海上采油平台注水水质提升探索与实践.pdf

2023 年第 39 卷第 2 期石油化工安全环保技术PETROCHEMICAL SAFETY AND ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY55注水开发是“二次采油”中应用规模广、技术成熟度高的油田开发方式，已经广泛应用于国内各大经济规模型油气田。进入“双高”阶段的老油田通过注水开发能够较好地保持地层能量，防止地层脱气，降低递减率，提高驱油效率，提升采收率，保持持续稳产。针对油藏地质特性选择配伍性高的注水水源十分关键，海上油田因此将采出水和地层水作为回注水源。注水水源经过污水处理系统各级设备处理后，水质要满足 7 项控制指标、3 项辅助指标才可以回注到地层。由于采油平台空间有限，污水处理设备有效容积受限，注水量需求大，污水流程处理量大，允许停留处理时间短，特别是随着油田综合含水的逐渐增加污水处理设备将长期高负荷运行，设备自身性能和人员对设备的管理对注水水质达标起着关键作用。结合某油田注水过程中遇到的问题及采取的解决办法进行总结，希望为其他油田开发生产中遇到的类似问题提供借鉴。1 海上某油田回注水处理系统海上某油田回注水由原油处理系统分离出来的生产水与水源井产出的地层水组成。全部污水先后经过斜板隔油器、喷射式浮选机、核桃壳过滤器进行三级处理合格后，进入注水缓冲罐，最后经注水泵增压后回注地层。该油田污水系统设计处理能力为 12 000 m3/d，当前实际处理量约10 000 m3/d。收稿日期：2021-12-31作者简介：马亮，男，2008 年毕业于重庆科技学院石油工程专业，主要从事海上油田生产管理工作，工程师。电话：[phone]，E-mail:海上采油平台注水水质提升探索与实践马亮，王鹏，张来源，张玮（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300450）摘要：海上油田的开发活动集中在面积相对狭小的采油平台上进行，受制于采油平台的设施空间，相对于陆地油田而言海上油田处理设施具有集成化程度高、设施能力有限等特点，这些因素对海上采油平台进行注水开发过程中污水处理系统各级设备的处理效能提出了较高的要求。既要充分发挥设备自身的良好性能，又要依托班组人员的日常精细化管理，从而满足注水开发所要求的各项指标。关键词：海上油田注水开发指标水质提升受油井及水源井出砂、设备自身性能、日常管理等方面因素的影响，出现个别注水指标偏高的现象，针对这些问题，该油田对污水系统逐级进行排查，并针对存在问题从技术优化、管理提升等方面着手，较好的解决了存在的问题，实现注水水质 100%达标。2 污水处理流程存在问题及解决措施2.1 喷射式浮选机存在问题与解决措施2.1.1 喷射式浮选机出口污水含油偏高喷射式浮选机设计指标为入口污水含油200 mg/L、处理后出口污水含油 50 mg/L。经上游斜板隔油器处理合格的生产污水进入喷射式浮选机，处理后的污水含油均在 50 mg/L 以上，同时溶气泵压力、溶气量、浮选剂加注浓度的调节对处理效果无明显改善，具体数据见表 1 喷嘴换型前气浮出口含油值。2.1.2 原因分析通过对喷射式浮选机溶气泵运行压力、容气量等运行工况进行调整，透过看窗观察发泡情况，发现发泡效果较差。针对这一问题对喷射式石油化工安全环保技术562023 年第 39 卷第 2 期浮选机停用后进行开盖检查，发现气浮底部 4 组喷射器均存在不同程度故障。喷射器主要含喷嘴体、吸入器和混合管体 3 部分，通过拆检发现：1）喷嘴体喷嘴连接法兰材料为 Q235B，直管段和喷嘴为不锈钢制作，喷嘴体保持完好；2）吸入器为碳钢+衬聚氨酯方式制作，聚氨酯存在不同程度脱落。3）混合管体为碳钢+衬聚氨酯方式制作，聚氨酯内衬存在不同程度老化、变形。由于聚氨酯耐高温能力较差，经长时间运行后吸入器和混合管体的衬聚氨酯老化变形甚至脱落，使得喷嘴释放部分不能形成负压，不能吸入气体，反而将水吸入引起进气管含水；同时混合管体的衬聚氨酯脱落导致气泡不能被剪切产生微小气泡，因而释放后不能将水中油珠带至水面，从而导致处理后的污水含油偏高。2.1.3 解决措施针对聚氨酯耐高温能力差的问题，喷射器（含喷嘴体、吸入器和混合管体）整体采用不锈钢 304L 进行制作的模式，避免了高温引起聚氨酯材料的老化及损坏。喷嘴换型后，保持溶气量稳定，通过调整溶气泵运行压力进行调试，观察发泡情况并取样化验污水含油，运行情况见表 1 喷嘴换型后气浮出口含油值。表 1 喷射式浮选机喷嘴换型前后进出口污水 含油数据及处理效果运行 工况溶气泵压力/kPa气浮入口含油/(mg L-1)喷嘴换型前气浮出口含油/(mg L-1)喷嘴换型后气浮出口含油/(mg L-1)1500180654024501806540340017080464350165854853001808555由上述调试结果可以看出：喷嘴换型后，通过调整溶气泵运行压力，可以出现持续稳定发泡效果，污水含油达到设计处理指标。2.2 核桃壳过滤器存在问题与解决措施2.2.1 核桃壳过滤器存在问题核桃壳过滤器设计参数为滤前水质要求油含量50 mg/L，滤后水质指标为油含量20 mg/L、颗粒粒径 3 m。在使用过程中化验滤后污水含油有逐渐升高趋势、颗粒粒径略高的问题，见表2 核桃壳过滤器改造前滤后水质化验结果，同时在斜板隔油器底部排污、开排泵前置滤器、生产水泵前置滤器清洗时发现核桃壳滤料。2.2.2 原因分析核桃壳过滤器采用核桃壳作为过滤介质，利图 1 海上油田三级污水处理流程 马亮等.海上采油平台注水水质提升探索与实践 572023 年第 39 卷第 2 期用核桃壳滤料的亲油疏水吸附性，分散油粗粒化，实现污水净化，其顶部为斜板组结构，底部为筛板结构，作为污水处理系统的最后一级设备，处理效果直接关系到注水效果。针对出现的问题通过对核桃壳过滤器停用开盖，检查发现顶部斜板结构损坏，并伴有板片脱落、斜板组孔道堵塞、滤料漏失的问题。污油在核桃壳过滤器顶部的斜板组内聚集，并不断附着搅起的核桃壳滤料，形成大的块状油污，受斜板组可承受强度的影响，达到一定程度后引起斜板组板片发生变形以致脱落，斜板组结构发生损坏，并引起一系列问题。1）斜板组结构损坏后导致滤料流出，对下游处理流程造成一定污染；2）核桃壳滤料的减少引起反洗效果变差，从而出现滤后生产污水含油偏高的问题；3）核桃壳过滤器采用粒径 1.21.6 mm 的核桃壳作为滤料，小粒径滤料占比低，在滤水的过程中滤料无法形成致密层，同时过滤有效厚度减少，造成滤后污水悬浮物颗粒粒径超过 3 m；2.2.3 解决措施颗粒粒径是影响注水效果的一个重要指标，当颗粒粒径大于平均孔喉直径的 1/14 时，悬浮物在很短时间内将近井地带孔隙堵塞，引起注水压力持续升高，注水量降低，地层亏空，长期不能达到配注会导致地层压力下降，水驱油效果变差，需要频繁的酸化压裂作业对近井地带进行解堵。因此在对核桃壳过滤器进行结构优化时，既要考虑滤后污水含油，更要充分考虑颗粒粒径达标情况。为彻底解决现场滤料流失的问题，保证整体工艺流程的稳定性，通过在反冲洗管线出口处加装集水系统筛管的方式来解决核桃壳滤料漏失的问题。筛管采用鱼刺形布水方式，见图 2。经过核算筛管缝隙在 0.5 mm 时即可满足颗粒粒径处理指标，通时将核桃壳滤料颗粒粒径由 1.21.6 mm 更换为 0.81.2 mm，既提高了滤料与油滴的接触面积，又避免了粒径过小容易压实的问题。通过对滤后水含油、粒径中值的连续化验，小缝隙筛管及小粒径滤料的使用，使得 2 项指标均取得了良好的处理效果，见表 2 核桃壳过滤器集水系统布水筛管改造实施后滤后水质。表 2 核桃壳过滤器集水系统改造前、后滤后污水指标运行 工况滤前水质油含量/(mg L-1)改造前滤后水质油含量/(mg L-1)颗粒粒径/m 改造后滤后水质油含量/(mg L-1)颗粒粒径/m14025/3.316/2.524525/3.118/2.434522/3.215/2.644019/3.320/2.353820/3.018/2.5在反复冲洗搅拌的作用下，核桃壳滤料会出现破碎现象，破碎的核桃壳滤料会包裹到筛管外表面甚至堵塞筛管孔隙，造成反洗水量逐渐减少，影响处理效果。针对这一问题，通过采取筛管外包裹 1 层筛网的措施，有效解决了滤料堵塞筛管缝隙的问题，小改造起到了大效果。3 做好精细管理，推进管理提升 管理提升是人员基于设备管理措施的落实、执行反馈、持续改进的闭环回路，在实施过程中具有制度优势，创新优势，使良好的作业实践、操作方法得到有效推行，持续改进，具体措施主要有以下方面：3.1 健全岗位责任清单针对原油污水岗的特点，对岗位责任清单进行细化，结合污水处理系统排污、收油、反洗图 2 鱼刺式集水系统筛管平面石油化工安全环保技术582023 年第 39 卷第 2 期等固定措施，制定污水流程管理五定原则，即定岗、定人、定时、定标准、定措施；同时将每周9 项污水控制指标化验结果与员工绩效考核相关联，激励员工做好污水流程管理的基础性工作。3.2 改进标准化作业程序根据斜板隔油器、喷射式浮选机、核桃壳过滤器不同阶段的运行工况，持续总结、改进其收油、排污反洗等标准作业程序，特别是核桃壳过滤器，根据每一个过滤器的压差、过滤效果，实时调整正反洗、搅拌等过程的处理时间，高效完成每级设备的规定程序，一设备一策略，以实现污水处理系统各设备的精细化、标准化管理。3.3 加强污水系统全流程管理做好污水系统全流程管理，加强沿程水质化验管理，强化污水化验的指导作用，每日定时、定点对污水系统各节点进行取样化验，根据污水化验结果及时调整生产污水处理系统各级设备的运行工况，当某一个节点化验结果超标时，进行溯源查找并及时采取相应措施，见图 3 污水系统全流程管理，从而保证各级污水处理指标能够 达标。4 结 语通过技术优化、管理提升、制度落实，该油田各项注水指标得到持续改善，油田地层压力由2016 年的 12.0 MPa 回升至 2020 年的 12.45 MPa，地层压力实现持续上升，保证了油田的连续 稳产。注水水质达标是避免地层发生二次污染的关键因素，既要依靠技术优化提高设备自身性能，又要充分发挥班组人员的主观能动性。针对海上油田生产中污水处理系统遇到的实际问题，该油田从设备、管理、制度等方面着手，取得了较好效果，实现了油田长期稳定注水，为其他油田生产中遇到类似的问题提供了可参考的解决措施。参考文献：1 李化民，苏显兴趣，马文铁.油田含油污水处理 M.北京：石油工业出版社，1992.2 王飞琼，赵春明，程明佳.渤海油田开发过程控制及效果 J.中国海上油气，2012，24（6）：34-37.3 闫洪涛，徐文江，姜维东，等.海上油田注水水质改善技术研究与应用 J.工业水处理，2020，40（12）：106-110.4 袁林，谢葵，时维才.注入水悬浮固体含量对低渗油藏的敏感性研究 J.钻采工艺，2005，28（5）：108-109.图 3 污水系统全流程管理Key words:hydrogen sulfide/H2S;eastern oilfield;leakage diffusion law;hazard classification;prevention and control standardsEXPLORATION AND PRACTICE OF WA-TER INJECTION QUALITY IMPROVEMENT OF OFFSHORE OIL PRODUCTION PLAT-FORM55Ma Liang,Wang Peng,Zhang Laiyuan,Zhang Wei.(Tianjin Branch of CNOOC(China)Limited,Tianjin,300450)Abstract:The development activities of offshore oil-fields are concentrated on the oil production platform with a relatively small area.Due to the facility space of the oil recovery platform and compared to the onshore oilfield,the offshore oilfield treatment facilities are characterized by a high degree of integration and limit-ed facility capacity and so on.These factors place high demands on the treatment efficiency of the equipment at all levels of the sewage treatment system in the process of water injection development of offshore oil recovery platform.It is necessary to give full play to the good performance of the equipment and rely on the daily del-icacy management of the team,so as to realize various indicators required by water injection development.Key words:offshore oilfield;water flooding;indicator;water quality improvementOPTIMIZATION AND APPLICATION OF COAL-WATER SLURRY GASIFICATION BLACK WATER TREATMENT PROCESS59Chang Liang,Zhang Yu.(Yankuang Group Lunan Chemical Co.,Ltd.,Tengzhou,Shandong,277527)Abstract:Aiming at the current environmental prob-lems caused by the external sale of gasification filter cake,and the price of the external sale being far lower than the economic benefits generated by the recovery and utilization of the filter cake,the optimal treatment process was selected based on the comparison and se-lection of different treatment technologies for black wa-ter.This not only solved a series of problems resulting from the current disposal of filter cake,but also created more economic benefits for the company.Key words:coal-water slurry gasification;black water;filter cake;recyclingON PROCESS OPTIMIZATION OF REVERSE OSMOSIS CONCENTRATED WATER TREAT-MENT SYSTEM FOR REFINERY WASTEWA-TER62Zhang Xin,Tao Yujiang.(PetroChina Yunnan Petro-chemical Company Limited,Kunming,Yunnan,650300)Abstract:“Ultrafiltration+reverse osmosis(RO)”process was applied for deep reuse of wastewater in a petrochemical company.In the actual treatment of RO concentrated water,the quality and quantity of inlet water is changed due to the entry of flue gas desulfuriza-tion wastewater,which affects the standard discharge of chemical oxygen demand and total nitrogen of the con-centrated water treatment system.In particular,only 68%of the total nitrogen in the wastewater reached the set standard.The reduction of the standard discharge rate of reverse osmosis concentrated water has become a bottle-neck that restricts the increase of wastewater reuse rate.In the production process,the problems of total nitrogen and chemical oxygen demand were solved through the process adjustment and optimization operation involving the concentrated water treatment system ozone dosing,denitrification filter operation and biological filter oper-ation and so forth.And the concentrated water was dis-charged up to standard,and the reuse rate of wastewater was raised from 72%to more than 80%,which achieved the goal of water saving and emission reduction.Key words:refinery wastewater;reuse ratio;concen-trated water;total nitrogen;denitrification filterABSTRACTSPETROCHEMICAL SAFETY AND ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGYBimonthly.20 Apr.2023 Vol.39 No.2彩页索引封 1 江苏中天伯乐达变压器有限公司封 2 广州三业科技有限公司封 3 天长市康弘石油管材有限公司封 4 成都华西化工科技股份有限公司前插页1 北京精诚信达环保净化设备有限公司2 宣达实业集团有限公司3 赛默飞世尔科技（中国）有限公司4 重庆博张机电设备有限公司5 泰和新材集团股份有限公司6 北京飞燕石化环保科技发展有限公司7 天津市创举科技股份有限公司8 北京美斯顿科技开发有限公司9 石化盈科智能科技有限责任公司10 中海油能源发展股份有限公司安全环保分公司11 成都凯天电子股份有限公司郫都成航分公司12 青岛创统科技发展有限公司13 浙江中德自控科技股份有限公司14 浙江华星阀业有限公司15 水力消防科技有限公司16 东营市成功石油科技有限责任公司17 四平市巨元瀚洋板式换热器有限公司18 中石化（大连）石油化工研究院有限公司