馬兆峰，李　嘉，李　波，周萬德，高　鵬

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300452）

油氣田水處理

南堡油田加氣浮選器改造措施研究及應(yīng)用

馬兆峰，李嘉，李波，周萬德，高鵬

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300452）

作為污水處理系統(tǒng)的第二級(jí)處理設(shè)備，加氣浮選器設(shè)備內(nèi)外部結(jié)構(gòu)存在不合理現(xiàn)象，處理能力遠(yuǎn)沒有達(dá)到設(shè)計(jì)能力，無法適應(yīng)上游流量和含油的大幅波動(dòng)，也影響了下游設(shè)備的正常運(yùn)行和注水水質(zhì)的達(dá)標(biāo)。南堡油田通過摸清設(shè)備問題所在，實(shí)施了一系列有效的改造，大幅提高了加氣浮選器的除油能力，增強(qiáng)了流程抗波動(dòng)能力，達(dá)到了預(yù)期的改造目的。

稠油油田；含油污水；加氣浮選器；溶氣水

南堡35-2油田CEP平臺(tái)生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)為三級(jí)處理系統(tǒng)〔1〕，主要處理設(shè)備是斜板除油器、加氣浮選器和核桃殼過濾器，其中加氣浮選器為污水處理系統(tǒng)第二道處理工藝，處理后的合格的生產(chǎn)污水最后到達(dá)凈化水緩沖罐內(nèi)，通過注水系統(tǒng)回注到地層〔2〕當(dāng)中。南堡35-2油田建設(shè)較早，污水處理設(shè)備存在老化和需要優(yōu)化調(diào)整的情況。隨著南區(qū)熱采規(guī)模的不斷擴(kuò)大化，熱采返出物嚴(yán)重影響了CEP平臺(tái)污水處理效果，導(dǎo)致藥劑配伍性變差。加氣浮選器處理效果不理想，污水含油脫除率僅為60%左右。為實(shí)現(xiàn)污水系統(tǒng)高效運(yùn)行，增強(qiáng)對熱采返排的應(yīng)對能力，需要對加氣浮選器做適應(yīng)性改造。

1　加氣浮選器存在的問題及原因分析

1.1加氣浮選器工作原理和結(jié)構(gòu)

氣浮處理法就是向含油污水中通入氣體，并以微小氣泡形式從水中析出成為載體，使污水中的乳化油、微小懸浮顆粒等污染物質(zhì)黏附在氣泡上，隨氣泡一起上浮到液面表層，形成泡沫-氣、水、顆粒（油）三相混合體，通過收集泡沫或浮渣達(dá)到分離雜質(zhì)、污水脫油的目的。浮選法主要用來處理污水中靠自然沉降或上浮難以去除的乳化油或相對密度近于1的微小懸浮顆粒。加氣浮選器〔3〕內(nèi)部分為混合室、浮選區(qū)、收油槽和凈水室，主要設(shè)備是微氣泡發(fā)生裝置，按產(chǎn)生氣泡方式的不同，一般可分為電解氣浮法、射流氣浮法、溶氣氣浮法3種。

目前南堡35-2油田CEP平臺(tái)加氣浮選器為射流氣浮器，采用以水帶氣射流器向污水中混入氣體進(jìn)行氣浮處理的方法。射流器由噴嘴射出的高速水流使吸入室形成負(fù)壓，并從吸氣管吸入氣體，水氣混合體進(jìn)入喉管段后進(jìn)行能量交換，空氣被粉碎成微小氣泡，然后直入擴(kuò)散段，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢能，進(jìn)一步壓縮氣泡，增大了氣體在水中的溶解度，最終進(jìn)入氣浮器進(jìn)行氣水分離。

1.2加氣浮選器存在問題分析

現(xiàn)場運(yùn)行參數(shù)表明，加氣浮選器運(yùn)行時(shí)，當(dāng)因上游來液發(fā)生波動(dòng)導(dǎo)致加氣浮選器出水不合格時(shí)，出水對下游流程將造成較大影響，最終出水將達(dá)不到注水要求。通過對內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析，判斷加氣浮選器處理效果不佳的原因主要有：（1）加氣浮選器罐內(nèi)沒有有效的浮選分離區(qū)，浮選流態(tài)紊亂，造成浮選除油效果不佳。噴出的溶氣水水流夾雜著大量大氣泡，對分離水層造成不利影響，幾乎將整個(gè)分離水層攪亂，浮渣層無法穩(wěn)定形成。（2）加氣浮選器收油結(jié)構(gòu)不合理，浮油不能高效進(jìn)入收油槽內(nèi)，在水流波動(dòng)狀態(tài)下易發(fā)生返混，影響出水水質(zhì)。由于收油槽設(shè)計(jì)采用類似鋸齒形溢流結(jié)構(gòu)，在收油時(shí)，塊狀的重油浮渣難以進(jìn)入收油槽，收油時(shí)收油槽進(jìn)水量較大，這與加氣浮選器收油的目標(biāo)正好相反。

2　系統(tǒng)優(yōu)化的改造措施研究

2.1罐內(nèi)結(jié)構(gòu)改造方案

2.1.1增加4組橫向收油槽

改造前的結(jié)構(gòu)是混合分離區(qū)原設(shè)置有一縱向收油槽，收油槽上緣開梯形口，作為溢流口。改造后保持原有的縱向收油槽位置不變，新增4組橫向收油槽，并以此將氣浮罐混合分離區(qū)分割成4個(gè)區(qū)域。新增橫向收油槽作為收油用，原有的縱向收油槽則作為匯油和排油用，如圖1所示。

圖1　新增橫向收油槽示意

改造后達(dá)到如下效果：（1）橫向收油槽在收油過程中沒有死角，不會(huì)因局部區(qū)域無法排油造成油層的堆積。（2）4組橫向收油槽相互獨(dú)立，互不影響；同時(shí)借此分割出的4個(gè)區(qū)域也相互獨(dú)立，不會(huì)因局部油層液面的不穩(wěn)定現(xiàn)象造成整個(gè)油層液面的波動(dòng)。（3）橫向收油槽可以依靠水流的推流作用將油層“推”至收油槽內(nèi)，在較低的運(yùn)行液位下，隨著油層的不斷增厚“推流”至收油槽，可以有效地降低溢流到油槽內(nèi)油相物質(zhì)的含水率。

2.1.2改變上下?lián)醢逦恢?/p>

改造前的結(jié)構(gòu)是下?lián)醢逦挥谏蠙n板的左側(cè)，水流呈下降流態(tài)；溶氣水釋放器位于上擋板右側(cè)的空曠區(qū)域。改造后下?lián)醢逦挥谏蠐醢宓挠覀?cè)，水流呈上升流態(tài)；在上下?lián)醢宓闹虚g區(qū)域設(shè)置溶氣水釋放器，如圖2所示。

圖2　擋板改造示意

改造后達(dá)到如下效果：（1）錯(cuò)位布置的上下?lián)醢逶谒鹘?jīng)過時(shí)，促使水流呈上升流態(tài)；設(shè)置在上下?lián)醢逯虚g區(qū)域的溶氣水釋放器所釋放出的溶氣水向上噴射；兩股水流方向相同，可以避免因相互“對流”造成的流態(tài)混亂現(xiàn)象。（2）溶氣水釋放器設(shè)置在上下?lián)醢逯g的較小空間內(nèi)，短時(shí)間內(nèi)就可以實(shí)現(xiàn)溶氣水與生產(chǎn)水的充分混合。能夠保證溶氣水與含油污水在較短時(shí)間內(nèi)充分、均勻混合，從而提高微氣泡與油滴的黏附效率。（3）浮選區(qū)和分離區(qū)有效分離，兩個(gè)區(qū)域互不影響，充分實(shí)現(xiàn)氣水分離。

2.1.3安裝新型溶氣水釋放器

溶氣水釋放器改造前后對比如圖3所示。

圖3　溶氣水釋放器改造前后示意

改造前的溶氣水釋放器，屬于射流器結(jié)構(gòu)，易堵塞，分配不均。改造后安裝的新型溶氣水釋放器是在釋放管上布置若干個(gè)釋放孔，通過“大阻力布水”方式進(jìn)行釋放，其釋放出的溶氣水呈“線狀”分布。相對于原有點(diǎn)式釋放的釋放器，新型溶氣水釋放器的釋放面較廣，與含油來水接觸更充分；新型溶氣水釋放器頂部設(shè)置有緩沖板，可以有效地減弱帶壓溶氣水在釋放后對水流的攪動(dòng)現(xiàn)象。

2.1.4清水區(qū)增設(shè)收油槽

改造前的結(jié)構(gòu)是清水區(qū)沒有收油槽無法起到收油作用。改造后在清水區(qū)設(shè)置了收油槽，通過降低運(yùn)行液位、間歇式收油。設(shè)備改造測試期間發(fā)現(xiàn)，在出水效果較好的情況下，清水區(qū)經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，仍會(huì)有少量油污漂浮于液面。這是由于浮油層在長時(shí)間累積的情況下會(huì)因水流作用，產(chǎn)生“返混”現(xiàn)象，使油污重新進(jìn)入到水體當(dāng)中，從而影響出水水質(zhì)。為此，在清水區(qū)設(shè)置收油槽，通過降低液位、定時(shí)排油的方式將積累在清水區(qū)液面的浮油層排出，減少“返混”幾率的發(fā)生，保證出水水質(zhì)。

2.1.5混合分離區(qū)加裝斜板填料

改造前加氣浮選器內(nèi)無類似組件，改造后在混合分離區(qū)第4級(jí)加裝斜板填料。改造后的含油污水在經(jīng)過前三級(jí)的“浮選分離”后，已將粒徑相對較大的油滴去除。進(jìn)入到第4級(jí)的含油污水油滴粒徑相對較小，去除難度較大。通過溶氣水產(chǎn)生微氣泡的黏附作用與斜板填料的聚結(jié)作用，可以有效地將細(xì)小油滴聚結(jié)、黏附成較大油滴，從而提高浮選分離效率。

2.2罐外微氣泡溶氣水生成裝置改造方案確定

方案還研究確定將加氣浮選器原有噴射氣泡生成裝置改為微氣泡發(fā)生裝置。微氣泡發(fā)生器〔4〕產(chǎn)生的溶氣水氣泡均為微氣泡，粒徑均勻，大部分粒徑在5～10μm，浮選效果穩(wěn)定，微氣泡溶氣水能有效提高氣浮罐的除油率，對改善整個(gè)水處理系統(tǒng)的處理效果起到關(guān)鍵作用。

溶氣水生成系統(tǒng)主要由多相流泵及微氣泡發(fā)生器組成。多相流泵的主要作用是在水相介質(zhì)中引入大量氣體，在不發(fā)生嚴(yán)重氣蝕的情況下經(jīng)過多級(jí)葉輪的反復(fù)切割形成含有大量氣泡的氣水混合液，同時(shí)使一部分氣體溶解在水介質(zhì)中，最后以一定的流速進(jìn)入微氣泡發(fā)生器中。而微氣泡發(fā)生器的作用則是對多相流泵產(chǎn)生的氣水混合液進(jìn)行氣泡細(xì)化，通過旋轉(zhuǎn)切割分離作用將混合液中直徑較大的氣泡篩分出去，并形成含有大量細(xì)密氣泡的溶氣水，最終注入到加氣浮選器中〔5〕。

改造后達(dá)到的效果：（1）微氣泡發(fā)生器具有氣泡篩分、切割細(xì)化功能，可以使裝置產(chǎn)生的溶氣水所含有的氣泡密集、氣泡粒徑更為細(xì)小、均勻。（2）該裝置回流水用量為系統(tǒng)處理水量的10%，用氣量為回流水量的1%，與常規(guī)工藝相比，氣、液用量少，從而減少了設(shè)備體積及系統(tǒng)能耗。（3）該裝置無精密、可動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)，采用流量、壓力自動(dòng)控制，系統(tǒng)穩(wěn)定性高，維護(hù)成本低。

3　效果分析和結(jié)論

按照上述方案，對加氣浮選器進(jìn)行了改造，并對處理量、進(jìn)出口含油等數(shù)據(jù)進(jìn)行了連續(xù)跟蹤，除平臺(tái)每天化驗(yàn)跟蹤外，還邀請第三方開展了三批次取樣觀察，除油效果如表1所示。

表1　改造后除油效果

跟蹤效果顯示在處理量及進(jìn)口含油濃度波動(dòng)較大的情況下，出口含油濃度較低且比較穩(wěn)定，能夠保持在20mg/L左右，整體除油率能夠達(dá)到90%左右。改造后的加氣浮選器對進(jìn)口流量、含油量的波動(dòng)處理適應(yīng)性較好，可以很好地適應(yīng)熱采期間的流程波動(dòng)。通過這一系列優(yōu)化改造達(dá)到了提高加氣浮選器除油效果的目的，大大降低了出口含油量，對提高注水水質(zhì)〔6〕有著很顯著的作用，達(dá)到了加氣浮選器改造預(yù)期目標(biāo)。

［1］劉暉，劉義剛，馬兆峰.明珠號(hào)生產(chǎn)污水處理流程優(yōu)化與效果分析［J］.工業(yè)水處理，2012，32（5）：81-83.

［2］田藝，鄭華安，梁玉凱，等.潿洲油田群生產(chǎn)污水作為注入水可行性研究［J］.石油天然氣學(xué)報(bào)，2013，35（12）：158-162.

［3］方健，劉振國，董洋，等.旋流加氣浮選器處理渤海S油田含聚污水［J］.油氣田地面工程，2012，31（4）：36-37.

［4］時(shí)玉龍，王三反，武廣，等.加壓溶氣氣浮微氣泡產(chǎn)生機(jī)理及工程應(yīng)用研究［J］.工業(yè)水處理，2012，32（2）：20-23.

［5］劉道江.油田污水處理沉降工藝技術(shù)分析［J］.油氣田地面工程，2009，28（1）：60-62.

［6］尹先清，陸曉華.含油污水處理技術(shù)研究［J］.工業(yè)水處理，2000，20（3）：29-31.

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Study andmodification of the gas floatation unit in Nanbao Oilfield

Ma Zhaofeng，Li Jia，LiBo，ZhouWande，Gao Peng
（CNOOCLtd.-Tianjin，Tianjin 300452，China）

As the secondary unit in thewastewater treatmentsystem，itwas far frommeeting the requirements for the designed capability，since there had been some inside and outside unreasonable structures in it，being unable to adapt to the upstream flow rate and the substantial fluctuation of oil contents.It also has impacts on the normal operation of the downstream unit，and the injectionwaterquality.Through figuring outwhere the problemsare in the unit by Nanbao Oilfield，and implementing a series of effectivemodification，the oil removing capability of the gas floatation unit is greatly increased and the fluctuation-resistance capacity of the process enhanced，reaching the predictedmodifying purpose.

thick oiloilfields；oil-containingwastewater；gas floatation unit（GFU）；gasabsorbed water

TE357.6+1

A

1005-829X（2016）03-0087-03

馬兆峰（1977—），工程師。電話：13821295162，E-mail：mazhf@cnooc.com.cn。

2016-01-28（修改稿）