李化民，蘇顯舉.油田含油污水處理［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1992.

［4］ 馮永訓(xùn).油田采出水處理設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：中國(guó)石化出版社，2005.

［5］ 劉華印.石油地面工程技術(shù)進(jìn)展［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2006.

［6］ 吳芳云，陳進(jìn)富.石油環(huán)境工程［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2002.

［7］ 王光然.油氣集輸［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2006.

［8］ 中國(guó)石油天然氣股份有限公司勘探與生產(chǎn)分公司.油氣集輸及處理工藝技術(shù)座談會(huì)文集［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2003.

1005-3158（2014）05-0031-02

2014-02-21）

（編輯 李娟）

10.3969／j.issn.1005-3158.2014.05.010

李永清，2002年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）石油工程專業(yè)，現(xiàn)在中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田油氣工藝研究院數(shù)字化技術(shù)研究室從事油田數(shù)字化技術(shù)研究及地面工藝研究工作。通信地址：陜西省西安市未央?yún)^(qū)明光路長(zhǎng)慶油田油氣工藝研究院，710021