米桑油田采出水處理工藝設(shè)計(jì)與運(yùn)行
米桑油田開(kāi)發(fā)產(chǎn)生大量的高溫采出水，為滿(mǎn)足油田生產(chǎn)和環(huán)保要求，需配套建設(shè)采出水處理系統(tǒng)，處理規(guī)模為2萬(wàn)m3/d。原油脫水系統(tǒng)來(lái)水含油量≤ 1 000 mg/L、懸浮物≤ 500 mg/L、硫化氫≤ 200 mg/L。針對(duì)采出水物性，工藝采用"調(diào)儲(chǔ)緩沖+聚結(jié)除油+混凝沉降+氣提脫硫+兩級(jí)過(guò)濾"壓力式流程對(duì)采出水進(jìn)行處理，全流程密閉隔氧，處理后凈化水達(dá)標(biāo)用于油田注水。項(xiàng)目投產(chǎn)運(yùn)行兩年多，裝置運(yùn)行效果穩(wěn)定，具有很好的工程借鑒意義。
伊拉克米桑油田中心處理站主要承擔(dān)著該區(qū)域三個(gè)產(chǎn)油區(qū)的油氣處理任務(wù)，隨著油田生產(chǎn)開(kāi)發(fā)需要，中心處理站擴(kuò)能改造。采出水處理系統(tǒng)分兩期實(shí)施，2014年一期建設(shè)規(guī)模為1萬(wàn) m3/d，裝置處理能力500 m3/h，采用“壓力式強(qiáng)化絮凝凈水技術(shù)”，選用“調(diào)儲(chǔ)緩沖+聚結(jié)除油+混凝沉降+氣提脫硫+兩級(jí)過(guò)濾”工藝流程對(duì)采出水進(jìn)行處理，處理后凈化污水全部用于油田注水，裝置主要控制指標(biāo)：含油量≤5 mg/L、懸浮物≤5 mg/L、硫化氫≤20 mg/L。
01 水質(zhì)物性
米桑油田采出水來(lái)水溫度80 ℃左右，H2S質(zhì)量濃度接近200 mg/L，礦化度在220 g/L，Cl-質(zhì)量濃度136 g/L，pH為5~7.6，水質(zhì)呈弱酸性，屬于高硫高礦化度氯化鈣水型，腐蝕性極強(qiáng)。污水中含有較多的HCO3-、SO42-、CO32-和Ca2+、Mg2+、Sr2+等結(jié)垢離子，當(dāng)工況條件發(fā)生變化時(shí)易造成工藝管道和設(shè)備容器腐蝕結(jié)垢。
02 設(shè)計(jì)難點(diǎn)及特點(diǎn)
1.水質(zhì)穩(wěn)定及凈化
米桑油田采出水具有“高礦化度、高氯離子、高硫化氫，高水溫、低pH”四高一低的水質(zhì)特點(diǎn)。該類(lèi)型采出水普遍具有藥劑反應(yīng)動(dòng)力差，絮凝效果差，水質(zhì)凈化處理及穩(wěn)定難度大。高礦化度的水大大加速了水中原電池反應(yīng)，使設(shè)備及管道的腐蝕速率加快。
針對(duì)采出水物性，為解決水中高礦化度易腐蝕、易結(jié)垢，水質(zhì)凈化效果差的問(wèn)題，采出水處理選用全系統(tǒng)壓力式處理流程，并采用微正壓天然氣密閉工藝對(duì)處理裝置等容器設(shè)施進(jìn)行密閉隔氧，研發(fā)了新型的壓力式采出水凈化設(shè)備，提高了藥劑反應(yīng)效果，避免了“四高一低”水型因?yàn)槿苎鯉?lái)的強(qiáng)腐蝕性問(wèn)題。
2.氣提脫硫工藝結(jié)垢控制
工程采用天然氣氣提脫硫工藝，降低水中H2S含量。油田采出水含有較高的HCO3-、SO42-、Ca2+、Mg2+等成垢離子，正常情況下，采出水存在以下化學(xué)平衡：
通常情況下，CaCl2水型的采出污水碳酸鈣結(jié)垢趨勢(shì)很低，但采出污水在凈化天然氣的吹脫作用下，污水的表面分壓降低，溶解性CO2溢出，水中HCO3-易分解成CO32-。CO32-和Ca2+生成的碳酸鈣沉淀又加劇了HCO3-的分解，最終生成碳酸鈣沉淀，導(dǎo)致氣提脫硫塔內(nèi)部嚴(yán)重結(jié)垢。
針對(duì)氣提脫硫塔易結(jié)垢問(wèn)題，采用“微正壓天然氣氣提+注酸+注堿”脫硫工藝技術(shù)，調(diào)節(jié)進(jìn)出塔采出水pH，解決了脫硫塔結(jié)垢問(wèn)題及酸性水腐蝕問(wèn)題，提高了脫硫效率，含硫污水硫化氫指標(biāo)≤20 mg/L。同時(shí)確保凈化污水具有良好的地層配伍性和低結(jié)垢趨勢(shì)。通過(guò)采用Aspen HYSYS 9.0、PROⅡ軟件對(duì)氣提塔脫硫過(guò)程進(jìn)行模擬計(jì)算，優(yōu)化氣提塔工藝參數(shù)和氣提塔內(nèi)結(jié)構(gòu)。為確保污水中硫化氫脫除后，減小因污水堿性增大而導(dǎo)致污水結(jié)垢趨勢(shì)，以及對(duì)后段處理設(shè)施的影響，氣提塔設(shè)置前端注酸、后端注堿，并采用前饋、串級(jí)及比例控制回路應(yīng)用與并聯(lián)氣提塔的多股進(jìn)料端、注酸混合點(diǎn)、注堿混合點(diǎn)，從而解決了多股原料分配不平衡的問(wèn)題，減少對(duì)上下游工藝流程的影響。
3.高效采出水處理設(shè)備研究
國(guó)內(nèi)壓力式聚結(jié)除油設(shè)備通常采用散堆填料或規(guī)整填料，填裝方式為一段聚結(jié)結(jié)構(gòu)，該類(lèi)型的設(shè)備填料易堵塞，聚結(jié)分離效率低，且單臺(tái)處理能力只能達(dá)到250 m3/h。根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)業(yè)主對(duì)設(shè)備大型化要求，研發(fā)了高效的壓力式聚結(jié)除油設(shè)備，采用分段式聚結(jié)除油填料結(jié)構(gòu)，有效解決了聚結(jié)填料堵塞和去除率不高的問(wèn)題，單臺(tái)處理能力達(dá)到350 m3/h。
4.防腐技術(shù)及材料選擇
米桑油田采出水具有極強(qiáng)的腐蝕性，除在工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)采取技術(shù)措施降低腐蝕性外，項(xiàng)目設(shè)計(jì)還把材料選擇作為重要技術(shù)控制因素進(jìn)行研究，采用專(zhuān)業(yè)軟件對(duì)不同水質(zhì)條件、不同材質(zhì)的腐蝕性進(jìn)行模擬驗(yàn)證。最終選擇雙相不銹鋼作為設(shè)備、閥門(mén)內(nèi)襯材料，撬內(nèi)管線(xiàn)采用雙相鋼，撬外埋地及架空管線(xiàn)采用非金屬材質(zhì)，設(shè)備容器采用內(nèi)防腐+犧牲陽(yáng)極塊的防腐技術(shù)。
03 處理工藝
針對(duì)米桑油田“四高一低”特性的采出水處理凈化效果差、腐蝕嚴(yán)重、脫硫塔結(jié)垢嚴(yán)重的技術(shù)難題，開(kāi)展技術(shù)研究。選用全系統(tǒng)壓力式密閉處理流程，降低了高硫高礦化度采出水溶氧帶來(lái)的強(qiáng)腐蝕性危害；采出污水調(diào)質(zhì)氣提脫硫技術(shù)，在保證脫硫處理效果的同時(shí)，解決氣提脫硫工況時(shí)設(shè)備結(jié)垢問(wèn)題；研發(fā)設(shè)計(jì)了新型的壓力聚結(jié)除油和混凝沉降設(shè)備，單臺(tái)處理量均達(dá)到350 m3/h，使采出水處理系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)和水質(zhì)達(dá)標(biāo)。處理工藝流程如下：
原油脫水系統(tǒng)來(lái)水→2×3 000 m3調(diào)儲(chǔ)緩沖罐→一級(jí)提升泵→聚結(jié)除油器→混凝沉降器→氣提脫硫塔→二級(jí)提升泵→核桃殼過(guò)濾器→雙濾料過(guò)濾器→注水系統(tǒng)。
04 輔助工藝
1.藥劑投加
采出水處理系統(tǒng)投加6種水處理藥劑，其中在調(diào)儲(chǔ)緩沖罐進(jìn)口加入除油劑和緩蝕阻垢劑，混凝沉降器加入混凝劑和助凝劑，氣提脫硫塔投加酸度和堿度調(diào)節(jié)劑，藥劑種類(lèi)及加藥量見(jiàn)表1。
表1 藥劑種類(lèi)及加藥量
藥劑按評(píng)價(jià)順序和時(shí)間間隔投加，加藥量根據(jù)水量變化自動(dòng)調(diào)節(jié)，并配套設(shè)置溶藥、貯液及攪拌設(shè)備。藥劑采用濕投方式，采用液壓隔膜計(jì)量泵投加。
2.污油污水回收
采出水處理裝置回收的污油進(jìn)入D3.6/L15.0臥式污油罐，由提升泵增壓送至原油處理系統(tǒng)再處理。輔助流程污水均回收再處理，站內(nèi)設(shè)置2座50 m3污水回收池、1座1 000 m3事故水罐，站外已建1座20 000 m3蒸發(fā)水池，分別由安裝在各單元的回收泵將不同層位污水提升至原油脫水系統(tǒng)或采出水處理系統(tǒng)。
3.污泥處置
由調(diào)儲(chǔ)除油罐、聚結(jié)除油器、混凝沉降器等處理構(gòu)筑物排出的含水污泥，進(jìn)入2座50 m3的污泥池后經(jīng)污泥泵提升至站外蒸發(fā)池，干化后污泥拉至環(huán)保處置堆放點(diǎn)。
4.密閉調(diào)壓
由于溶解氧的存在而引起嚴(yán)重腐蝕的情況下，宜采用密閉處理流程，由壓力式處理構(gòu)筑物和天然氣密封的污水處理容器組成，使處理介質(zhì)不與大氣接觸，有效解決系統(tǒng)的腐蝕問(wèn)題。天然氣密閉調(diào)壓采用2級(jí)調(diào)壓工藝，一級(jí)集中調(diào)壓將來(lái)氣管線(xiàn)壓力由700 kPa調(diào)至200 kPa，二級(jí)采用單罐調(diào)壓閥獨(dú)立調(diào)壓方式，保證采出污水處理容器內(nèi)維持1.47~1.76 kPa微正壓工況。
05 主要設(shè)備
（1）調(diào)儲(chǔ)除油罐。容積3 000 m3，2座，罐直徑18.9 m，罐垂高12.3 m，污水沉降時(shí)間4~8 h，罐內(nèi)采用喇叭口集、配水方式，喇叭口沿除油罐橫截面均勻布置。
（2）聚結(jié)除油器。2套，處理量350 m3/h，規(guī)格D 3.0 m/L 16 m，壓強(qiáng)1.0 MPa/0.8 MPa，溫度90 ℃/80 ℃，單元由臥式容器、管匯及輔助系統(tǒng)等幾部分組成。
（3）混凝沉降器。2套，處理量350 m3/h，規(guī)格D 3.2 m/L 17 m，壓強(qiáng)1.0 MPa/0.75 MPa，溫度90 ℃/ 80 ℃，單元由臥式容器、管匯及輔助系統(tǒng)等幾部分組成。
（4）氣提脫硫塔。2套，處理量250 m3/h，規(guī)格D下2.0 m-D上1.8 m/H 17.0 m，單元由塔體、儲(chǔ)液罐、管匯及輔助系統(tǒng)等幾部分組成。
（5）一級(jí)過(guò)濾器。一級(jí)選用3臺(tái)全自動(dòng)核桃殼過(guò)濾器，濾料采用級(jí)配核桃殼，過(guò)濾器規(guī)格D 3.2 m/H 1.6 m，壓強(qiáng)等級(jí)0.8 MPa，流量170 m3/h。
（6）二級(jí)過(guò)濾器。二級(jí)選用6臺(tái)全自動(dòng)雙濾料過(guò)濾器，濾料采用石英砂和無(wú)煙煤，過(guò)濾器規(guī)格D 3.2 m/H 2.0 m，壓強(qiáng)等級(jí)0.6 MPa，流量85 m3/h。
06 現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行
1.主要設(shè)備參數(shù)控制
（1）調(diào)儲(chǔ)除油罐。天然氣調(diào)壓及控制：正常壓強(qiáng)1.47~1.76 kPa，超壓排放控制壓強(qiáng)3.92 kPa，連鎖停泵控制壓強(qiáng)1.27 kPa。
（2）聚結(jié)除油器。正常運(yùn)行操作壓強(qiáng)0.8~0.9 MPa，超壓安全泄放壓強(qiáng)1.0 MPa，除油器排泥、沖洗及收油時(shí)間設(shè)定，由撬裝設(shè)備PLC程序控制。
（3）氣提脫硫塔。進(jìn)塔正常設(shè)計(jì)流量500 m3/h，進(jìn)塔最大設(shè)計(jì)流量550 m3/h，進(jìn)塔最小設(shè)計(jì)流量150 m3/h，進(jìn)塔水控制壓強(qiáng)0.27 MPa，出塔水控制壓強(qiáng)0.036 MPa，塔內(nèi)操作壓強(qiáng)0.25 MPa，進(jìn)塔采出水pH控制在5~5.5，出塔采出水pH控制在7~8。
2.運(yùn)行情況
工程投產(chǎn)運(yùn)行以來(lái)各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，高溫采出凈化水成功回用油田注水。實(shí)際運(yùn)行水質(zhì)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表2。
07 結(jié)束語(yǔ)
項(xiàng)目采用撬裝化和模塊化設(shè)計(jì)（撬裝化、模塊化率達(dá)85%），有利于工廠化預(yù)制、組裝，縮短建設(shè)周期，減少占地面積，降低工程費(fèi)用。
針對(duì)高硫高礦化度油田采出水處理，工藝采用壓力密閉流程對(duì)采出水進(jìn)行處理，處理后凈化水達(dá)標(biāo)用于油田注水。項(xiàng)目投運(yùn)生產(chǎn)以來(lái)，裝置運(yùn)行穩(wěn)定，取得了很好的效果，具有很好的工程借鑒意義。
（來(lái)源：《工業(yè)水處理》2019年第11期，作者：張志慶，等，參考文獻(xiàn)略。其他網(wǎng)站或公號(hào)轉(zhuǎn)載，請(qǐng)先取得本號(hào)授權(quán)）
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