李永清 楊小剛 趙曉龍 于世春 邱亮 張彬

（1.中國石油長慶油田油氣工藝研究院；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室；3.中國石油長慶油田采油八廠）

長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.中國石油長慶油田油氣工藝研究院；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室；3.中國石油長慶油田采油八廠）

通過分析長慶油田氣浮處理工藝應用現(xiàn)狀，分析了加壓溶氣氣浮、布氣氣浮的轉(zhuǎn)子碎氣氣浮和微孔布氣氣浮工藝特點：加壓溶氣氣浮除油工藝處理效果較好；葉輪氣浮布氣提高了攜帶水中油的效率；微孔補氣氣浮要控制好噴嘴結構和氣流速度；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采油井隨原油一起回到地面，這部分水在原油外運和外輸前必須脫除。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。長慶油區(qū)地處黃土高原，水資源短缺，同時年產(chǎn)采出水量超過2 500萬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)過程中產(chǎn)生的大量采出水，是長慶油田的一項長期的、重要的環(huán)保課題。近年來，長慶油田越來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］。長慶油田主要采取加壓溶氣氣浮及布氣氣浮兩種工藝。

1 加壓溶氣氣浮

1.1 結構與工作原理

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，將空氣或氮氣溶解在廢水中達飽和狀態(tài)，然后突然減至常壓，這時溶解在水中的氣體就成了過飽和狀態(tài)，以極微小的氣泡釋放出來，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，然后由自動刮渣機刮走，使油田采出水得到凈化。

圖1 加壓溶氣式氣浮裝置結構示意

1.2 現(xiàn)場應用情況

2007年以來，長慶油田在白二聯(lián)、油一轉(zhuǎn)等多座站點應用加壓溶氣式氣浮工藝，通過加藥處理，氣浮機出口水質(zhì)能達到含油、懸浮物小于20～50 mg／L，滿足過濾前含油、懸浮物小于100 mg／L的要求，水質(zhì)處理效果較好，在之后的站點中，得到進一步推廣應用。

現(xiàn)場應用表明，加壓溶氣氣浮具有如下優(yōu)點：

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

◆適應進口水質(zhì)范圍大，水質(zhì)波動對氣浮效果影響較小，處理量大；

◆溶氣和釋氣效率相對較高，現(xiàn)場應用效果更好；

◆裝置占地小、結構緊湊，便于管理維護。

主要存在的問題如下：

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

◆對藥劑的依賴性較強，為提高處理效率和效果，必須加足夠的浮選劑等藥劑，同時需要不斷地將裝置頂部的浮渣、浮油進行刮除，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，投資運行成本高的缺點。

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；

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

2 布氣氣浮

布氣氣浮是利用機械剪切力，將混合于水中的空氣粉碎成細小的氣泡，以進行氣浮的方法［5］。按粉碎氣泡方法的不同，布氣氣浮又分為轉(zhuǎn)子碎氣法（也稱渦凹氣浮、葉輪氣浮）和微孔布氣法［6］（如擴散板曝氣氣浮、射流氣浮）。長慶油田在部分站點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壓將氣體吸入，并與提升上來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散于水中進行氣浮［7］。

長慶油田在木一綜合站及悅?cè)C合站應用到轉(zhuǎn)子碎氣氣浮，分別稱之為葉輪氣浮、渦凹氣浮。以木一綜合站為例來說明，其工藝流程：從沉降罐出來的含油采出水進入預處理區(qū)，經(jīng)過葉輪氣浮處理，去除了水中大部分的浮油和懸浮物，而后進入一級、二級油水分離區(qū)進行溶氣式氣浮處理。

兩個站點現(xiàn)場應用表明：葉輪氣浮布氣面積較大，氣流分散，攜帶水中油，但由于長慶油田采出水礦化度普遍較高，受腐蝕、結垢影響，葉輪的轉(zhuǎn)動機械故障率也高。

2.2 微孔布氣氣浮

微孔布氣氣浮是使空氣通過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，在噴嘴出口處形成真空區(qū)，將氣體一起卷吸走，氣體隨水進入喉管，空氣被剪切成微小氣泡，通過直接碰撞或靜電吸附油珠后上浮實現(xiàn)油水分離。

塞一聯(lián)合站現(xiàn)場應用表明：影響噴射氣浮處理效率的關鍵因素在于產(chǎn)生氣泡的半徑和氣泡數(shù)量，這又決定于噴嘴結構和氣流速度［8］。由于長慶油田采出水腐蝕性很強，這種裝置構造復雜，初期效果較好，但難以維持較長時間。

以上兩類在長慶油田用到的布氣氣浮，其優(yōu)點是設備簡單，易于實現(xiàn)，關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)的接觸時間更長，去除效率更高。

3 結束語

◆加壓溶氣氣浮除油工藝，效果較好，可以適當加大應用規(guī)模；

◆葉輪氣浮布氣可以使氣泡更加分散，提高了攜帶水中油的效率，但是同時也要克服葉輪轉(zhuǎn)動出現(xiàn)的機械故障；

◆由于長慶油田采出水高礦化度，腐蝕結垢嚴重的特點，微孔補氣氣浮要控制好噴嘴結構和氣流速度；

◆考慮探索一種新型氣浮工藝，比如在加壓溶氣氣浮基礎上，增加布氣氣浮的效果，使溶氣與釋氣效率更高，同時在刮渣除油方面進行適當改進，降低污油污泥含水率。

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

［2］ 中國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)技術交流會論文集［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.油田采出水處理設計手冊［M］.北京：中國石化出版社，2005.

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

［6］ 吳芳云，陳進富.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座談會文集［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)于中國石油大學（華東）石油工程專業(yè)，現(xiàn)在中國石油長慶油田油氣工藝研究院數(shù)字化技術研究室從事油田數(shù)字化技術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)明光路長慶油田油氣工藝研究院，710021