韓東興 房建宇 陳江萌 高 欣 申大偉

中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司第二采氣廠,陜西 西安 710200

0 前言

X氣田M天然氣處理廠于2007年建成投產(chǎn),隨著氣田滾動(dòng)開發(fā),至2020年底冬季供氣高峰期,X氣田新增氣井110口,采出水產(chǎn)量140 m3/d,峰值230 m3/d,達(dá)到150 m3/d采出水設(shè)計(jì)處理能力飽和值[1]。水處理系統(tǒng)處于連續(xù)滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài),對(duì)人員、工藝、設(shè)備運(yùn)行管理提出了極大的挑戰(zhàn)。

結(jié)合氣田中后期勘探開發(fā)部署,預(yù)測(cè)在“十四五”期間,X氣田將新增氣井200余口,供氣量達(dá)到450×104m3/d,采出水產(chǎn)量200 m3/d,峰值接近300 m3/d,之后采出水產(chǎn)量趨于相對(duì)穩(wěn)定態(tài)勢(shì)。M天然氣處理廠是X氣田唯一擁有甲醇回收裝置的處理廠,承擔(dān)X氣田以及部分周邊氣田的采出水處理任務(wù),因此亟需對(duì)其做出高峰應(yīng)對(duì)措施。

1 水處理系統(tǒng)現(xiàn)狀

M天然氣處理廠采出水設(shè)計(jì)處理能力為150 m3/d,主要處理X氣田CaCl2水型的采出水。2020年冬季供氣高峰期，M天然氣處理廠平均處理采出水140 m3/d,峰值230 m3/d。在實(shí)際運(yùn)行過程中，M天然氣處理廠不僅處理X氣田集氣站分離出的采出水,還處理本廠在天然氣處理過程中分離出的采出水,以及周邊氣田采出水和特殊作業(yè)采出水等,這些采出水都含有不同濃度的甲醇,處理總量遠(yuǎn)超M天然氣處理廠采出水設(shè)計(jì)處理能力,見表1。

表1 2020年M天然氣處理廠處理水源情況分類統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Statistical table of water sources treated by M treatment plant in 2020

2 M天然氣處理廠來水水質(zhì)特點(diǎn)

X氣田集氣站分離采出水“三高一低”的特點(diǎn)是礦化度在40 000 mg/L以上,富含Ca2+、Mg2+、Fe2+等離子,極易結(jié)垢引起垢下腐蝕,且隨水溫增加,結(jié)垢、腐蝕速率增加。油含量3%～5%、有機(jī)雜質(zhì)和懸浮物含量460～4 800 mg/L,油水體系穩(wěn)定,難以破壞分離,采出水pH值6.26～7.14[2]。

X氣田作為主力開發(fā)區(qū)塊之一,新井部署逐年遞增,連續(xù)3年新投氣井100口以上,老井遞減率較高,措施增產(chǎn)井次多,水質(zhì)波動(dòng)較大、成份復(fù)雜,含有大量細(xì)沙、懸浮物和膠體雜質(zhì)[3],見表2。水質(zhì)的變化會(huì)削弱水處理藥劑適應(yīng)性,增大加藥量,處理后水質(zhì)不穩(wěn)定,不僅增加污水處理成本,且造成系統(tǒng)中污泥含量的上升,加重水處理系統(tǒng)腐蝕、結(jié)垢。而M天然氣處理廠同時(shí)還接受其他區(qū)塊的采出水,不同區(qū)塊、不同生產(chǎn)時(shí)期的水質(zhì)波動(dòng)極大,強(qiáng)化了水質(zhì)的不穩(wěn)定性,嚴(yán)重影響下游單元的運(yùn)行,干擾了輕烴、甲醇回收,加速了設(shè)備、管線腐蝕[4]。

表2 X氣田部分集氣站采出水化驗(yàn)結(jié)果表Tab.2 Test results of produced water from partial gas collecting stations in X gas field

3 存在問題

多源頭來水與措施增產(chǎn)相結(jié)合使M天然氣處理廠水質(zhì)更加復(fù)雜、水量長(zhǎng)期居于高位,導(dǎo)致水處理系統(tǒng)超負(fù)荷運(yùn)行,不能達(dá)預(yù)期處理效果[5]。主要表現(xiàn)是采出水中大量懸浮物，不能有效沉降,富含有機(jī)物的懸浮物與絮凝劑等反應(yīng)不徹底,進(jìn)入下游甲醇回收、回注單元形成難以清理的膠狀油泥污垢,嚴(yán)重影響設(shè)備運(yùn)行[6],見表3。

表3 采出水樣品3 000 r/min、15 min離心分離體積比統(tǒng)計(jì)表Tab.3 3 000 r/min,15 min centrifugal separation volume ration statistics of produced water sample

采出水中凝析油受懸浮物污染,形成集凝析油、水、懸浮固體、水溶性有機(jī)物、油溶性有機(jī)物、表面活性劑于一體的復(fù)雜多相體系,見表4。各組分在不同工藝階段含量此消彼長(zhǎng),性狀多變,極難處理,影響凝析油回收效果[7]。

表4 X氣田集氣站采出水懸浮物分析結(jié)果表Tab.4 Analysis results of suspended solids in X gas field

M天然氣處理廠連續(xù)3年在冬季供氣高峰期處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài),預(yù)處理單元的沉降除油罐在實(shí)際運(yùn)行中已無足夠沉降時(shí)間,調(diào)節(jié)罐絮凝沉降的藥劑無充分反應(yīng)時(shí)間,導(dǎo)致絮凝沉降效果不佳,并在下游甲醇回收單元持續(xù)反應(yīng),引發(fā)堵塞[8]。同時(shí)早期水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)“重水輕泥”,系統(tǒng)內(nèi)卸車池、泥漿池受結(jié)構(gòu)限制,缺乏有效排泥手段,1/3容積被污泥長(zhǎng)期淤積,影響采出水沉降效果,加劇污泥進(jìn)入下游系統(tǒng)引發(fā)堵塞頻次[9]。僅2019年冬季高峰供氣期間,采出水預(yù)處理及甲醇回收單元管線、設(shè)備頻繁結(jié)垢堵塞,原料加熱器、過濾器、精餾塔等設(shè)備檢修頻次較2018年高出42%。

4 系統(tǒng)高位運(yùn)行問題對(duì)策

4.1 優(yōu)化運(yùn)行管理

4.1.1 強(qiáng)化崗位力量,預(yù)警加密檢修

M天然氣處理廠精簡(jiǎn)班組,整合現(xiàn)有人力資源,實(shí)行“大運(yùn)行隊(duì)”模式,由五班三倒變?yōu)槿鄡傻?運(yùn)行崗位人數(shù)由8人/班增至13人/班,應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)高強(qiáng)度操作。同時(shí)嚴(yán)控采出水處理單元的工藝參數(shù),在預(yù)警期組織檢修工作,將甲醇再生系統(tǒng)的更換塔盤、清理管束等低頻大型檢修任務(wù)轉(zhuǎn)換為預(yù)處理系統(tǒng)的污泥清理和過濾器反洗等高頻小型維保任務(wù),確保設(shè)備設(shè)施正常運(yùn)行[10]。

4.1.2 控制沉降時(shí)間

強(qiáng)調(diào)技術(shù)管理計(jì)劃性、預(yù)判性。結(jié)合新井投產(chǎn)計(jì)劃預(yù)測(cè)采出水小高峰,控制采出水卸車頻次與時(shí)間間隔,調(diào)整廠內(nèi)3座卸車池、2座沉降除油罐的倒罐時(shí)間,實(shí)現(xiàn)單一儲(chǔ)罐(池)內(nèi)采出水物理沉降20～24 h,通過運(yùn)行控制達(dá)到工藝要求, 泥砂、有機(jī)雜質(zhì)及固體顆粒等含量降低20%～35%,保證油水分離效果。

4.1.3 優(yōu)化加藥制度

加密水質(zhì)分析,根據(jù)水質(zhì)變化動(dòng)態(tài)調(diào)整加藥量及加藥泵行程,確定最佳藥劑組合及配比[11]。跟蹤化驗(yàn)發(fā)現(xiàn),甲醇回收單元采出水的有機(jī)雜質(zhì)含量降至198～230 mg/L,膠體雜質(zhì)含量降低20%,水質(zhì)基本滿足進(jìn)入甲醇回收單元的條件[12]。

4.2 能力提升方案設(shè)計(jì)

“十四五”期間, M天然氣處理廠需要建設(shè)規(guī)模與總來水量匹配的全流程水處理系統(tǒng),并結(jié)合目前油采出水處理成熟工藝,裁汰老舊工藝設(shè)備[13]。采用“高效混凝+旋流分離+多級(jí)過濾+減量排泥”的模式提高水處理質(zhì)量,強(qiáng)化系統(tǒng)排泥功能以及減量化處置效果[14]。

4.2.1 強(qiáng)化預(yù)處理單元復(fù)雜水體處置能力

預(yù)測(cè)M天然氣處理廠采出水平均接卸量接近200 m3/d,峰值接近300 m3/d,需要將預(yù)處理單元、甲醇回收單元擴(kuò)容,實(shí)現(xiàn)采出水處理系統(tǒng)處理能力全流程達(dá)到300 m3/d。采出水預(yù)處理單元原設(shè)計(jì)處理能力150 m3/d,使用“沉降除油+絮凝沉降+旋流分離+兩級(jí)過濾”工藝模式,處理后的采出水油含量256～807 mg/L、懸浮物含量198～460 mg/L,處理能力和處理后的指標(biāo)均不滿足要求。因此需要強(qiáng)化預(yù)處理單元采出水處理設(shè)備對(duì)懸浮物的處理和油的回收效果[15]。

300 m3/d采出水處理集成裝置主要由預(yù)反應(yīng)器、高效旋流分離器、中間罐、多介質(zhì)過濾分離器組成[16]。采出水先進(jìn)入采出水處理集成裝置緩沖水箱,經(jīng)一級(jí)加壓泵提升至預(yù)反應(yīng)器,加入藥劑(NaOH、助凝劑、絮凝劑)有效絮凝[17]。預(yù)反應(yīng)器出水進(jìn)入高效旋流分離器,在離心力的作用下,進(jìn)行泥水分離;之后進(jìn)入緩沖水箱,經(jīng)二級(jí)加壓泵提升至以無煙煤、砂、細(xì)碎石榴石為濾床的多介質(zhì)過濾器去處懸浮物[18]。過濾出水最終輸送至甲醇原料水罐進(jìn)入甲醇回收單元。排泥進(jìn)入裝置外污泥池,回收污油進(jìn)入污油罐。處理后油含量<85 mg/L、懸浮物含量<190 mg/L,輕烴回收率提高1.5%～2%。

甲醇回收單元采用二層平臺(tái)結(jié)構(gòu)增設(shè)1套150 m3/d全配置裝置加強(qiáng)甲醇回收能力,較平面布置節(jié)約用地10%,含醇采出水處理能力達(dá)到300 m3/d,產(chǎn)品甲醇濃度提升1.5%～2.5%,達(dá)到92%以上,采出水處理規(guī)模、效率整體提升[19]。

4.2.2 強(qiáng)化系統(tǒng)污泥清理與減量過程

采出水處理系統(tǒng)可產(chǎn)生含水量達(dá)95%以上污泥300～500 t/a,清理、外運(yùn)不及時(shí)淤泥會(huì)在系統(tǒng)內(nèi)不斷循環(huán),堵塞管線,淤積設(shè)備。因此需要制定詳細(xì)的污泥“清、減、封、運(yùn)”方案,并及時(shí)處置。結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況,M天然氣處理廠優(yōu)化采出水系統(tǒng)排污時(shí)間,沉降罐、調(diào)節(jié)罐3～4次/月,反應(yīng)罐、高效旋流分離器2次/d,甲醇回收單元2～3次/a。清淤用高壓水槍把淤積物沖散并稀釋,被稀釋后的淤積物通過排污管線進(jìn)入污泥系統(tǒng)[20]。

M天然氣處理廠早期設(shè)計(jì)的污泥處理工藝流程、封存方式已不能滿足現(xiàn)行環(huán)保要求、處置標(biāo)準(zhǔn)。M天然氣處理廠污泥中含液量達(dá)到95%以上,在有限的指標(biāo)內(nèi)最大化外運(yùn)污泥是發(fā)揮采出水處理系統(tǒng)能力的重要環(huán)節(jié)[21]。對(duì)比在廠內(nèi)新建1套污泥減量裝置、轉(zhuǎn)運(yùn)至其他處理廠處置與引進(jìn)專業(yè)隊(duì)伍處置3種方案,引進(jìn)專業(yè)隊(duì)伍進(jìn)行污泥減量化處理方案更符合M天然氣處理廠現(xiàn)狀,故推薦方案3,見表5。對(duì)接污泥拉運(yùn)時(shí)間節(jié)點(diǎn),最大程度運(yùn)出污泥,凈化M天然氣處理廠采出水系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境,同時(shí)達(dá)到降本增效、節(jié)能減排的效果。2021年M天然氣處理廠通過市場(chǎng)化減量處置將本廠及其他3座天然氣處理廠1 513 t淤泥壓濾至127 t,減排率提升91.6%。

表5 污泥減量方案比選表Tab.5 Sludge reduction plan comparison table

5 結(jié)論及建議

1)隨著X氣田滾動(dòng)開發(fā),采出水產(chǎn)量增加1倍,且多源頭來水,措施增產(chǎn)等因素使得水質(zhì)波動(dòng)較大、組分復(fù)雜,嚴(yán)重影響下游單元的運(yùn)行,干擾輕烴、甲醇回收,加速了設(shè)備、管線腐蝕。

2)M天然氣處理廠在采出水處理高峰期內(nèi)所采取的強(qiáng)化一線班組力量、開展預(yù)警加密檢修、控制沉降時(shí)間、優(yōu)化加藥制度等措施能夠有效應(yīng)對(duì)短時(shí)期內(nèi)高峰水處理任務(wù),降控有機(jī)雜質(zhì)、懸浮物、泥沙含量,保證油水分離,甲醇回收原料水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

3)增設(shè)300 m3/d采出水處理集成裝置及150 m3/d甲醇回收配套裝置完成M天然氣處理廠采出水處理系統(tǒng)改擴(kuò)建,規(guī)模與工藝滿足生產(chǎn)現(xiàn)狀,處理后采出水懸浮物含量<190 mg/L,油含量<85 mg/L,輕烴回收率提高1.5%～2%,產(chǎn)品甲醇濃度92%以上,符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

4)引進(jìn)專業(yè)隊(duì)伍進(jìn)行污泥減量化處理,可以規(guī)?；瓿蓮S內(nèi)污泥清理,減排率高,同時(shí)降低污泥存放環(huán)節(jié)環(huán)境污染。另建議對(duì)早期污泥池結(jié)構(gòu)優(yōu)化改造或建設(shè)排泥儲(chǔ)罐等以便于污泥清理外排。