1、风城 1 号稠油联合站采出水预处理工艺设计 摘 要：由于 SAGD 采出液的进入，风城 1 号稠油联合站原油脱水难度增加，一段沉降脱水罐出水达不到采出水处理系统的水质要求。针对这一问题，本论文在油水分离理论的指导下，依据现场实际情况，提出并确定了采出水预处理工艺，即 “ 反相破乳剂 +重力沉降 “ ，并通过现场及室内试验针对性的确定了该工艺的可行性及其工艺参数。 关键词：采出水预处理工艺、反相破乳剂、重力沉降 1 前言 油田开采过程中产生的含有原油的污水，简称采出水。采出水处理工程是油田地面建设中不可或缺的组成部分，其采出水来源主要是原油脱水。采出水只有满足采出水处理系统的收水水质标准，才可以
2、进入采出水处理环节。油田采出水处理设计规范中要求：进入采出水处理站的采出水含油量不应大于 1000mg/L。聚合物驱采出水处理站的原水含油量不宜大于3000mg/L；特稠油、超稠油的采出水处理站的原水含油量不宜大于4000mg/L。 风城 1 号 稠油联合站位于风城油田中部，主要承担风城油田 217 国道以北区域的采出液处理任务，随着 2008 年 2009 年重 32 井区、重 37 井区SAGD 开发区块相继投产， SAGD 采出液进入风城 1 号稠油联合站。该站的原油脱水采用的是热电化学沉降脱水工艺，但由于所处理的采出液油水密度差较小， SAGD 采出液成分较为复杂且具有温度高、携砂量大
3、、携砂粒径小、油水乳化严重等特点，原油脱水比较困难。一段沉降脱水罐在满足脱出原油油质的情况下，出水含油量超出采出水处理的收水水质标准。目前高含油的采出水进入采出水处理系统，给采出水处理系统 造成了严重的的冲击：水处理药剂的投入量增加，水处理的投资大大超标。 2012年风城油田新增产能 50104t/a ，风城 1号稠油联合站的原油处理规模将达到 180104t/a ，采出水处理规模将达到 3104m3/d ，为了降低采出水的处理成本，解决原油脱水水质不达标的问题已经刻不容缓。 2 采出水预处理工艺提出的背景 从调储罐进出口污水含油及悬浮物含量统计表可以看出：调储罐进口污水含油值在 5500mg
4、/L 40000mg/L 之间，悬浮物含量基本在 240mg/L600mg/L 之间。由 此可以推断出一段沉降脱水罐出水含油已经达到15000mg/L左右，其悬浮物含量超过 500mg/L，远超出油气集输设计规范GB50350-2005 要求的进采出水处理站要求特、超稠油采出水含油量4000mg/L 的指标。 虽然目前采出水处理系统出水水质已达到油田采出水处理设计规范要求的水质标准，但由于所接受的采出水含油量高，为了保证处理后的出水水质，在处理过程中不得不投加大量的水处理药剂，加药量见表 2-3。特别是反相破乳剂的实际投加量更是为设计值（ 30mg/L）的 3 倍以上。已知风城 1号稠油联合
5、站 2011年的采出水处理量若为 20000m3/d，仅反相破乳剂一项，每年将增加费用约 480 万元。 根据 2011 年 4 月份的运行情况推算，调储罐一年内将会产生约 70000m3污油，由于这些污油所加反相破乳剂量（ 100mg/L）较大，回掺到原油处理系统后会影响原油的正常脱水，目前该部分污油主要通过拉运的方式交由第三方单独处理，但这种污油的处理方式费用高、管理难度大。 综上所述，考虑在采出水处理系统前增设采出水预处理工艺，脱出采出水的部分原油，使得采出水水质达到采出水处理的收水水质标准，降低采出 水处理过程中的药剂投加量，减少调储罐内的污油量，从而降低污水的处理费用及污油的回收费用
6、。 3 采出水预处理工艺的分析 3.1 采出水中油珠粒径分布的理论描述 采出水中的原油以大小不同的油珠分散在采出水中，根据分散在水中的粒径大小不同，可分为以下四种状态： 1）浮油：粒径大于 100m ，稍加静置即可浮升至水面； 2）分散油：粒径为 10m 100m ，有足够的静置时间油珠亦可浮升至水面； 3）乳化油：粒径为 0.1m 10m ，具有一定的稳定性，单纯用 静置的方法很难使油水得到分离； 4）溶解油：粒径小于 0.1m 。 采出水中往往同时含有以上几种分散状态的油滴，只是各自所占比例不同而已。 3.2 采出水中油珠粒径分布实验及分析 现取风城 1 号稠油联合站沉降脱水罐出水进行的油
7、珠粒径分布试验，结果如表 3-1、图 3-1 所示。 结合图 3-1、表 3-1中的数据可以看出： 风城 1号稠油联合站沉降脱水罐出水含油较高。 油珠粒径分布的特点是：粒径在 10m 以下的乳化油含油量为 8415 mg/L，占大部分，即使通过静置沉降仍难达 到采出水处理系统要求的水质标准。 3.4 采出水预处理工艺的理论依据 采出水预处理工艺的目的是脱出采出水中的原油，直至采出水中的原油含量 4000mg/L ，从而达到采出水处理系统的水质标准，即该工艺注重的是处理后的采出水中原油的含量 4000mg/L 。 采出水脱油包括两个工艺过程， 一是采出水乳状液的破乳， 这是基础， 不破乳就无法达
8、到最终的水质要求； 二是细小油珠聚结沉降后油水分离。采出水破乳和油珠的聚结是两种不同的工艺过程，只有破乳后油珠迅速聚结才可能获得很好的脱水效果。斯托 克斯公式可以描述出采出水处理过程中油从水中分离的速度。 由于水层中油滴的上浮速度为： （斯托克斯公式） 式中： d 油滴的直径， m； 原油的密度， ?K/m3； 水的密度， ?K/m3； 水的动力粘度， 可见水层中油滴的上浮速度与油水密度差、水的粘度、油滴直径的二次方成正比。由于油水密度差、水的粘度都与采出水的温度有关，且除油罐设计规范注明 “ 进入除油罐的采出水温度不宜大于 80” ，即温度的影响较为局限，但增大油滴的直径效果却最 为显著。综
9、上所述加快油滴的上浮速度，提高采出水处理的效果应该采取的措施是增大油滴直径，即使油珠聚结。 由于风城 1号稠油联合站采出水是 “ 水包油 ” 型的乳状液，采出水中的原油大部分是粒径在 10m 以下的乳化油，故该站的采出水预处理工艺最终确定采用 “ 反相破乳剂 +重力沉降 ” 的除油方式。 3.5 采出水预处理工艺参数的确定 取风城 1 号稠油联合站沉降脱水罐出水进行不加药、加反相破乳剂的静置沉降试验，结果见表 3-2、表 3-3、表 3-4。 通过室内沉降试验结果可以看出，风城 1 号稠油联合站沉降 脱水罐出水静置沉降 8h后，污水含油去除率仅为 4.2%；投加反相破乳剂 10mg/L，沉降8
10、h 后，采出水含油量为 3119mg/L，去除率可达到 70%以上，并且达到了采出水处理系统的水质要求。故初步确定采出水预处理工艺中反相破乳剂加药量为 10mg/L、采出水沉降时间为 8h。 4、采出水预处理的工艺流程 采出水预处理采用 “ 反相破乳剂 +重力沉降 ” 的除油工艺。具体工艺流程如下：在上游一段沉降脱水罐出水口投加反相破乳剂，使水包油型油珠破乳，采出水进入预除油罐中进行重力沉降，水中大部分的油珠上浮、悬浮物 下沉，从而使得油、悬浮物和水分离，去除水中大部分的含油，使出水含油 4000mg/L ，达到污水处理系统进水水质要求，并自流到采出水处理系统的调储罐。上浮到水面的污油，由收油
11、装置收集，自流到污油缓冲罐。底部的污泥通过排泥器排入污泥处理系统。 5、结论 1、采出水预处理工艺是采出水进入采出水处理系统前的一套处理工艺，仍属于原油处理系统的一部分，主要应用于沉降脱水罐出水不合格的处理站。 2、采出水预处理工艺的加入使得从原油处理系统输送至采出水处理系统的采出水达到了采出水处理系统收水的 水质标准。 3、采出水预处理工艺将会给风城 1 号稠油联合站节省巨大的投资： 大大降低了风城 1 号联合站采出水处理系统水处理药剂的加入量，仅反相破乳剂一项每年约节省费用 575.99 万元。 每年可以减少污油处理量 11.24104t/a ，按污油处理成本 185 元 /t计算，每年可以节约污油回收费用 2080 万元。 参考文献 冯永训 .油田采出水处理设计手册 .北京：中国石化出版社， 2005 石油和化工工程设计工作手册 油田地面工程设计 .东营：中国石油大学出版 社， 2010 除油罐设计规范 .SY/T0083-2008 油田采出水处理设计规范 .GB50428-2007
