海洋石油平台常用水处理系统水质提升方法研究与应用
海洋石油平台常用水处理系统水质提升方法研究与应用
海洋石油平台的生产污水处理系统是保障海上油田正常运行的关键设施。本文通过分析两种典型的生产污水处理系统，探讨了影响污水处理效果的主要因素，并提出了相应的优化方法。这些方法不仅能够提升污水处理效率，还能在不改变设备结构的前提下，实现水质的显著改善。
生产污水作为海上油田主要的废弃排放物之一, 被处理合格后直接排海或回注地层，其处理效果关系重大，因此受到严格控制。污水处理效果的影响因素因采用设备、工艺不同而有差别，本文通过介绍两种常用的污水处理工艺，采用节点分析法，从污水处理系统的单个设备入手，分析了影响污水处理效果的影响因素，并结合流程设备实际运行情况，提出了海上石油平台常用提升水质的处理方法，取得了较为明显的效果。
污水处理系统；提升水质；节点分析
海上油田生产污水主要是油气生产过程中所产出的地层伴生水，为得到含水达标的合格原油，需在海上平台进行油水分离，分离后的伴生水中含有一定量的原油和其他杂质，为了避免回注水对地层产生损伤或排海水给生态环境带来危害，需要在部分海洋石油平台上配置生产水处理系统，将生产污水处理达标后进行回注或直接排放。
针对不同油田采出液流体特性，海洋石油平台在设计阶段会选用相匹配的水处理系统设备，按照处理工艺划分，主要有重力沉降法、离心法、气浮法、过滤法等处理设备，由于生产污水中原油和杂质含量不同、水质控制指标不同[1]，单靠一种除油方法很难达到要求，因此在海洋石油平台上设计的污水处理系统一般是几种方法联合使用，为了最大限度地提升处理效率，通常会在系统中加注一定量的化学药剂，同时，还要考虑经济效益最大化。
1 海洋石油平台典型生产污水处理系统介绍
海上油田污水处理系统流程短、设备少、设施布局紧凑，这种特性决定了各级污水处理设备需要有高效的处理能力[2-4]，下面介绍两种在海洋石油中心处理平台中典型的生产污水处理系统：
1.1 斜板除油器+气体浮选机+核桃壳过滤器处理系统
以渤海油田A中心处理平台为例，来自分离器和燃油处理系统的生产污水首先进入斜板除油器，在斜板除油器中分出较大颗粒的油滴，然后进入气体浮选机，在浮选机中分出颗粒较小的油滴。斜板除油器和浮选机分出的污油进入污油罐中，再由污油泵打到原油处理系统中去。经过两级处理后的生产水进入核桃壳过滤器中进行过滤，过滤后的生产水（含油量低于20 mg·L-1）满足注水标准进行回注。
图1 渤海油田A中心处理平台生产污水处理系统简图
1.2 水力旋流器+紧凑式气浮+核桃壳过滤器处理系统
以渤海油田B中心处理平台为例，生产污水处理系统接收并处理来自生产分离器的生产污水。来自生产分离器的生产污水，首先进入水力旋流器进行分离，水力旋流器出口污水进入紧凑式气浮脱除污水中携带的小油滴和乳化油。水力旋利器和紧凑式气浮产生的污油通过污油管线进入污油罐，再由污油泵增压后返回生产分离器进行处理。出口污水进入生产水缓冲罐进行重力沉降，再由核桃壳供给泵将压力提升后进入核桃壳过滤器, 除去细分散乳化油及悬浮物。最终达到注水标准的生产污水进入注水缓冲罐进行沉降，最后经注水增压泵、注水泵输送至各注水用户[5]。
图2 渤海油田B中心处理平台生产污水处理系统简图
2 处理系统出口水质主要因素
地层回注水的水中含油是注水水质的重要指标，含油的高低直接影响整个油田注水效果，对驱油效果、地层保护、地层能量补充等多个方面有决定性作用。而海上油田生产污水处理系统的处理效果直接影响注水水质[6]，因此分析并解决影响处理系统出口水质主要因素显得至关重要。
本文采用节点分析法，先从单个设备入手，进行逐个分析，再结合上下游流程设备及化学药剂等影响因素进行综合判断，由于海上处理设备部件较多，影响因素也较多，此处需结合海上石油平台实际运行情况对主要影响因素进行分析[7]。
2.1 斜板除油器
斜板除油器通常作为生产污水进行初级处理的设备，处理含油污水的基本原理是利用水与油的密度差异,使含油污水中的油滴在设备中上浮除去。
影响斜板除油器出口水质的主要因素包括：罐内杂质沉积较多，波纹板内部结构坍塌，顶部收油频率及时长设置不合理等。
2.3 气浮选机
气浮选机工作的基本原理是通过微小气泡的吸附作用携带含油污水中的油滴上浮去除，主要脱除污水中的小油滴和乳化油。
影响气浮选机出口水质的主要因素包括：罐内杂质沉积较多，溶解气量不合适，曝气方式不合理，收油频率及时长设置不合理等。
2.4 核桃壳过滤器
核桃壳过滤器内部一般填充有鹅卵石、石英砂和核桃壳过滤器。过滤机理可分为：吸附、絮凝、沉淀和截留等几个方面。核桃壳过滤器由压差控制或定时控制对过滤器进行反洗，冲洗结束，过滤器可以再次投入使用。
影响核桃壳过滤器出口水质的主要因素包括：投用数量不足，反洗判断依据不合适，反洗步骤时长不合适，反洗水量不合适，滤料漏失及过度使用，收油频率低，收油时间短等。
2.5 化学药剂系统
化学药剂注入系统是在不同的注入点注入不同的化学药剂，以提高油水分离效果，减缓设备和管线的腐蚀，保证各设备的工作效率。
化学药剂系统对生产污水处理效果影响主要表现在注入浓度、加药点、药剂品种及质量等。
2.5 污油水处理模式
原油脱水及生产水处理过程中，会不可避免的产生一部分污油水，该污油水多为O/W型乳状含油污水，这种乳状液状态稳定，含有各种固体杂质、浮油、分散油、乳化油以及溶解油等污染成分，进入生产污水处理系统后，会对各级设备处理效果产生明显的影响。
3 污水处理系统流程水质提升方法与应用
针对本文上一部分分析的影响因素，结合流程设备实际运行情况，在不对流程处理设备进行内部结构改造的前提下，海洋石油平台通常会采取以下几种方式提升出口水质，并且取得了较为明显的成效。
3.1 污油水转液运行模式优化
污水处理系统污油罐转液一般设计为进入生产分离器进行重新处理，但污油泵设计操作模式通常为间歇性启动，即当污油罐液位满足启动要求后，启泵转液至低液位停泵，以此循环往复。在这种运行模式下会对油系统分离设备产生冲击、污油水进入流程影响油水分离效果，造成污水处理系统入口含油较高。
可以优化污油泵运行模式，更改为污油泵常期运行，即通过调整污油泵出口调节阀开度、污水系统收油液量，保障其具备长期运行的条件。通过渤海油田B中心处理平台现场数据可以看出，在这种运行模式下，生产分离器水相出口（污水处理系统入口）水质明显提升[8]。
3.2 处理设备定期排污及内部清洗
定期对处理设备内部积累杂质进行排放，可以恢复设备有效容积，提高油水分离效果；水力旋流器内旋流管、斜板除油器内聚结填料需要定期进行清洗，保证设备除油效率[9]。
表1 污油泵运行模式调整前后生产分离器出口水中含油数据表
3.3 水力旋流器旋流管数量调整
以渤海油田B中心处理平台为例，水力旋流器额定处理量500 m3·h-1，若流量低于300 m3·h-1或高于690 m3·h-1，均会影响除油效果。因此，需要根据实际处理液量，使用封堵管来替换旋流管或者增加一定数量的旋流管来保证处理指标。例如，单台水力旋流器实际处理水量350 m3·h-1，经计算，需要88根盲管、142根旋流管，届时，设计处理量为355 m3·h-1，最优处理区间为284～426 m3·h-1。
3.4 气浮选机溶气流程优化调整
根据气浮选机进出口水质实时化验结果，对气浮选机溶解气流量和注气方式进行优化调整，以保证处理效果。
3.5 核桃壳过滤器运行模式及反洗参数优化
调整核桃壳过滤器反洗各步骤时长，通过使用控制变量法对前置反洗持续时间、搅拌、搅拌反洗、反洗、排水持续时间五项反洗主要步骤时长进行筛选；调整核桃壳过滤器反洗水量大小，筛选出反洗效果能达到目标效果的最低排量，保证处理效果的同时减少滤料的漏失[10]。
3.6 处理设备收油频率及时长优化调整
根据各级处理设备进出口水质实时化验结果，对收油频率和时长进行优化调整，将收油量控制在合理区间，在保证处理效果的同时，尽量降低设备处理负担。
3.7 优选化学药剂，调整注入浓度及加注点
根据不同时期油田产液情况特点，进行化学药剂效果评价及换型工作，挑选更加适合的药剂类型，提高油水分离效果；根据出口水质情况，持续摸索化学药剂最佳注入浓度，并且通过注入点前移的方式，增加化学药剂作用时长。通过渤海油田B中心处理平台现场数据可以看出，通过更改药剂加注点，药剂反应时间由90秒延长至144秒，水质提升效果明显。
表2 化学药剂注入点调整前后紧凑式气浮出口水中含油数据表
4 海洋石油平台水处理系统水质提升方法总结
海洋石油平台水处理系统水质提升主要采用节点分析法，从污水处理的每一级处理设备进行分析，对可能影响污水处理效果的因素有效控制。根据海洋石油平台生产运行的实际情况，总结常用的提升水质方法包括：（1）污油水转液运行模式优化；（2）处理设备定期排污及内部清洗；（3）水力旋流器旋流管数量调整；（4）气浮选机溶气流程优化调整；（5）核桃壳过滤器运行模式及反洗参数优化；（6）处理设备收油频率及时长优化调整；（7）优选化学药剂，调整注入浓度及加注点。
5 结束语
本文所列举方法仅选取海洋石油平台典型处理系统进行分析，并且是取得了一定成效的提升方法，所列举提升方法均不需要对流程处理设备进行内部结构改造，重要的是举一反三，采用节点分析的方法，有针对性的开展污水处理系统水质提升工作，以满足海洋石油平台注水水质及环境保护的需求。
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