油田生产水处理系统气浮选器的优化改造

程东旭，代齐加

(中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津300459)

1 生产水处理系统流程及存在问题

某油田设置有一套生产水处理系统，主要设备包括斜板除油器、气浮选器、生产水冷却器、核桃壳过滤器、双介质过滤器、注水缓冲罐等，用于接收上游油田的生产水进行处理，处理合格后全部回注地层，如图1 所示。

图1 某油田生产水处理系统示意图Fig.1 Schematic diagram of production water treatment system in an oilfield

气浮选器采用回流加压式溶气气浮工艺，是实现去除生产水中悬浮物的关键设备[1]。其基本原理是利用微气泡与悬浮物结合，形成表观密度小于水的气载絮体，使其在浮力作用下上浮到液相表面进行聚集后，通过顶部收油将其排至污油罐，从而实现水体净化[2]。该设备具有处理效率高、出水效果好、对水质适应性广等优点[3]。

在生产水来液稳定、浮选剂加注浓度及性能符合要求、气浮选器实际处理水量低于设计处理量的情况下，气浮选器水相出口悬浮物含量存在超标现象，导致生产水处理不合格污染地层，注水井欠注，地层压力下降，油井采收率降低。

通过对气浮选器进行深入的排查和研究，分析其悬浮物含量超标的原因如下：

①由于气浮选器的微气泡发生器效果不佳，产生的微气泡数量少且直径大，导致微气泡携带悬浮物的上浮能力较差；②气浮选器下游的核桃壳供给泵出口未设置自动流量调节阀，导致气浮选器液位波动较大，顶部收油效果不理想。具体见表1。

表1 气浮选器进出口悬浮物含量数据对比Tab.1 Comparison of suspended solids content at inlet and outlet of air flotation separator

2 技术改造措施

2.1 微气泡发生器注气流程优化改造

微气泡发生器是气浮选器的核心处理部件，将来自燃气洗涤器(操作压力510 kPa)的气源经气体滤清器过滤，在气体注入器中与经气浮循环泵增压的生产水(操作压力650 kPa)混合进入微气泡发生器，由于微气泡发生器的气源压力低于气浮循环泵压力，导致气体无法注入，微气泡发生器产生的气泡大小不均匀且数量较少，导致气浮选器的浮选功能弱化。

改造措施：从燃气缓冲罐(操作压力3 300 kPa)增加一路至气体滤清器，通过增加节流孔板、调节阀组将压力降至800 kPa 作为微气泡气源，为微气泡发生器提供注入气，增强注气效果，提高处理能力。

改造后的气浮选器提高了悬浮物的去除效率，其水相出口悬浮物含量低于设计值，满足了处理要求。流程优化如图2 所示，改造效果对比见图3，数据对比见表2。

2.2 核桃壳供给泵出口增加自动流量调节阀

气浮选器处理后的生产水通过核桃壳供给泵增压后分为两路：一路通过手动截止阀调节流量进入核桃壳过滤器进一步过滤处理，另一路通过自动调节阀调节流量回流至气浮选器，以保证气浮选器液位稳定。

图2 微气泡发生器注气流程优化改造示意图Fig.2 Optimization of gas injection process of microbubble generator

图3 微气泡发生器注气流程改造前后效果对比Fig.3 Comparison of microbubble effect before and after modification of microbubble generator gas injection process

表2 微气泡发生器注气流程改造前后悬浮物含量对比Tab.2 Comparison of suspended solids content before and after modification of microbubble generator gas injection process

核桃壳过滤器操作压力为35 kPa，气浮选器操作压力为110 kPa，由于两者压差较大，导致核桃壳供给泵出口大多数生产水进入核桃壳过滤器，回流量较小，手动截止阀的开度不仅需要频繁调整且调节效果差，而且还导致气浮选器液位波动较大，无法在顶部正常收油，处理效果欠佳。

图4 核桃壳供给泵出口增加自动流量调节阀示意图Fig.4 Schematic diagram of adding automatic flow control valve at outlet of walnut shell supply pump

改造措施：在核桃壳供给泵与核桃壳过滤器之间的主流程上增加流量调节阀，实现流量的自动调节，提高了气浮选器的自动化和精细化水平，实现气浮选器参数自动调控，避免来水波动影响，提升了气浮选器的处理效果。具体见图4、5。

图5 核桃壳供给泵出口增加自动流量调节阀前后气浮选器液位历史曲线图Fig.5 Liquid level history curve of air flotation separator before and after adding automatic flow control valve at outlet of walnut shell supply pump

3 结 论

气浮选器的高效运行是实现“注够水，注好水，精细注水，有效注水”目标的关键因素。通过深入全面的分析与研究，微气泡发生器注气流程优化改造、核桃壳供给泵出口增加自动流量调节阀两项优化措施的实施从根本上解决了气浮选器处理效果欠佳的问题。该做法对于提升气浮选器的处理能力具有很好的指导意义，值得借鉴。