渤海油田注水水质处理流程及影响因素

李文力，周日，周成江，刘珠呈

(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300450)

0 引言

海上油田注水是一种增产技术[1]，它通过向油藏中注入符合一定标准的水来提高油藏压力和温度，从而促进油的流动性，提高采收率。因此，注水水质的重要性主要体现在以下方面：(1)注入低质量的水可能导致油藏污染、堵塞甚至矿化，影响增产效果[2]；(2)注水水质不符合要求会使注水设备加速老化，减少使用寿命，同时也会加大维护难度和成本；(3)注入未经处理的水或含有有害物质的水可能对周边环境和生态造成影响，对海洋生态系统造成损害，影响渔业资源等。因此，注水水质的重要性在海上油田开发中不可忽视，油田企业需要对这一问题高度重视，严格按照国家或地方规定的标准进行注水作业。

1 设备设施对注水水质影响

渤海地区海上采油平台由于受空间以及作业环境限制对生产污水处理设备选择有以下基本原则：(1)满足油田生产污水最高峰处理量要求；(2)设备需要体积小、占地面积小、效率高等特点；(3)结构简单易操作；(4)性价比高；(5)易维修，使用寿命长。

因此海上油田生产污水处理设备主要有：水力旋流器、斜板除油器、加气浮选器、核桃壳过滤器、精细滤器、快速过滤器等。根据设备结构以及工作原理分工不同，水力旋流器和斜板除油器一般作为第一级生产污水处理设备，处理含油比较高的生产污水，一般二选一即可，下一级依次为加气浮选器、核桃壳过滤器。以上设备主要作用为去除生产污水中的油污，使水中含油达标。精细滤器以及快速过滤器主要作用为去除含油达标后的生产污水和地层水中悬浮物的设备。

为了更好地保证注水水质合格，要对生产污水处理设备做到懂结构懂原理，下面针对以上设备对其工作原理进行简单介绍。

1.1 水力旋流器工作原理

水力旋流器是进行含油污水处理的重要设备，其体积小、占地面积小、除油效率高，近些年在海上采油平台得到了广泛应用。水力旋流器内部有很多锥形旋流管，进出口存在一定的压差，使含油污水在一个个圆锥管内高速旋转，利用密度不同产生离心力不同的原理，密度大的水受离心力的作用甩向圆锥管管壁，而密度稍小的油滴则被挤向圆锥管的中心，分离开的油和水可以从不同的出口分别流出，达到使含油污水脱油的目的[3]。旋流管结构示意图如图1所示。

图1 旋流管结构示意图

如图1所示，结合其结构示意图以及工作原理，会发现入口流体中含气量以及杂质会对其有一定的影响，含气量多了会影响旋流管离心作用，杂质多了会造成旋流管出口堵塞(旋流管油相出口比较细小)。因此需在其入口前增加滤网(已经增加排气管线)，减少杂质以及气体进入水力旋流器。

1.2 斜板除油器工作原理

斜板除油器是利用油与水、悬浮物与水的比重差进行重力分离，同时利用浅池理论设置斜板，使分离表面积增加，保证油珠和悬浮物微粒被有效的去除，从而大大提高了油、悬浮物分离效率[4]。污水由上部进入聚结区，聚结区聚结板能够将分散油和大部分的乳化油聚结变大后油斜管区去除，悬浮物随水流升至斜板沉淀区，使固液快速分离，分离后的固体悬浮物在重力作用下下沉。除油效率和水力旋流器除油效率相差不大，但占地面积比水力旋流器要大，现场要根据实际情况来选择。

1.3 加气浮选器工作原理

加气浮选器含油污水处理的基本原理是设备内部大量微小气泡进入含油污水中，将微小气泡作为载体，其与污水中的油珠和悬浮絮粒相互粘附，使小的油珠聚集，并形成整体密度小于水的浮体上浮至水面，达到使含油污水油水分离的目的[5]。

气浮法处理含油污水分为多种类型，但海油采油平台常用的气浮法为喷射式气浮法。

喷射式气浮主要由：喷射器、加药系统、循环气系统组成，其中喷射器采用文丘里管原理设计，气浮循环泵的出口水进入喷射器内，通过喷嘴直径变小产生负压，将气浮顶部覆盖气吸入，液体和气体在喷射器内充分混合细化后，从末端喷出，形成大量分散的微小气泡均匀分布在气浮混合室底部进入流体中，到顶部后气体分离出，气体可以实现内循环。循环泵的入口水源为气浮处理后清水室水源。在混合室形成的微小气泡携带流体中的油滴及悬浮物浮至液面上，由混合室的一次收油槽和二次收油槽将油污导出，混合室处理后的流体进入清水室，清水室也设置一收油槽。为了收取残余油污，但气浮收油效率主要在混合室，因一次收油槽为固定的长方形，优点收油面积大，一次收油效率可达到80%，缺点为固定式的无法调节，只能通过调节混合室液位来达到收油的目的。二次收油槽高度可以通过外部手轮调整。加气浮选器结构如图2所示。

图2 气浮选器结构示意图

结合喷射式气浮结构以及工作原理可知，影响其收油效果的因素比较多，有喷射器负压吸入的气体量、一二收油效果等。但是在工况稳定的情况下，只需要对一次收油情况多加关注，二三次收油间歇性收油即可，由于一次收油槽起到主要收油作用，因此一次收油要持续收油。

1.4 核桃壳过滤器工作原理

核桃壳过滤器除油的工作原理是利用内部滤料实现过滤分离，其内部滤料采用一种特殊的核桃壳作为过滤介质，其耐油性质高。利用核桃壳颗粒比表面积大、吸附力强、截污量大的特性，将水中的油和悬浮物去除[6]。过滤时，含油污水自上而下，经布水管、核桃壳滤料层、集水管完成过滤。反洗时，水流自下而上，由于滤料亲水不亲油的性质，在反洗时搅拌核桃壳，使其在运动中相互磨擦，增强脱附能力，使再生能力加强，使滤料得到彻底清洗。由于化学稳定性好，有利于过滤器性能长期稳定，不过滤料按要求要定期更换，更换的核桃壳滤料尺寸要符合标准，不能太小，防止滤料流失。

1.5 精细滤器工作原理

精细滤器主要元件是由多组滤芯组成的，其滤芯制作材料采用一种不锈钢金属纤维多孔滤材经折叠制成的，在相同的体积下过滤面积是常规管状滤芯的3～4倍，因而具有处理量大的特点。且滤芯抗油浸，可清洗再用、过滤精度高、吸附力强、截污量大，能够做到油、悬浮物双效去除，但主要作用是去除悬浮物，易再生、反洗不加药，可串联或并联使用等特点。

但是内部容易结垢堵塞过滤空隙，结垢后反洗除垢效果不佳，只能进行拆卸清理，由于滤芯内部制作特点，清洗难度大，更换滤芯费用高，目前已被其他设备取代。

1.6 快速过滤器工作原理

快速过滤器采用特殊集水式设计，滤料为改性纤维球，能够将含油悬浮物截留在滤料上，反冲洗时易脱除。其特点是：在一定的过滤速度下污水流入压紧的滤料，经纤维球滤料过滤后，由水收集器流出，内部纤维球将悬浮物截留在纤维球表面；当滤料截留物质增多，进出口压差增大时，即需反冲洗，反冲水从水收集器流入松散的滤料，清洗滤料后流出，反冲洗时在较高的水流速度下，悬浮物可以脱离材料表面，从而达到清洁纤维球的目的。反冲洗也可设定为自动反冲洗，多为几个快速过滤器为一组。一个快速过滤器反洗时不影响其他过滤器正常过滤，使用方便，反洗效果好，仅需要定期更换滤料即可满足处理要求。

1.7 水处理设备原理小结

以上为生产污水处理常用设备的工作原理以及内部结构，了解设备的工作原理及结构是为了清楚设备如何运转，更好地操作设备，出现故障及时解决，不影响其处理效果。生产污水处理不是某一个设备就能达到处理标准，而是多个设备串联起来，互相衔接运转。生产污水处理其实就是一个系统，例如生产污水处理一般先处理水中含油及较大悬浮物微粒，再处理悬浮物；先对水中含油进行高效处理，将其含油量降低再进一步除油。只有保证上一级设备稳定运转才不会对下一级处理设备有影响，若每一级都能到达其处理效果，则注水水质就能得到保证。

不管什么设备均有其操作要求，一是为了安全，二是为了达到其最佳运转工况，生产污水处理设备也不例外。各个生产污水处理设备都有其要求的操作压力、操作温度、进口水质指标范围、处理量范围等一些基本要求，为了达到污水最佳处理效果，必须在其要求范围内工作，超出其要求范围，会对设备处理效果有很大影响，极大可能出口水质不达标，对下一级设备造成负担。值得注意的是，每个设备还有其设计压力设计温度，是为了保证安全，处理量超出要求范围还可以认为超载，但是若压力温度超出设计要求，那就是直接影响安全，这种现象应杜绝出现。为了保证注水水质一直达标，每一级设备都极其重要，最基本的要求就是要保证每个设备在其要求范围内运转。

2 化学药剂的选择

为了满足每一级设备高效稳定运转以及注水水质的达标，也离不开化学药剂的选择，生产污水处理系统中的化学药剂要根据药剂的作用机理以及现场实际需要进行选择，选择错误的化学药剂反而得不偿失。为了保证化学药剂选择的正确性，在使用前必须进行化学药剂配伍性实验，即是否与生产污水反应产生沉淀或者絮状物等影响设备处理的物质出现，以及不同药剂在同一个设备容器内是否发生化学反应，影响化学药剂作用机理。若是就需要考虑是否必须同时注入，还是可以分开点位注入。这些基本的工作做好后，才可以选择注入。

根据药剂作用机理不同，其注入浓度也是不同的，否则会造成不必要的浪费，要有合适的注入浓度才能到达最佳效果。其注入浓度和生产污水处理效果也有很大的关系，注入量与生产污水处理量比之的百万分之叫注入浓度。如何达到最佳效果，这就要求某种化学药剂注入时现场人员做好跟踪对比，根据化学药剂的作用机理不同，需要化验的数据液不相同。例如有利于除油的化学药剂的注入，在其他工况不变的情况下，看设备出口含油是否降低，再调整此种化学药剂的注入浓度，对比那种浓度下的处理效果最好，最后确定注入浓度。注入浓度确定后，一个周期内(根据现场实际情况，某一个时间段内不需要对化学药剂再次筛选)，但是注入量要根据生产污水处理量及时做好调整。化学药剂也要做好日常管理，禁止过期药剂注入，保证药剂干净无杂质。

化学药剂的注入离不开化学药剂泵，日常工作中也要做好化学药剂泵的检查维护。为了防止化学药剂泵故障影响化学药剂注入，进一步影响生产污水处理效果，化学药剂泵必须做到一用一备。

3 海上油田水处理技术展望

3.1 水处理设备技术改进

不是说注水水质达标就可以了，水质越好对地层越有利。随着技术不断进步，设备不断更新换代，根据现场需要结合实际情况，不断进行对新技术应用的摸索和新设备的替换。例如水质在线监测可以实现实时在线监测，可以取代人员定期化验，提高了监测效果，但是化验人员也要做好跟踪，防止在线设备故障。

3.2 完善人员管理

设备设施都离不开人员操作，人员的技能水平高低对生产污水水质处理有很大影响。人员技能水平参差不齐，对现场设备的认知有深有浅，操作习惯也不相同。因此，需要根据各设备工作原理及现场实际制定标准操作程序，所有人员按照操作程序执行，例如设备的投用、关停、反洗、滤料更换等一系列动作。这样不会因为技能水平不足致使操作设备出现误操作，对设备造成损坏或者影响设备处理效果。需要注意的是，设备操作程序要不断结合现场实际进行更新。

另外操作人员也要做好现场数据的收集整理，与化验数据相结合，学会分析判断，甚至做到提前干预，保证设备的稳定运行，还需要做好现场巡检。人员思想认识的提升对保证注水水质合格起到很大作用，要加深人员水质不合格危害性的宣传贯彻力度，提高人员责任心。

4 结语

注水水质合格对地层是一种保护，也是注水开采的最基本要求，直接影响注水在地层的流通情况，因此必须保证注水水质合格，总的来说要保证注水水质的合格就需要从以下几点做起：

(1)保证生产污水处理设备高效稳定运行，不超负荷运转，各级设备处理均合格。

(2)做好化学药剂选择及选型。充分了解所使用的化学药剂机理，有些化学药剂对某种设备是必须的，有些是非必要的，这就要求我们对相应的化学药剂做好跟踪。

(3)做好新技术新设备的应用。为了提质增效，人员技能水平要达标，对设备工作原理，操作程序要熟练掌握。