海洋平台含油含水污泥无害化处理设计方案研究

陈 希，芦红威

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300451）

在油田的生产中，出砂问题广泛存在且不可避免，目前海洋平台钻采工艺主要采用适度出砂的理念，产液及产水中均带有大量泥沙。目前常用工艺是通过旋流除砂器，对产液及产水进行固液分离。同时，因为分离后的污泥砂中含油，无法直接排海，因此，需要采用特殊工艺，将分离出的湿泥沙进一步处理后，通过船运方式运回陆地，进行进一步的无害化处理。

传统海洋平台由于产砂量较小，通常采用人工除砂和人工倒运方式，但是对于热采稠油油田开发，这种方式并不适用。由于原油黏度较高，为保证采收率，出砂量会放大至0.08%～0.1%。因此，需要专门设计一套进行除砂装置对系统中的污泥沙进行无害化处理。

本文结合海上平台特点选用逆流卧式螺旋卸料沉降离心机，简称卧螺机，进行除砂系统设计，可以对污泥砂中油水进一步进行分离，同时大幅减轻污泥沙重量，为后续污泥装船运输创造条件。如图1所示。

1 系统方案设计

1.1 主要流程设计

各类分离器底部泥沙通过分离器罐体内部的冲砂管线排入湿砂罐。湿砂罐内固体颗粒含量为10%～30%。为了防止泥砂沉积，罐内配置搅拌器，并通入密封气，进行罐内的密封保护和压力维持。

通过位置高差及罐体内压力，将湿砂罐内的含泥砂污水推至输送泵入口，由输送泵将含泥砂污水打入卧螺机，通过卧螺机进行固液分离。分离后的液体重新由开排系统进入生产流程；分离后的固体通过输送带直接传送至环保罐，待收集到一定程度后，整体外运回陆地进行无害化处理。

1.2 控制要求设计

整个系统利用湿砂罐液位高度进行控制，当集砂罐液位高于设定值时，启动湿砂罐搅拌器、输送泵和卧螺机，进行固液分离作业。

卧螺机设置主、辅两台机组，避免单台机组工作能力不足的情况。

卧螺机出现故障报警时，能够自动进行主、辅机切换，并调整输送泵流量。

1.3 主要参数

主要参数见表1。

表1 主要参数

2 卧式螺旋卸料沉降离心机的特性

2.1 主要工作原理

主机由柱-锥转鼓、螺旋卸料器、差速器、轴承座、机座、罩壳、主副电机及电器系统构成。其工作原理是：通过回转体-转鼓和卸料螺旋的高速旋转使其内的污水随之高速旋转形成液环并产生较高的离心力，加速固液的沉降分离。其中较重的污泥颗粒沉降在液环层的外圈，即沿转鼓的内壁形成泥环层，通过卸料螺旋与转鼓的差速由卸料螺旋将泥推出转鼓。清液环通过堰池口溢流出转鼓。如图2，图3所示。

图2 卧螺机剖视图

图3 卧螺机外形图

2.2 选型计算

离心机选型的主要依据有以下两方面。

水力负荷：指单位时间内离心机处理的进料量。

固体负荷：指单位时间内离心机处理的绝干物料量。

当进料浓度较高时（超过1.5%），主要考虑的因素为固体负荷；当进料浓度较低时（小于1.5%），主要考虑的因素为水力负荷。

另外对于离心机本身来讲其处理能力也主要与三个因素有关：直径、长径比、转速。其中前两个因素决定了机器的大小，也决定了离心机的分离面积和容积。而对于同样的直径不同的转速也决定了分离因数的大小。

其中：

∑为当量沉降面积，又称为离心机的生产能力指数（m2）；ξ为修正系数；VO为每单位∑的处理能力系数；柱锥形转鼓的∑值可由柱形转鼓和锥形转鼓的∑值相加而得：

式中：

Fr为分离因数Fr=ω2×r2/g=2 442；D为转鼓直径λ=h/r2；L1为离心机柱段长度；L为悬浮液有效长度。

①轴向速度分布的修正ξ1=0.75；

②终端效应（进出口的影响）ξ2=0.5；

③螺旋叶片占据液池容积约6%，引入修正系数ξ3=0.94；

④螺旋搅动所产生的影响，ξ4=0.6。

因而总的修正系数为：

3 主要性能特点

控制系统选用双电机双变频驱动技术，节能，动态响应快，启动平缓，运转过程中无级可调，如图4所示。

图4 控制逻辑图

3.1 分离效果良好，能够连续作业

卧螺机在离心力的作用下，使固液两相连续分离，采用高转速、小差速系统；大长径比增加了沉淀区，提高了分离效果；高转速具有很大离心力场，小差速减少螺旋对污泥搅动，增加脱水停留时间，从而提高污泥脱水与澄清的分离效果。

3.2 控制稳定，出料质量高

差速反映了离心机螺旋推料速度快慢，大差速渣相在转鼓内停留时间短，脱水不充分，渣相含水率高，但能提高处理量；差速小，渣相含水率低，处理量小；采用恒差速控制能使螺旋推料速率始终保持稳定。

3.3 设备运行稳定，维护性好

螺旋推料扭矩反映了离心机的负载情况，扭矩过大容易引起离心机的堵机，严重时损坏差速器，扭矩过小容易造成分离效果不理想；采用恒扭矩控制能够使螺旋推料力矩始终保持稳定，使转鼓内沉泥不易产生物料堆积现象，避免了堵料的发生。

4 实际运用

热采平台的除砂系统是平台正常生产运行的关键系统，本方案兼顾实际运行需求、空间需求和成本控制，为海上热采平台的除泥砂方案提供可推广的借鉴范例，同时也是海上污泥处理的新思路。

5 结束语

1）本方案能够进一步对含水污泥砂进行脱水处理，降低其含水率，一方面降低外运污泥的重量、体积，从而降低运行成本，另一方面可以有效避免外运过程中的泄漏风险，降低环保压力。

2）分离后的液体进入平台处理流程，进一步提高平台产出率。

3）该方案已经在渤海某热采平台设计方案上得到使用。