海洋石油平台海水注水系统国内外工艺比较

武志坤，张苏飞，周 建，陈文峰，穆家华

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

1 前言

海洋石油作为未来最具有潜力的石油资源，不仅对我国能源安全具有重要的战略意义，同时还具有维护国家海洋权益的作用。随着海洋石油开发的逐渐深入，海上油田注水开发成为了保证原油产量的基本手段［1］。油田采出水作为常用的注水水源存在着水量随着年份变化大、生产水量与注水量难以平衡、生产水含有油类且水温较高等问题，对后续处理工艺的选择有一定的限制。

近年来，随着膜技术在海洋石油平台上的广泛应用［2］，海水作为注水水源在油田开发领域的应用日益广泛。文章通过对比我国南海海域陆丰项目的海水注水流程与国外巴西项目的海水注水流程，总结了海水作为注水水源的一般处理流程，为今后的海水注水系统设计提供一些借鉴。

2 海水水质与注水指标

海水水质与注水指标分别见表1 和表2。

表2 注水水质Tab.2 Quality of water-injection

表1 海水水质Tab.1 Quality of seawater

续表1 (Continue)

从表1 和表2 可以看出，就海水水质而言，巴西项目海水的悬浮物、硫酸盐、溶解氧含量较陆丰项目低，水质较好;对于注水水质而言，陆丰项目对注水水质的要求较高。由于这种差别，造成了处理流程上的一些差异，主要体现在海水的预处理流程。

3 海水注水处理流程

海水中含有溶解氧和硫酸盐，如果直接注入到地层，海水中的硫酸根会与地层中的钡、锶、钙离子发生反应生成沉淀，堵塞地层，造成注水困难，增加洗井频率;海水中氧含量高会造成设备及管线的腐蚀，缩短设备和管线的使用寿命［3］。基于以上原因海水作为注水水源必须经过去除硫酸盐和溶解氧才能注入地层。根据现有的过滤技术，海水处理流程一般通过纳滤膜过滤的方式去除硫酸盐，然后通过负压闪蒸的方法对海水进行脱氧处理，最终使海水符合项目注水水质的要求。下面分别介绍国外巴西项目和国内陆丰项目的海水注水处理流程。

(1)巴西海水注水工艺流程。

海水首先通过海水提升泵送到海水粗滤器进行粗过滤，经过海水粗滤器过滤后，海水进入硫酸盐去除精细滤器进行过滤，经过精细过滤后的海水通过增压泵直接进入到纳滤膜组件进行Ca2+、Mg2+、SO2-4 等二价离子的去除，经过纳滤膜过滤后的海水进入到脱氧塔进行脱氧处理，使海水中溶解氧的含量小于5 mg/kg。由于巴西项目对海水中含氧量的要求为1 mg/kg，所以经过脱氧塔处理后，在注入地层前需要加入脱氧剂进行化学脱氧，最终使海水中的含氧量达到1 mg/kg，然后通过注水泵把海水注入到地层。具体流程见图1。

图1 巴西项目海水注水流程Fig.1 Seawater injection process of Brazil Project

(2)陆丰海水注水工艺流程。

海水首先通过海水提升泵送到海水粗滤器进行粗过滤，经过海水粗滤器过滤后，海水进入到多层柱滤器进行细过滤，经过细过滤后的海水进入到超滤装置进行过滤去除杂质，使海水水质达到纳滤膜进水指标的要求。经过超滤过滤使水的浊度小于0.1，经过超滤过滤的海水进入到超滤水罐，超滤水罐不但作为超滤水的接收装置，同时也为下游纳滤增压泵做缓冲罐，纳滤增压泵将超滤水加压打入到纳滤装置进行过滤，通过纳滤装置去除海水中绝大部分Ca2+、Mg2+、SO2-4 等二价离子，经过纳滤膜过滤后的海水进入到纳滤水罐，经过去除二价盐的海水由纳滤水泵打入到脱氧塔进行脱氧处理，经过脱氧塔脱氧后，海水中溶解氧的含量小于5 mg/kg，合格的海水最终通过注水注水泵注入到地层。具体流程见图2。

图2 陆丰项目海水注水流程Fig.2 Seawater injection process of Lufeng Project

(3)两种流程比较。

由图1 和图2 可以看出，陆丰项目和巴西项目共同点是都使用了纳滤膜脱除二价离子，脱氧塔脱除溶解氧，不同点在海水的预处理流程。这可能是由于巴西项目和陆丰项目海水水质和注水指标要求的差异造成的。另外考虑到各纳滤膜厂家对纳滤膜进水水质的要求的差异，两个项目采用的预处理流程不同。陆丰项目的预处理流程采用海水粗滤器、海水多层柱滤器及超滤;巴西项目的预处理流程则采用海水粗滤器加海水精细滤器，从流程比较可以看出巴西项目预处理没有设置超滤，由于巴西项目没有设置超滤过滤，所以巴西项目的预处理流程简洁，不需要设置缓冲罐和超滤膜的清洗装置，可以节省平台空间占用和项目投资，陆丰项目由于预处理流程中设置了超滤装置，流程相对来说比较复杂，不利于降低平台空间的占用和项目投资。另外，复杂的流程造成的设备维护费用相应增加。通过对比这两个项目的处理流程，可以看出陆丰项目的海水注水流程具有优化的空间。

4 温度、压力对纳滤的影响

(1)压力对纳滤操作的影响。

由纳滤的工作原理可知，当采用高于渗透压的操作压力作用于溶剂加溶质侧时，那么该侧的溶剂会透过膜进入到另一侧，因此操作压力对纳滤过程的影响至关重要［4］。纳滤过滤也是通过改变操作压力进行流程调节的。通常情况下，随着操作压力的增加，膜的产水通量呈线性关系增加，直至膜的产水通量达到上限值。如压力继续增加，盐分与水分子耦合在一起透过纳滤膜，从而脱盐率不再随着压力增加，因此产水通量达到上限的压力就是最大的操作压力。由于膜的污染情况随着操作压力的增加而加重，为了减少膜装置的清洗次数，所以膜的最佳操作压力一般维持在2.0 MPaG ～3.0 MPaG。

(2)温度对纳滤操作的影响。

对于纳滤膜来说，水和部分盐分是通过扩散作用透过膜的，根据扩散的基本原理可知，温度对扩散作用有直接影响［4］。一般情况下，随着温度的升高，膜的产水通量呈线性增加，这主要是因为温度提高导致水的粘度下降，水分子的扩散能力增强。虽然操作温度越高对膜过滤越有利，但由于膜材料对操作温度的限制，纳滤膜的最佳操作温度一般为25 ℃～35 ℃。

5 结论

文章比较了国外巴西项目和国内陆丰项目海水注水的工艺处理流程，通过比较可以看出纳滤装置后面的处理流程基本相似，都是采用纳滤装置对Ca2+、Mg2+、SO2-4 等二价离子进行脱除，脱除硫酸盐的海水进入脱氧塔进行脱氧处理。不同点在于海水的预处理流程，陆丰项目多了一级超滤作为纳滤装置的预处理流程。文章还描述了操作压力和操作温度对纳滤操作的影响，给出了最佳操作压力与操作温度。文章对于海水作为注水水源的海上油田开发有一定的借鉴意义。