撬装一体化油田污水处理装置技术

2021-01-05胡小刚赵年峰卢永强

设备管理与维修 2020年19期

高洁，张杰，邱涛，胡小刚，赵年峰，卢永强

（1.中国石油渤海石油装备制造有限公司，河北任丘 062550；2.中国石油华北油田公司，河北任丘 062550）

0 引言

华北油田近几年开发的油气田场站产能规模小、油藏断块多、区块分散、开发外部环境差、安全环保压力大。油田采出液含水比例越来越高，采出水也越来越多，能够就地处理就地达标回注是油田开发的主要需求。常规处理工艺及设备存在处理时间长、占地面积大、技术工艺流程复杂、运行能耗高等问题。为保障油田可持续发展，降低油田开采成本，需要采用新的设计理念，研制撬装式一体化污水处理装置，实现污水快速处理达标回注，简化流程，快速建站。

1 工艺技术研究

1.1 工艺流程（图1）

采出水处理装置进水取自除油罐出水口，除油罐出水经泵提升增压后进入两级串并联组合式旋流气浮单元。通过离心分离、气浮分离、聚结等作用，对含油、含悬浮物污水进行高效分离，去除污水中90%的油和悬浮物。

图1 工艺流程

1.2 工艺技术

本技术采用物理法进行污水处理，将气浮、混凝、除油、降浊、过滤等功能融为一体，实现了一体代多级和一器多能，简化了污水处理流程，降低了工程投资和运行费用。工艺原理见图2。

（1）组合式旋流气浮技术。含油污水在入口管与携带大量微气泡的部分回流溶气水混合后，切向进入到旋流溶气气浮罐体内。在旋流离心力作用下，微气泡迅速与油滴（或悬浮物）碰撞、粘附。同时微气泡和油滴在离心力的作用下，逐步向中间聚集形成浮渣，上浮至油水界面，气泡破裂，气体析出，分离油集聚和聚结成油层一起从油气出口排出。浮选之后的污水向下经污水出口排出。

图2 工艺原理

（2）嵌入式旋流双介质过滤。嵌入式旋流双介质过滤器有机结合气浮、旋流分离、深床过滤、多相流反洗等多种先进技术，具有高效的分离技术、独特的布水方式、新型的反洗理念，将分离、过滤、反洗技术推向一个新的高度。过滤器引入多相流反洗技术，对滤层进行松动、流化、磨擦，将搅拌和冲洗过程有机结合起来，减少反洗时间，节省反洗用水量，提高反洗效率。既保证反洗中滤料之间有较强擦洗作用，还能及时带出擦洗下来的污油及污泥，防止了反洗中的二次污染。反洗不留死角，滤料不易板结，清洗彻底。

（3）超精细纤维束过滤。采用改性纤维束作为过滤介质。过滤时通过滤层孔隙调节，来水通过滤料的拦截、吸附、架桥作用，滤除水中的悬浮物及污油。不同的孔隙度会实现不同的出水质量。反冲洗时，滤层孔隙不断变化，同时从底部进水进气进行反冲洗，实现滤料再生。孔隙度的调节可实现采出水过滤精度范围调节，能够更好适应现场采出水水质变化等极限工况的需求。

2 结构设计

渤海石油装备制造有限公司石油机械厂针对华北油田现状，研制了撬装式一体化污水处理装置，主要由组合式旋流气浮系统、嵌入式旋流双介质过滤系统和超精细纤维束过滤系统等组成。设备为整体撬装结构，主体设备及全部附件均集成于撬座上（图3），所有的操作及维护工作均可在撬内完成。设备集除油、除悬浮物、除粒径中值等功能于一体，具有高效、节能、一体化、不加药、密闭带压、整体撬装、占地紧凑、功能完善等优点。

3 技术参数

图3 主体结构

（1）设计进水指标。介质名称：油田采出水；处理水量：250 m3/d，介质温度：20～60 ℃；进水含油量：≤300 mg/L；进水悬浮物含量：≤300 mg/L。

（2）设计出水指标。含油量：≤6.0 mg/L；悬浮固体含量：≤2.0 mg/L；悬浮物颗粒直径中值：≤1.5 μm。

4 创新点

（1）密闭带压旋流气浮技术。突破传统的采出水处理方式，创造性地将旋流分离技术和气浮分离技术有机地组合于一体，实现密闭带压快速固液分离。

（2）不加药气浮技术。通过溶气泵产生的超微气泡（5～30 μm），能够快速高效扑捉细微乳化油，并在分子间作用力下，乳化界面膜在微气泡表面破裂并富集，乳化油破乳并在气泡表面逐步形成油膜，再进一步聚集形成大油滴后分离，实现破乳、聚结和分离。由于气浮气泡小，故能够捕捉到0.2 μm 以上乳化油滴，实现乳化油物理破乳。

（3）旋流离心分离技术。通过弱旋流和弱离心力作用，强化微气泡和油滴（或悬浮物）快速碰撞、粘附，提高油滴（或悬浮物）去除效率，通过旋流离心作用加快油滴集聚和聚结，提高分离速度。

（4）气浮技术。改变了传统气浮工艺依靠油水密度差进行重力沉降分离时存在速度慢、时间长的问题，采用油、气、水三相密度差进行分离，大幅提高沉降速度，缩短分离时间。

5 应用

2020 年7 月，该产品在华北油田西-47 站进行现场应用试验，来液240 m3/d，进水含油量及悬浮物含量≤300 mg/L，短时波动≤1000 mg/L。经过1 个月取样检测，出水指标均低于含油量6 mg/L、悬浮固体含量2 mg/L、悬浮物颗粒直径中值1.5 μm，满足油田污水回注二类水设计指标。与后端陶瓷膜处理系统配合处理后，可以达到油田污水回注一类水指标。