以CDFU為核心工藝的海上平臺產(chǎn)出液處理工藝研究

摘要：文章主要介紹了海洋石油平臺產(chǎn)出液深度處理工藝中旋流溶氣氣浮技術(shù)應(yīng)用的情況。隨著三次采油技術(shù)的應(yīng)用和海洋石油開采的不斷深入，海上油田在應(yīng)對產(chǎn)出液處理時，受處理液量大，空間受限等因素制約，其傳統(tǒng)的處理工藝呈現(xiàn)出油水分離效率下降、回注水指標惡化、化學藥劑需求激增、注入困難等問題，已逐漸不適應(yīng)現(xiàn)有的生產(chǎn)環(huán)境。旋流溶氣氣浮工藝（CDFU）具有油水分離效率高，占地面積小等突出優(yōu)點，在海上平臺產(chǎn)出液處理工藝中有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：海上平臺；產(chǎn)出液處理；旋流溶氣氣浮（CDFU）

一、 海上平臺產(chǎn)出液處理現(xiàn)狀

海上油田是國家石油供給的重要支柱，產(chǎn)量已經(jīng)突破5000萬噸，其產(chǎn)量增量占到國內(nèi)原油產(chǎn)量增長總量的58.94%，稠油產(chǎn)量超過海上原油產(chǎn)量的50%，海上稠油持續(xù)增產(chǎn)是國家能源安全保障的重要戰(zhàn)略需求。對于稠油開采，蒸汽吞吐熱開采和化學驅(qū)開采是非常適合海上稠油開采的技術(shù)。

但隨著采油時間的延長，油田開采技術(shù)存在的相關(guān)問題也非常突出。如聚合物驅(qū)開采油田中，長期聚合物藥劑的使用為產(chǎn)出液處理環(huán)節(jié)帶來新的問題和困難：

①油水乳化程度變高，油水乳狀液異常穩(wěn)定，造成脫出水含油量大幅度提高和脫水后原油含水率超標；

②原有破乳劑對聚驅(qū)產(chǎn)出液的處理效能下降，造成用量顯著增大；

③部分單元設(shè)備對聚驅(qū)產(chǎn)出液不適應(yīng)，如換熱器結(jié)焦，需要頻繁清洗，增加現(xiàn)場作業(yè)量和運行成本；

④產(chǎn)出液處理過程中會產(chǎn)生粘性污油泥，影響現(xiàn)場流程和下游處理廠的正常運轉(zhuǎn)。

隨著海上油田的深入開發(fā)，現(xiàn)有傳統(tǒng)的海上平臺產(chǎn)出液處理工藝受產(chǎn)出液組分變化日益復雜及上述等因素綜合影響，已不能很好的滿足海上平臺產(chǎn)出液處理需求。

二、 渤海某海上平臺產(chǎn)出液現(xiàn)狀

渤海東部海域某海上采油平臺，油氣資源儲量豐富，1996年開始勘探，2000年開鉆第一口油井，2005年通過產(chǎn)量評估。全油田探明石油地質(zhì)儲量5222.07x104m3，其中重質(zhì)稠油4187.87x104m3，占85%。平臺射流泵動力液分離器的產(chǎn)出液最低溫度為35℃，最高溫度為60℃左右。產(chǎn)出液含油量最高可達到20%，含有大量泡沫，水質(zhì)差，乳化情況嚴重。產(chǎn)出液分離效果不理想，影響后續(xù)處理工藝。

三、 產(chǎn)出液處理新工藝

針對上述產(chǎn)出液處理難點，對市場上現(xiàn)有的各項處理技術(shù)進行調(diào)研，經(jīng)過對多項處理技術(shù)的收集與對比分析，最終選擇CDFU（高效旋流氣浮裝置）處理技術(shù)。該技術(shù)目前在中石油獨山子石化電脫鹽污水、吐哈油田和中海油渤海海上平臺含油污水等多處項目都有投產(chǎn)應(yīng)用。

CDFU-Cyclonic Dissolved gas Flotation Unit即高效旋流氣浮裝置，將旋流離心分離技術(shù)與溶氣氣浮分離技術(shù)有機結(jié)合的新一代高效旋流氣浮裝置。該裝置通過應(yīng)用旋流和溶氣產(chǎn)生的微納米氣泡綜合作用，極大地提高了浮選效果，縮短了浮選時間，實現(xiàn)了高效、快速除油，該裝置適用于各類難處理含油（含懸浮物）污水。工藝簡圖如下圖1所示。

圖1 工藝簡圖

3.1 產(chǎn)出液處理工藝原理

氣浮技術(shù)是在待處理水中通入大量的、高度分散的微納米氣泡，使之作為載體與懸浮在水中的顆粒(油滴)或絮狀物粘附，形成整體密度小于水的浮體，依靠浮力作用一起上浮到水面，形成浮油而加以去除，以完成水中固體與固體、固體與液體、液體與液體分離的凈水方法。

氣浮技術(shù)已經(jīng)在污水處理過程中廣泛應(yīng)用，包括溶氣氣浮、電解氣浮、散氣氣浮和渦凹氣浮技術(shù)。近年來隨著多元工藝的結(jié)合，形成了多種新型氣浮工藝，如聚結(jié)-氣浮、氣浮磁分離、旋流-氣浮等。CDFU采用德國EDUR先進、可靠特殊氣液兩相泵，特殊的精密氣體流量控制系統(tǒng)。相比傳統(tǒng)溶氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，氣體溶解達到100%的飽和度。溶氣效果見圖2所示。

圖2溶氣泵流體力學模型及溶氣效果圖

溶氣水經(jīng)特殊設(shè)計的管道釋放裝置快速產(chǎn)生微納米氣泡，該裝置采用管道大尺寸釋放方式，能保證產(chǎn)生大量超微氣泡，氣泡細膩，均勻，粒徑在5~30μm之間，同時防止釋放裝置內(nèi)部堵塞。高效釋放裝置溶氣釋放效果見圖3。待處理污水與溶氣罐來的微納米氣泡快速混合，油滴（或懸浮物）與微納米氣泡高效碰撞后，被微納米氣泡捕捉，能夠大幅提高浮選效率，加快實現(xiàn)油水快速浮選后分類。

圖3 溶氣微氣泡效果圖

含有微小氣泡（粒徑5~30微米）的水進入到高效旋流溶氣氣浮入口管線與進水混合后由底部切向進入到高效旋流溶氣氣浮容器，在底部產(chǎn)生弱旋流，弱旋流一方面使油滴和微納米氣泡向容器中心運移，另一方面也促進強化兩者之間的碰撞粘附，然后發(fā)生氣浮作用，浮升到液面的油滴-氣泡-懸浮物-水的多相混合物由容器頂部靠壓力排出，處理后的水由底部排出，圖4為旋流分離示意圖。為了進一步保證氣浮和旋流的作用，在容器內(nèi)部設(shè)置了旋流筒來有效控制旋流離心場，含油污水在高效旋流溶氣氣浮容器內(nèi)部旋流分離和氣浮分離綜合作用效果遠高于單獨旋流和氣浮作用，因此可以在很短的停留時間內(nèi)擁有較高的效率。

圖4 旋流溶氣氣浮分離示意圖

3.2 產(chǎn)出液處理工藝流程圖簡介

產(chǎn)出液經(jīng)三相分離器預處理后進入兩級高效旋流溶氣氣浮進行深度處理,乳化油被超微氣泡撲捉后在旋流作用下不斷集聚、聚結(jié)破乳形成油團快速從污水中分離,破乳聚結(jié)后污油匯集回流排入前端三相分離器二次處理,處理后的污水進入下游處理裝置進行進一步處理。

四、產(chǎn)出液處理處理效果分析

新增CDFU（高效旋流氣浮裝置）處理設(shè)備投產(chǎn)使用后，對產(chǎn)出液油水分離效果較好，出水水質(zhì)外觀得到答復改善，進出水主要水質(zhì)指標對比情況如下表1和圖2所示。

表1 CDFU運行檢測數(shù)據(jù)表

圖2 CDFU運行檢測數(shù)據(jù)圖

五、結(jié)論

新增CDFU（高效旋流氣浮裝置）處理設(shè)備投產(chǎn)使用后，產(chǎn)出液處理效果穩(wěn)定，油水分離效果顯著，產(chǎn)出液含油量平均值由進水約1275.2mg/L降至約114.7mg/L，平均值降低了1160.5mg/L，除油效率達到90.99%，大幅度超出80%的設(shè)計要求。

CDFU（高效旋流氣浮裝置）處理設(shè)備的投產(chǎn)使用解決了平臺日常運行存在的動力液分離效果差問題，同時降低下游處理裝置的處理負荷。CDFU（高效旋流氣浮裝置）處理設(shè)備在海上平臺產(chǎn)出液處理工藝中具有廣闊的應(yīng)用前景。