CDFU旋流溶气气浮技术在海上平台产出液处理中的研究与应用

摘要：本文深入探讨了旋流溶气气浮技术在海洋石油平台产出液深度处理领域的应用与研究。随着三次采油技术的普及及海上开采不断向纵深发展，海上油田在面临受处理液量大、空间受限等固有条件制约下，其传统处理工艺正遭遇一系列严峻挑战，包括油水分离效能衰减、回注水水质指标恶化、化学药剂投加量持续攀升及注入困难等，已难以适应当前复杂的生产需求。旋流溶气气浮工艺（CDFU）凭借其卓越的油水分离效率与显著的紧凑型结构优势，为破解上述瓶颈提供了创新性的解决方案，在海上平台产出液处理中展现出极具潜力的应用前景。

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

海上油田作为国家能源供给的战略要地，其产量已突破5000万吨大关，贡献了国内原油增产总量的近60%。其中，稠油产量占比超过海上原油总产量的一半，实现海上稠油的持续高效开采，已成为保障国家能源安全的关键环节。在此背景下，蒸汽吞吐热采与化学驱等强化采油技术，因其对海上稠油储层的良好适应性，得到了广泛应用。

然而，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，长期注入的聚合物药剂显著改变了产出液的物理化学性质，导致一系列处理瓶颈：

• 体系乳化加剧，分离负荷沉重：聚合物导致油水形成异常稳定的乳化体系，分离难度陡增，致使脱出水含油量急剧上升，处理后原油含水率也难以稳定达标。

• 药剂效能降低，运营成本承压：传统破乳剂对聚驱产出液的处理效果明显衰退。为满足处理要求，现场不得不大幅提高药剂投加量，直接推高了运营成本。

• 设备面临挑战，维护负担加重：现有处理单元（如换热器）在应对聚驱产出液时，易出现结焦与堵塞，需要频繁停机清洗，不仅增加了维护工作量，更影响了整个处理系统的连续稳定运行。

• 副产物处置困难，波及下游流程：工艺过程中产生的大量粘性污油泥，给现场操作带来麻烦，并对下游处理设施的正常运行构成持续影响。

综上所述，随着海上油田开发的不断推进，产出液组分日趋复杂，现有传统处理工艺在上述因素的叠加影响下，已难以满足当前高效、集约化的生产需求，工艺升级与技术革新迫在眉睫。

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丰富，自1996年启动勘探，2000年开钻首口油井，2005年完成系统产量评估。该油田探明石油地质储量达5222.07×104m³，其中重质稠油储量4187.87×104m³，占比高达85%，稠油开采价值显著。该平台射流泵动力液分离器所处理的产出液温度区间为35–60℃，含油量最高可达20%，且介质中含有大量泡沫，乳化程度严重，整体水质状况较差。目前产出液分离效果不理想，影响后续处理工艺的稳定运行，制约平台整体生产系统的处理效率与达标能力。

三、 产出液处理新工艺

为应对上述产出液处理难点，项目团队对当前市场上多种主流处理工艺开展了系统性调研与综合比选。在充分评估各项技术的适用性、成熟度与处理效能后，最终选择CDFU（高效旋流气浮装置）处理技术。该技术已在实际工业场景中积累了可靠的运行数据，在中石油独山子石化电脱盐污水处理、吐哈油田含油污水治理，以及中海油渤海区域海上平台油污水处理等多个项目中成功投用。

CDFU，全称为Cyclonic Dissolved gas Flotation Unit，即高效旋流气浮装置。其技术核心在于创新性地将旋流离心分离与溶气气浮分离两类高效单元进行一体化集成，形成协同增效的处理系统。该装置通过旋流场与溶气微纳米气泡的综合作用，显著强化了油滴和悬浮物的捕集与去除过程，不仅大幅提升浮选效率，更有效缩短了水力停留时间，从而实现含油污水的高效、快速净化，尤其适用于各类难处理工业含油（含悬浮物）废水。

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

气浮技术是一项成熟的物理化学分离工艺，其核心机理在于向待处理水体中注入大量高度分散的微纳米气泡，使其作为运载介质，与水中呈悬浮状态的油滴或絮凝物质发生有效吸附，形成“气泡-颗粒”复合体。该复合体因整体密度低于水体，在浮力驱动下迅速上浮至液面，聚集为易于机械清除的浮渣层，从而实现油与水、固与液之间的高效分离，达成水质净化的工程目标。

气浮技术是通过向待处理水体中注入高密度分散的微纳米气泡，使其作为介导载体，与水中悬浮的油滴、颗粒或絮状物发生粘附，形成表观密度低于水体的复合浮体，依托浮力效应迅速上浮至液面富集为浮渣，进而实现油-水-固多相体系高效分离的物理净化方法。

气浮技术作为高效的物理分离方法，已在各类污水处理工艺中获得广泛应用，主要包括溶气气浮、电解气浮、散气气浮及涡凹气浮。近年来，随着多技术融合创新的不断深入，涌现出聚结-气浮、气浮-磁分离、旋流-气浮等复合型新工艺，显著提升了处理效能与适应性。其中，旋流溶气气浮（CDFU）集成德国EDUR先进气液两相泵与高精度气体流量控制系统，实现气体100%饱和溶解，系统结构高度紧凑，运行稳定可靠，在提升溶气效率与能源利用率方面表现卓越。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

溶气水经由特殊设计的管道释放装置，可高效生成大量微纳米气泡。该装置采用大尺寸管道释放结构，既能确保产生粒径均匀、细腻的超微气泡（粒径范围5~30µm），又能有效避免内部堵塞问题，显著提升溶气释放效率。高效释放装置溶气释放效果见图3。

图3 溶气微气泡效果图

携带有微纳米气泡（粒径5~30微米）的水体进入高效旋流溶气气浮单元入口管线，与进水混合后自底部切向进入容器内部，形成弱旋流场。该流场一方面促使油滴与气泡向轴心区域迁移，另一方面强化二者间的碰撞与粘附概率。随后在气浮作用下，油‑气泡‑悬浮物所组成的多相混合物上浮至液面，经由压力排油系统排出，净化后的清水则由底部出口排放。图4为旋流分离结构示意图。

图4 旋流溶气气浮分离示意图

为进一步增强旋流与气浮的协同效应，容器内部设有专用旋流筒，以精确控制离心力场强度。旋流分离与气浮浮选在此复合作用下形成显著增效，使CDFU装置在极短停留时间内即可达到远高于单一技术的污染物去除效率。

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单元进行深度处理。在此过程中，乳化油被超微气泡捕获，随后在旋流作用下持续集聚、聚结并破乳，形成油团后快速从污水中分离。破乳聚结后的污油会汇集回流，排入前端三相分离器进行二次处理；经气浮处理后的污水则进入下游处理装置，以作进一步处理。

四、产出液处理处理效果分析

新增的 CDFU（高效旋流气浮装置）处理设备投产使用后，对产出液的油水分离效果显著提升，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，油水分离成效显著。处理后产出液含油量均值由进水的约 1275.2mg/L 降至约 114.7mg/L，平均降幅达 1160.5mg/L，除油效率高达 90.99%，大幅度超出 80% 的设计要求。

CDFU（高效旋流气浮装置）处理设备的的投产使用，成功解决了平台日常运行中动力液分离效果不佳的难题，同时有效降低了下游处理装置的运行负荷。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备广阔的应用前景。