油田采出水高能效氣浮技術(shù)試驗研究

戴國華，劉春雨，黃 巖，劉萌

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459）

隨著油田開發(fā)不斷加深、采油工藝持續(xù)改進，油田采出水中的含油量逐漸增加，乳化性與礦化度也越來越高，常規(guī)的水處理手段難以達到預(yù)期的油水分離效果。尤其是我國北方地區(qū)原油中稠油占比高，對油水分離技術(shù)提出了更高的要求。目前，海上油田采出水處理普遍采用“斜板+氣浮+過濾”的預(yù)處理手段，再根據(jù)注水水質(zhì)要求，針對性增加深度處理COD 的手段。氣浮除油效果好壞對水處理的最終效果影響顯著。近年來，針對油水分離效果不佳，不同學者研究推出了加壓溶氣氣浮、渦凹氣浮、電絮凝氣浮等改進氣浮技術(shù)[1-2]，但這些技術(shù)仍存在能耗高、占地面積大、處理控制難度大、難以長時間連續(xù)運行等缺點。

本研究創(chuàng)新性采用“混凝+旋流微氣泡溶解技術(shù)+氣浮池”的高能效氣浮系統(tǒng)進行油水分離試驗，研究了藥劑濃度、進液流速、氣液比對油水分離效果的影響，以期對現(xiàn)有氣浮技術(shù)進行有益探索，解決采出水處理難題。

1 氣浮處理原理

氣浮技術(shù)是向水中注入大量微細氣泡，微細氣泡黏附含油污水中的懸浮物顆粒和油滴顆粒，形成表觀密度更小的“氣泡-顆?！睆?fù)合體，加速懸浮物顆粒和油滴顆粒浮升至水面，形成泡沫浮渣撇去，從而使水中懸浮物和油滴顆粒與水相分離[3]。

2 模擬采出水物性

模擬采出水使用某市管網(wǎng)的自來水、某油田的采出原油，按照渤海區(qū)域油田采出水的水質(zhì)進行配制。模擬采出水物性參數(shù)如下：水溫65 ℃左右、含油濃度在500～5 000 mg/L、TSS 含量在500～1 000 mg/L、礦化度在1 000～5 000 mg/L。處理后的凈化水循環(huán)使用，脫除的油渣送至某焚燒爐進行焚燒。含油污水檢測方法采用HJ 637—2018《水質(zhì) 石油類和動植物油類的測定》。

3 試驗器材介紹

3.1 試驗試劑

本試驗中破乳用絮凝劑為聚合氯化鋁和聚合硫酸鋁（表1）。

表1 藥劑規(guī)格表

3.2 試驗設(shè)備

采用的試驗設(shè)備見表2。

表2 試驗設(shè)備表

4 試驗流程介紹

在加熱（65 ℃）條件下，將一定比例原油、顆粒物、無機鹽加入到清水中，充分攪拌1～2 h，制備成均勻穩(wěn)定的含油污水。含油污水通過進液泵送至旋流微氣泡發(fā)生器，在進液泵前的管線上加注絮凝劑進行破乳。絮凝劑與含油污水的混合液切向進入旋流微氣泡發(fā)生器內(nèi)形成旋流，空壓機提供的壓縮空氣自旋流微氣泡發(fā)生器頂部進入，并與絮凝劑和含油污水充分混合。旋流微氣泡發(fā)生器內(nèi)的渦流強化了含油污水、藥劑和氣體三相混合液中藥劑與污染物（油滴和懸浮顆粒物）的接觸，同時有助于氣體的溶解[4]。三相混合液經(jīng)若干級混合器混合后流至釋氣罐內(nèi)瞬間減壓，溶解氣析出形成小氣泡，小氣泡隨液體混合物流至氣浮池內(nèi)。在表面積相對較大的氣浮池內(nèi)，小氣泡將藥劑與污染物的包裹物（即浮渣）托舉到氣浮池上表面，經(jīng)刮渣機收集到油渣緩沖罐中。油渣緩沖罐中預(yù)先填充一定量的水對油渣進行稀釋，以保持其具有一定的流動性，當達到設(shè)定的液位高度時開啟排油泵，排出界區(qū)外[5]。此次試驗階段刮渣機由人工手動通過刮板代替執(zhí)行，凈化后的生產(chǎn)水從氣浮池下部流出（圖1）。

圖1 試驗工藝流程圖

5 結(jié)果與討論

5.1 絮凝劑加注量對系統(tǒng)除油效果的影響

在控制進液含油量為4 000 mg/L、進液流速為2.2 m/s、氣液比為0.72 的條件下，加注聚合氯化鋁雖然能夠降低出水含油量，但效果不如聚合硫酸鋁，且當聚合氯化鋁加注量大于4 L/h 時，隨著聚合氯化鋁加注量的增加，出水含油量反而增加，甚至出現(xiàn)出口含油量大于50 mg/L，無法滿足出水指標要求（圖2）。

圖2 絮凝劑種類及加注量對出水含油量的影響

聚合硫酸鋁在試驗中顯示出較好的出油性能。當絮凝劑加注量大于4 L/h 時，隨著絮凝劑加注量的增加，出水含油量呈現(xiàn)降低趨勢。但從節(jié)約的角度考慮，將絮凝劑加注量定為6 L/h。

5.2 進液流速對系統(tǒng)除油效果的影響

控制進液含油量為4 000 mg/L、絮凝劑加注量為6 L/h 左右、氣液比為0.72 的條件下，隨著進液流速的增加，出水含油量先減小后增加。當進液流速為2.2 m/s時，系統(tǒng)出水含油量最低為26 mg/L，滿足處理要求（圖3）。

圖3 進液流速對出水含油量的影響

隨著進液流速的增加，旋流微氣泡發(fā)生器內(nèi)渦流強度逐步提高，渦流對藥劑與污染物接觸黏附的促進作用增強；當進液流速進一步增大時，渦流強度過大會破壞藥劑絮體，導致絮凝劑的作用效果減弱，同時也導致氣浮池內(nèi)含油污水的停留時間降低，出水含油量增加。因此控制適宜的入口速度至關(guān)重要。

5.3 氣液比對系統(tǒng)除油效果的影響

在控制進液含油量為4 000 mg/L、絮凝劑加注量為6 L/h、進液流速為2.2 m/s 時，隨著氣液比的增大，出水含油量出現(xiàn)起伏變化，氣液比過大或過小時，都不利于除油。當氣液比為0.72 時，系統(tǒng)出水含油量最低可降至31 mg/L 左右，滿足處理要求（圖4）。

圖4 氣液比對出水含油量的影響

當氣液比較小時，進氣量小，氣浮除油效果不明顯，系統(tǒng)出水含油量較高；隨著氣液比的逐漸增大，氣浮作用顯著，氣泡能夠大量黏附油滴，降低系統(tǒng)出水含油量；當氣液比進一步增大時，三相混合液中未溶解氣比例高，連續(xù)的氣相反而會降低系統(tǒng)出水含油量。

6 結(jié)論

本研究在傳統(tǒng)加壓溶氣氣浮的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性地使用了旋流微氣泡發(fā)生器，組建了高能效氣浮除油工藝；旋流微氣泡發(fā)生器內(nèi)的渦流可促進氣液固三相混合物中藥劑與油滴的黏附及氣體溶解，從而提高采出水處理效果，降低水處理時間，減小氣浮池占地面積；在進液含油量為4 000 mg/L 左右時，出水含油量可降低至30 mg/L 左右。試驗結(jié)果表明，高能效氣浮除油工藝可取代海上平臺上的斜板除油器+氣浮選機，有效降低平臺水處理設(shè)備占地面積，簡化采出水處理流程。