南堡油田加气浮选器改造措施研究及应用

马兆峰，李　嘉，李　波，周万德，高　鹏

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津300452）

油气田水处理

南堡油田加气浮选器改造措施研究及应用

马兆峰，李嘉，李波，周万德，高鹏

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津300452）

作为污水处理系统的第二级处理设备，加气浮选器设备内外部结构存在不合理现象，处理能力远没有达到设计能力，无法适应上游流量和含油的大幅波动，也影响了下游设备的正常运行和注水水质的达标。南堡油田通过摸清设备问题所在，实施了一系列有效的改造，大幅提高了加气浮选器的除油能力，增强了流程抗波动能力，达到了预期的改造目的。

稠油油田；含油污水；加气浮选器；溶气水

南堡35-2油田CEP平台生产污水处理系统为三级处理系统〔1〕，主要处理设备是斜板除油器、加气浮选器和核桃壳过滤器，其中加气浮选器为污水处理系统第二道处理工艺，处理后的合格的生产污水最后到达净化水缓冲罐内，通过注水系统回注到地层〔2〕当中。南堡35-2油田建设较早，污水处理设备存在老化和需要优化调整的情况。随着南区热采规模的不断扩大化，热采返出物严重影响了CEP平台污水处理效果，导致药剂配伍性变差。加气浮选器处理效果不理想，污水含油脱除率仅为60%左右。为实现污水系统高效运行，增强对热采返排的应对能力，需要对加气浮选器做适应性改造。

1　加气浮选器存在的问题及原因分析

1.1加气浮选器工作原理和结构

气浮处理法就是向含油污水中通入气体，并以微小气泡形式从水中析出成为载体，使污水中的乳化油、微小悬浮颗粒等污染物质黏附在气泡上，随气泡一起上浮到液面表层，形成泡沫-气、水、颗粒（油）三相混合体，通过收集泡沫或浮渣达到分离杂质、污水脱油的目的。浮选法主要用来处理污水中靠自然沉降或上浮难以去除的乳化油或相对密度近于1的微小悬浮颗粒。加气浮选器〔3〕内部分为混合室、浮选区、收油槽和净水室，主要设备是微气泡发生装置，按产生气泡方式的不同，一般可分为电解气浮法、射流气浮法、溶气气浮法3种。

目前南堡35-2油田CEP平台加气浮选器为射流气浮器，采用以水带气射流器向污水中混入气体进行气浮处理的方法。射流器由喷嘴射出的高速水流使吸入室形成负压，并从吸气管吸入气体，水气混合体进入喉管段后进行能量交换，空气被粉碎成微小气泡，然后直入扩散段，动能转化为势能，进一步压缩气泡，增大了气体在水中的溶解度，最终进入气浮器进行气水分离。

1.2加气浮选器存在问题分析

现场运行参数表明，加气浮选器运行时，当因上游来液发生波动导致加气浮选器出水不合格时，出水对下游流程将造成较大影响，最终出水将达不到注水要求。通过对内部结构分析，判断加气浮选器处理效果不佳的原因主要有：（1）加气浮选器罐内没有有效的浮选分离区，浮选流态紊乱，造成浮选除油效果不佳。喷出的溶气水水流夹杂着大量大气泡，对分离水层造成不利影响，几乎将整个分离水层搅乱，浮渣层无法稳定形成。（2）加气浮选器收油结构不合理，浮油不能高效进入收油槽内，在水流波动状态下易发生返混，影响出水水质。由于收油槽设计采用类似锯齿形溢流结构，在收油时，块状的重油浮渣难以进入收油槽，收油时收油槽进水量较大，这与加气浮选器收油的目标正好相反。

2　系统优化的改造措施研究

2.1罐内结构改造方案

2.1.1增加4组横向收油槽

改造前的结构是混合分离区原设置有一纵向收油槽，收油槽上缘开梯形口，作为溢流口。改造后保持原有的纵向收油槽位置不变，新增4组横向收油槽，并以此将气浮罐混合分离区分割成4个区域。新增横向收油槽作为收油用，原有的纵向收油槽则作为汇油和排油用，如图1所示。

图1　新增横向收油槽示意

改造后达到如下效果：（1）横向收油槽在收油过程中没有死角，不会因局部区域无法排油造成油层的堆积。（2）4组横向收油槽相互独立，互不影响；同时借此分割出的4个区域也相互独立，不会因局部油层液面的不稳定现象造成整个油层液面的波动。（3）横向收油槽可以依靠水流的推流作用将油层“推”至收油槽内，在较低的运行液位下，随着油层的不断增厚“推流”至收油槽，可以有效地降低溢流到油槽内油相物质的含水率。

2.1.2改变上下挡板位置

改造前的结构是下挡板位于上档板的左侧，水流呈下降流态；溶气水释放器位于上挡板右侧的空旷区域。改造后下挡板位于上挡板的右侧，水流呈上升流态；在上下挡板的中间区域设置溶气水释放器，如图2所示。

图2　挡板改造示意

改造后达到如下效果：（1）错位布置的上下挡板在水流经过时，促使水流呈上升流态；设置在上下挡板中间区域的溶气水释放器所释放出的溶气水向上喷射；两股水流方向相同，可以避免因相互“对流”造成的流态混乱现象。（2）溶气水释放器设置在上下挡板之间的较小空间内，短时间内就可以实现溶气水与生产水的充分混合。能够保证溶气水与含油污水在较短时间内充分、均匀混合，从而提高微气泡与油滴的黏附效率。（3）浮选区和分离区有效分离，两个区域互不影响，充分实现气水分离。

2.1.3安装新型溶气水释放器

溶气水释放器改造前后对比如图3所示。

图3　溶气水释放器改造前后示意

改造前的溶气水释放器，属于射流器结构，易堵塞，分配不均。改造后安装的新型溶气水释放器是在释放管上布置若干个释放孔，通过“大阻力布水”方式进行释放，其释放出的溶气水呈“线状”分布。相对于原有点式释放的释放器，新型溶气水释放器的释放面较广，与含油来水接触更充分；新型溶气水释放器顶部设置有缓冲板，可以有效地减弱带压溶气水在释放后对水流的搅动现象。

2.1.4清水区增设收油槽

改造前的结构是清水区没有收油槽无法起到收油作用。改造后在清水区设置了收油槽，通过降低运行液位、间歇式收油。设备改造测试期间发现，在出水效果较好的情况下，清水区经过一段时间的运行，仍会有少量油污漂浮于液面。这是由于浮油层在长时间累积的情况下会因水流作用，产生“返混”现象，使油污重新进入到水体当中，从而影响出水水质。为此，在清水区设置收油槽，通过降低液位、定时排油的方式将积累在清水区液面的浮油层排出，减少“返混”几率的发生，保证出水水质。

2.1.5混合分离区加装斜板填料

改造前加气浮选器内无类似组件，改造后在混合分离区第4级加装斜板填料。改造后的含油污水在经过前三级的“浮选分离”后，已将粒径相对较大的油滴去除。进入到第4级的含油污水油滴粒径相对较小，去除难度较大。通过溶气水产生微气泡的黏附作用与斜板填料的聚结作用，可以有效地将细小油滴聚结、黏附成较大油滴，从而提高浮选分离效率。

2.2罐外微气泡溶气水生成装置改造方案确定

方案还研究确定将加气浮选器原有喷射气泡生成装置改为微气泡发生装置。微气泡发生器〔4〕产生的溶气水气泡均为微气泡，粒径均匀，大部分粒径在5～10μm，浮选效果稳定，微气泡溶气水能有效提高气浮罐的除油率，对改善整个水处理系统的处理效果起到关键作用。

溶气水生成系统主要由多相流泵及微气泡发生器组成。多相流泵的主要作用是在水相介质中引入大量气体，在不发生严重气蚀的情况下经过多级叶轮的反复切割形成含有大量气泡的气水混合液，同时使一部分气体溶解在水介质中，最后以一定的流速进入微气泡发生器中。而微气泡发生器的作用则是对多相流泵产生的气水混合液进行气泡细化，通过旋转切割分离作用将混合液中直径较大的气泡筛分出去，并形成含有大量细密气泡的溶气水，最终注入到加气浮选器中〔5〕。

改造后达到的效果：（1）微气泡发生器具有气泡筛分、切割细化功能，可以使装置产生的溶气水所含有的气泡密集、气泡粒径更为细小、均匀。（2）该装置回流水用量为系统处理水量的10%，用气量为回流水量的1%，与常规工艺相比，气、液用量少，从而减少了设备体积及系统能耗。（3）该装置无精密、可动机械结构，采用流量、压力自动控制，系统稳定性高，维护成本低。

3　效果分析和结论

按照上述方案，对加气浮选器进行了改造，并对处理量、进出口含油等数据进行了连续跟踪，除平台每天化验跟踪外，还邀请第三方开展了三批次取样观察，除油效果如表1所示。

表1　改造后除油效果

跟踪效果显示在处理量及进口含油浓度波动较大的情况下，出口含油浓度较低且比较稳定，能够保持在20mg/L左右，整体除油率能够达到90%左右。改造后的加气浮选器对进口流量、含油量的波动处理适应性较好，可以很好地适应热采期间的流程波动。通过这一系列优化改造达到了提高加气浮选器除油效果的目的，大大降低了出口含油量，对提高注水水质〔6〕有着很显著的作用，达到了加气浮选器改造预期目标。

［1］刘晖，刘义刚，马兆峰.明珠号生产污水处理流程优化与效果分析［J］.工业水处理，2012，32（5）：81-83.

［2］田艺，郑华安，梁玉凯，等.涠洲油田群生产污水作为注入水可行性研究［J］.石油天然气学报，2013，35（12）：158-162.

［3］方健，刘振国，董洋，等.旋流加气浮选器处理渤海S油田含聚污水［J］.油气田地面工程，2012，31（4）：36-37.

［4］时玉龙，王三反，武广，等.加压溶气气浮微气泡产生机理及工程应用研究［J］.工业水处理，2012，32（2）：20-23.

［5］刘道江.油田污水处理沉降工艺技术分析［J］.油气田地面工程，2009，28（1）：60-62.

［6］尹先清，陆晓华.含油污水处理技术研究［J］.工业水处理，2000，20（3）：29-31.

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Study andmodification of the gas floatation unit in Nanbao Oilfield

Ma Zhaofeng，Li Jia，LiBo，ZhouWande，Gao Peng
（CNOOCLtd.-Tianjin，Tianjin 300452，China）

As the secondary unit in thewastewater treatmentsystem，itwas far frommeeting the requirements for the designed capability，since there had been some inside and outside unreasonable structures in it，being unable to adapt to the upstream flow rate and the substantial fluctuation of oil contents.It also has impacts on the normal operation of the downstream unit，and the injectionwaterquality.Through figuring outwhere the problemsare in the unit by Nanbao Oilfield，and implementing a series of effectivemodification，the oil removing capability of the gas floatation unit is greatly increased and the fluctuation-resistance capacity of the process enhanced，reaching the predictedmodifying purpose.

thick oiloilfields；oil-containingwastewater；gas floatation unit（GFU）；gasabsorbed water

TE357.6+1

A

1005-829X（2016）03-0087-03

马兆峰（1977—），工程师。电话：13821295162，E-mail：mazhf@cnooc.com.cn。

2016-01-28（修改稿）