喇嘛甸油田气浮沉降工艺试验

2014-03-23蒋擎明星张淇铭万振中大庆油田采油六厂大庆油田采油二厂

油气田地面工程 2014年4期

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喇嘛甸油田气浮沉降工艺试验

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2010年，喇嘛甸油田首次在喇三污水站开展了沉降罐加斜管溶气气浮工艺的试验研究，将站内的二次沉降罐改造为斜管溶气气浮沉降罐，以提高污水处理效果。通过试验证明，当喇三污水站气浮沉降罐的回流比在10%～25%之间，空压机压力在0.4～0.6MPa之间时，污水处理效果较好。当一次沉降罐应用气浮分离工艺时，宜采用中心筒底部切向进水方式；二次沉降罐应用气浮工艺时，宜采用中心筒顶部迷宫式进水方式。气浮工艺应用于一次沉降罐时，收油系统宜采用刮油设备进行机械收油的方式；而应用于二次沉降罐时，收油系统宜采用小排量连续收油方式。

气浮装置；含聚污水；沉降罐；优化设计；参数

目前，喇嘛甸油田已形成水驱、聚合物驱、三元复合驱等多种开发方式并存的格局，由于高浓度聚驱的大规模推广，采出污水含聚浓度不断升高。与水驱污水相比，聚驱污水的黏度增高，油珠和悬浮固体颗粒变得细小，导致含聚污水中油、水、悬浮固体之间分离难度加大，从而增加了污水的处理难度。

1 气浮工艺现场试验

面对油田污水含聚浓度不断上升，针对过去水驱污水设计的站库适应性越来越差的问题，通过在原有设备基础上进行技术改进的方法，提高设备的适应能力[1]。2010年，喇嘛甸油田首次在喇三污水站开展了沉降罐加斜管溶气气浮工艺的试验研究，将站内的二次沉降罐改造为斜管溶气气浮沉降罐，以提高污水处理效果。

喇三污水站气浮装置由沉降罐、压力溶气水罐、空压机和溶气水泵等设备组成。工艺流程如下：一次沉降后的污水经高效加药反应器充分反应，从中心筒底部经过导流区进入气浮沉降罐内斜管沉淀室，在斜管上的油泥依靠水流的推力及自重沉入底部泥斗中；尚不能沉淀去除的絮油珠继续随水流向上，在接触室遇到释放器释出的20～40μm微气泡后，形成带气絮粒上浮至分离室液面，浮渣溢流至环形集油槽中通过排渣管排出；分离室内底部集水管将处理达标后的水经出水管排出，进入下一级处理工艺进行处理。

气浮沉降罐出水的一部分通过溶气水泵进行循环回流，回流水与空压机吸入的空气进入压力溶气水罐后，混合加压形成溶气水，再通过沉降罐内的释放头，均匀地释放出气泡。

2 试验效果分析

2.1 气浮装置参数优化

2.1.1 回流比的优化

回流比是指用于溶气的水量（即回流水量）与处理量之间的比值，回流的溶气水越多，处理效果越好，但重复处理的水量也越多，能耗也越大[2]。因此，开展了对不同回流比的跟踪试验。

从试验结果可以看出，回流比＜10%时，气浮对污油和悬浮物的去除率很低，原因是当回流比＜10%时，气浮溶气释放水减少，释放的气体增加，这样在释放水和释放气体混合时，无法形成微米级气泡，影响了污油的去除效果；回流比＞15%时，去除率较高并趋于平稳。经过试验分析，将喇三气浮沉降罐的回流比控制在10%～25%，这样既不会影响沉降罐效率，又能够保证处理效果。

2.1.2 空压机压力的优化

溶气罐内的压力是由空压机气压和水泵共同决定的，它是影响溶气量的重要因素。一般情况下，压力高，则溶气多。在正常运转时，首先要保证足够的水压，但水压和气压又要基本相当，因此开展了空压机压力的参数优化试验。

从试验结果可以看出：空压机压力＜0.4MPa时，气浮对污油和悬浮物的去除率很低；空压机压力在0.4～0.6MPa时，气浮对污油和悬浮物的去除率较高；空压机压力＞0.6MPa时，气浮对污油和悬浮物的去除率降低。这时因为当空压机压力＜0.4MPa时，溶气释放器无法开启或少量开启，影响了气浮的去除效果；空压机压力＞0.6MPa时，溶气释放器释放的微气泡会被高压力水流冲散，无法形成有效的微气泡，去除率降低。因此空压机压力在0.4～0.6MPa之间具有较好的处理效果。

通过试验，确定了回流比在10%～25%之间，空压机压力在0.4～0.6MPa之间时，为喇三气浮沉降罐的最佳运行参数[3]。

2.2 气浮工艺现场试验效果

对气浮装置参数优化后，系统运行平稳。为了进一步验证气浮工艺的处理效果，开展了气浮装置运行和停运的对比试验。

从气浮装置停运和运行期间除油率对比情况可以看出，气浮运行期间除油率为62.77%，气浮停运期间除油率仅为19.22%。

从气浮装置停运和运行期间悬浮物去除率对比情况可以看出，气浮运行期间悬浮物去除率为61.5%，气浮停运期间悬浮物去除率仅为17.43%。

通过气浮设备运行及停运期间的水质情况对比可以看出，气浮装置在运行时比停运时除油率平均高43.55%，除悬浮物率平均高44.07%。

3 气浮技术的推广应用及优化设计

通过试验数据可以看出，气浮工艺对含聚污水的处理效果显著，因此，2012年在喇Ⅱ—1污水站改造中应用气浮工艺。针对气浮工艺对污油去除的良好效果，将气浮工艺设计应用于一次沉降罐，以提高一次沉降的运行效率。并且，在喇三气浮沉降罐的基础上，对喇Ⅱ—1污水沉降罐进行了优化设计，使其更适应在一次沉降罐上使用。

3.1 释放系统的优化

溶气释放器是气浮系统的关键装置，合理地布置释放器，可使溶气水的作用范围遍及全区，减少死角，提高气泡的利用率，从而提高除油效果。喇三污水站气浮工艺的溶气释放器密集地分布在中心筒外围，辐射范围小，易产生污水溶气气泡结合盲区，当处理量增加、沉降时间减少时，就会影响气浮处理效果。通过表1可以看出，随着处理量的增加，污油和悬浮物的去除率保持在60%左右，但当处理量增加一定值时，去除率降低。

表1 不同处理量时气浮装置对污油及悬浮物的去除率

因此在喇Ⅱ—1气浮沉降罐的设计中，考虑将溶气释放器安装于沉降罐中心筒内部，使含油污水经过导流区在中心筒内部接触室就可与释放的微米级气泡充分结合，形成带气絮粒后进入分离室，延长了处理污水与溶气水接触时间，减少了气泡结合盲区，从而提高气浮工艺的处理效果。另外，针对一沉回流水含杂质较多，易造成堵塞释放器的问题，在设计过程中应用了可伸缩的膜片结构防堵释放器，保证溶气释放系统高效、平稳运行。

3.2 进水方式的设计

喇三污水站气浮沉降罐的进水方式为中心筒顶部进水，经过多个隔板形成的导流区后，从中心筒底部的配水孔进入沉降罐内部，这种迷宫式进水方式增加了污水内杂质相互碰撞的几率，有利于悬浮物之间的聚并。而在喇Ⅱ—1气浮沉降罐的设计中，为了提高气浮的除油能力，将沉降罐进水方式设计为中心筒底部切向进水，令污水处于层流状态，使细小油珠与气泡充分结合，提高除油效率。

3.3 设备结构的设计

喇三污水站的气浮工艺应用于二次沉降罐，由于经过了一沉的收油，二沉主要去除更加细小的乳化油及悬浮物，因此气浮罐内设计斜管沉淀室，使油泥及悬浮固体颗粒在斜管上依靠水流的推力及自身重力沉淀下去。而在喇Ⅱ—1污水沉降罐改造中，将气浮工艺应用于一次沉降罐，在设计过程中，考虑到一次沉降罐进水水质相对较差，斜管填料区易被污油阻塞甚至堵死，喇Ⅱ—1气浮沉降罐不设计斜管沉淀室，从而确保设备平稳运行。

3.4 收油系统的优化

对于气浮沉降工艺，若不能实现高效收油，将大大影响沉降效果。喇三污水站气浮罐采用顶部环形集油槽液面溢流收油的方式进行收油，在液面很难调节的情况下，液面达不到溢流高度，收油效率低。特别是在冬季温度下降时，油液面发拧，流动性变差，收油效果不理想。因此，在喇Ⅱ—1污水站沉降罐改造中采用大型钢制沉降罐刮油设备，利用液压传动方式，根据液面高度自动收油。通过对集油槽布置方式的合理设计，实现用气浮系统进行机械收油，从而提高气浮沉降罐的收油效率。