长庆油田采出水气浮除油工艺

李永清 杨小刚 赵晓龙 于世春 邱亮 张彬

（1.中国石油长庆油田油气工艺研究院；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室；3.中国石油长庆油田采油八厂）

长庆油田采出水气浮除油工艺

李永清1，2杨小刚3赵晓龙1，2于世春1，2邱亮1，2张彬1，2

（1.中国石油长庆油田油气工艺研究院；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室；3.中国石油长庆油田采油八厂）

通过分析长庆油田气浮处理工艺应用现状，分析了加压溶气气浮、布气气浮的转子碎气气浮和微孔布气气浮工艺特点：加压溶气气浮除油工艺处理效果较好；叶轮气浮布气提高了携带水中油的效率；微孔补气气浮要控制好喷嘴结构和气流速度；考虑探索一种新型气浮工艺，降低污油污泥含水率。

长庆油田；采出水；气浮除油

0 引 言

采用注水开采的油田，其中大部分注入水通过采油井随原油一起回到地面，这部分水在原油外运和外输前必须脱除。脱出的污水中含有原油，因此被称为油田采出水［1］。采出水的有效回注在油田的持续高产稳产、保护生态环境等诸多方面发挥着重要作用，采出水水质也直接影响着油田注水开发效果。长庆油区地处黄土高原，水资源短缺，同时年产采出水量超过2 500万t，面临着很大的安全环保压力。因此，如何有效处理并利用开发过程中产生的大量采出水，是长庆油田的一项长期的、重要的环保课题。近年来，长庆油田越来越多的采用了气浮除油工艺［2］。气浮法是将空气以微小气泡形式注入水中，使微小气泡与在水中悬浮的油粒黏附，因其密度小于水而上浮，形成浮渣层从水中分离［3］。长庆油田主要采取加压溶气气浮及布气气浮两种工艺。

1 加压溶气气浮

1.1 结构与工作原理

溶气式气浮装置主要包括溶气部分、药剂投加部分和气浮分离罐，见图1。采用溶气泵抽吸气体，溶解罐溶气，气浮分离罐由絮凝室、接触室和分离区组成。

工作原理［4］：在加压情况下，将空气或氮气溶解在废水中达饱和状态，然后突然减至常压，这时溶解在水中的气体就成了过饱和状态，以极微小的气泡释放出来，乳化油和悬浮颗粒就黏附于气泡周围而随其上浮，在水面上形成泡沫层，然后由自动刮渣机刮走，使油田采出水得到净化。

图1 加压溶气式气浮装置结构示意

1.2 现场应用情况

2007年以来，长庆油田在白二联、油一转等多座站点应用加压溶气式气浮工艺，通过加药处理，气浮机出口水质能达到含油、悬浮物小于20～50 mg／L，满足过滤前含油、悬浮物小于100 mg／L的要求，水质处理效果较好，在之后的站点中，得到进一步推广应用。

现场应用表明，加压溶气气浮具有如下优点：

◆在加压条件下气体溶解度大，产生的气泡微细、数量多、上浮速度慢、稳定；

◆适应进口水质范围大，水质波动对气浮效果影响较小，处理量大；

◆溶气和释气效率相对较高，现场应用效果更好；

◆装置占地小、结构紧凑，便于管理维护。

主要存在的问题如下：

◆装置顶部敞开，曝氧，加快了系统腐蚀，同时由于敞口，大量的气体释放并聚集，存在安全隐患；

◆对药剂的依赖性较强，为提高处理效率和效果，必须加足够的浮选剂等药剂，同时需要不断地将装置顶部的浮渣、浮油进行刮除，这样产生大量的污泥，其含水率也较高，加大了污泥处理难度。需要克服浮渣含水高、量大，投资运行成本高的缺点。

建议采取如下解决办法：

◆装置顶部增加排气措施，如采用喇叭状排气口、通风管路或盖板等，将释放的气体排放至安全区域；在成本允许的情况下，考虑采用N2作为溶气气源，减缓系统腐蚀；

◆建议对加压溶气气浮除油池型进行改进，由矩型改为矩形与半圆形结合的方式，同时对刮渣板进行改进，提高刮渣效率，降低油泥的含水率，减轻后续污泥处理负担。

2 布气气浮

布气气浮是利用机械剪切力，将混合于水中的空气粉碎成细小的气泡，以进行气浮的方法［5］。按粉碎气泡方法的不同，布气气浮又分为转子碎气法（也称涡凹气浮、叶轮气浮）和微孔布气法［6］（如扩散板曝气气浮、射流气浮）。长庆油田在部分站点使用叶轮气浮及射流气浮方法。

2.1 转子碎气气浮

转子碎气气浮是依靠高速转子的离心力所造成的负压将气体吸入，并与提升上来的采出水充分混合后，在水的剪切力作用下，气体破碎成微气泡而扩散于水中进行气浮［7］。

长庆油田在木一综合站及悦三综合站应用到转子碎气气浮，分别称之为叶轮气浮、涡凹气浮。以木一综合站为例来说明，其工艺流程：从沉降罐出来的含油采出水进入预处理区，经过叶轮气浮处理，去除了水中大部分的浮油和悬浮物，而后进入一级、二级油水分离区进行溶气式气浮处理。

两个站点现场应用表明：叶轮气浮布气面积较大，气流分散，携带水中油，但由于长庆油田采出水矿化度普遍较高，受腐蚀、结垢影响，叶轮的转动机械故障率也高。

2.2 微孔布气气浮

微孔布气气浮是使空气通过微孔材料或喷头中的小孔，被分割成小气泡而分布于水中进行气浮。在塞一联合站采用的喷头就是射流气浮喷头。利用射流泵喷嘴喷出高速水流时，在喷嘴出口处形成真空区，将气体一起卷吸走，气体随水进入喉管，空气被剪切成微小气泡，通过直接碰撞或静电吸附油珠后上浮实现油水分离。

塞一联合站现场应用表明：影响喷射气浮处理效率的关键因素在于产生气泡的半径和气泡数量，这又决定于喷嘴结构和气流速度［8］。由于长庆油田采出水腐蚀性很强，这种装置构造复杂，初期效果较好，但难以维持较长时间。

以上两类在长庆油田用到的布气气浮，其优点是设备简单，易于实现，关键是要将空气充分粉碎，形成气泡的粒径要小，这样气泡与被去除污染物质的接触时间更长，去除效率更高。

3 结束语

◆加压溶气气浮除油工艺，效果较好，可以适当加大应用规模；

◆叶轮气浮布气可以使气泡更加分散，提高了携带水中油的效率，但是同时也要克服叶轮转动出现的机械故障；

◆由于长庆油田采出水高矿化度，腐蚀结垢严重的特点，微孔补气气浮要控制好喷嘴结构和气流速度；

◆考虑探索一种新型气浮工艺，比如在加压溶气气浮基础上，增加布气气浮的效果，使溶气与释气效率更高，同时在刮渣除油方面进行适当改进，降低污油污泥含水率。

［1］ 刘建兴，袁国清.油田采出水处理技术现状及发展趋势［J］.工业用水与废水，2007，38（5）：20-23.

［2］ 中国石油天然气股份有限公司勘探与生产分公司.2008年油气田水系统技术交流会论文集［M］.北京：石油工业出版社，2012.

［3］ 李化民，苏显举.油田含油污水处理［M］.北京：石油工业出版社，1992.

［4］ 冯永训.油田采出水处理设计手册［M］.北京：中国石化出版社，2005.

［5］ 刘华印.石油地面工程技术进展［M］.北京：石油工业出版社，2006.

［6］ 吴芳云，陈进富.石油环境工程［M］.北京：石油工业出版社，2002.

［7］ 王光然.油气集输［M］.北京：石油工业出版社，2006.

［8］ 中国石油天然气股份有限公司勘探与生产分公司.油气集输及处理工艺技术座谈会文集［M］.北京：石油工业出版社，2003.

1005-3158（2014）05-0031-02

2014-02-21）

（编辑 李娟）

10.3969／j.issn.1005-3158.2014.05.010

李永清，2002年毕业于中国石油大学（华东）石油工程专业，现在中国石油长庆油田油气工艺研究院数字化技术研究室从事油田数字化技术研究及地面工艺研究工作。通信地址：陕西省西安市未央区明光路长庆油田油气工艺研究院，710021