以CDFU为核心工艺的海上平台产出液处理工艺研究

摘要：文章主要介绍了海洋石油平台产出液深度处理工艺中旋流溶气气浮技术应用的情况。随着三次采油技术的应用和海洋石油开采的不断深入，海上油田在应对产出液处理时，受处理液量大，空间受限等因素制约，其传统的处理工艺呈现出油水分离效率下降、回注水指标恶化、化学药剂需求激增、注入困难等问题，已逐渐不适应现有的生产环境。旋流溶气气浮工艺（CDFU）具有油水分离效率高，占地面积小等突出优点，在海上平台产出液处理工艺中有广阔的应用前景。

关键词：海上平台；产出液处理；旋流溶气气浮（CDFU）

一、 海上平台产出液处理现状

海上油田是国家石油供给的重要支柱，产量已经突破5000万吨，其产量增量占到国内原油产量增长总量的58.94%，稠油产量超过海上原油产量的50%，海上稠油持续增产是国家能源安全保障的重要战略需求。对于稠油开采，蒸汽吞吐热开采和化学驱开采是非常适合海上稠油开采的技术。

但随着采油时间的延长，油田开采技术存在的相关问题也非常突出。如聚合物驱开采油田中，长期聚合物药剂的使用为产出液处理环节带来新的问题和困难：

①油水乳化程度变高，油水乳状液异常稳定，造成脱出水含油量大幅度提高和脱水后原油含水率超标；

②原有破乳剂对聚驱产出液的处理效能下降，造成用量显著增大；

③部分单元设备对聚驱产出液不适应，如换热器结焦，需要频繁清洗，增加现场作业量和运行成本；

④产出液处理过程中会产生粘性污油泥，影响现场流程和下游处理厂的正常运转。

随着海上油田的深入开发，现有传统的海上平台产出液处理工艺受产出液组分变化日益复杂及上述等因素综合影响，已不能很好的满足海上平台产出液处理需求。

二、 渤海某海上平台产出液现状

渤海东部海域某海上采油平台，油气资源储量丰富，1996年开始勘探，2000年开钻第一口油井，2005年通过产量评估。全油田探明石油地质储量5222.07x104m3，其中重质稠油4187.87x104m3，占85%。平台射流泵动力液分离器的产出液最低温度为35℃，最高温度为60℃左右。产出液含油量最高可达到20%，含有大量泡沫，水质差，乳化情况严重。产出液分离效果不理想，影响后续处理工艺。

三、 产出液处理新工艺

针对上述产出液处理难点，对市场上现有的各项处理技术进行调研，经过对多项处理技术的收集与对比分析，最终选择CDFU（高效旋流气浮装置）处理技术。该技术目前在中石油独山子石化电脱盐污水、吐哈油田和中海油渤海海上平台含油污水等多处项目都有投产应用。

CDFU-Cyclonic Dissolved gas Flotation Unit即高效旋流气浮装置，将旋流离心分离技术与溶气气浮分离技术有机结合的新一代高效旋流气浮装置。该装置通过应用旋流和溶气产生的微纳米气泡综合作用，极大地提高了浮选效果，缩短了浮选时间，实现了高效、快速除油，该装置适用于各类难处理含油（含悬浮物）污水。工艺简图如下图1所示。

图1 工艺简图

3.1 产出液处理工艺原理

气浮技术是在待处理水中通入大量的、高度分散的微纳米气泡，使之作为载体与悬浮在水中的颗粒(油滴)或絮状物粘附，形成整体密度小于水的浮体，依靠浮力作用一起上浮到水面，形成浮油而加以去除，以完成水中固体与固体、固体与液体、液体与液体分离的净水方法。

气浮技术已经在污水处理过程中广泛应用，包括溶气气浮、电解气浮、散气气浮和涡凹气浮技术。近年来随着多元工艺的结合，形成了多种新型气浮工艺，如聚结-气浮、气浮磁分离、旋流-气浮等。CDFU采用德国EDUR先进、可靠特殊气液两相泵，特殊的精密气体流量控制系统。相比传统溶气系统结构紧凑，气体溶解达到100%的饱和度。溶气效果见图2所示。

图2溶气泵流体力学模型及溶气效果图

溶气水经特殊设计的管道释放装置快速产生微纳米气泡，该装置采用管道大尺寸释放方式，能保证产生大量超微气泡，气泡细腻，均匀，粒径在5~30µm之间，同时防止释放装置内部堵塞。高效释放装置溶气释放效果见图3。待处理污水与溶气罐来的微纳米气泡快速混合，油滴（或悬浮物）与微纳米气泡高效碰撞后，被微纳米气泡捕捉，能够大幅提高浮选效率，加快实现油水快速浮选后分类。

图3 溶气微气泡效果图

含有微小气泡（粒径5~30微米）的水进入到高效旋流溶气气浮入口管线与进水混合后由底部切向进入到高效旋流溶气气浮容器，在底部产生弱旋流，弱旋流一方面使油滴和微纳米气泡向容器中心运移，另一方面也促进强化两者之间的碰撞粘附，然后发生气浮作用，浮升到液面的油滴-气泡-悬浮物-水的多相混合物由容器顶部靠压力排出，处理后的水由底部排出，图4为旋流分离示意图。为了进一步保证气浮和旋流的作用，在容器内部设置了旋流筒来有效控制旋流离心场，含油污水在高效旋流溶气气浮容器内部旋流分离和气浮分离综合作用效果远高于单独旋流和气浮作用，因此可以在很短的停留时间内拥有较高的效率。

图4 旋流溶气气浮分离示意图

3.2 产出液处理工艺流程图简介

产出液经三相分离器预处理后进入两级高效旋流溶气气浮进行深度处理,乳化油被超微气泡扑捉后在旋流作用下不断集聚、聚结破乳形成油团快速从污水中分离,破乳聚结后污油汇集回流排入前端三相分离器二次处理,处理后的污水进入下游处理装置进行进一步处理。

四、产出液处理处理效果分析

新增CDFU（高效旋流气浮装置）处理设备投产使用后，对产出液油水分离效果较好，出水水质外观得到答复改善，进出水主要水质指标对比情况如下表1和图2所示。

表1 CDFU运行检测数据表

图2 CDFU运行检测数据图

五、结论

新增CDFU（高效旋流气浮装置）处理设备投产使用后，产出液处理效果稳定，油水分离效果显著，产出液含油量平均值由进水约1275.2mg/L降至约114.7mg/L，平均值降低了1160.5mg/L，除油效率达到90.99%，大幅度超出80%的设计要求。

CDFU（高效旋流气浮装置）处理设备的投产使用解决了平台日常运行存在的动力液分离效果差问题，同时降低下游处理装置的处理负荷。CDFU（高效旋流气浮装置）处理设备在海上平台产出液处理工艺中具有广阔的应用前景。