Journal of Oil and Gas Technology 石油天然气学报, 2020, 42(2), 99-106
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Published Online June 2020 in Hans. www.hanspub/journal/jogt
doi/10.12677/jogt.2020.422021
Application of Highly Efficient Adaptive
Mini-Swirl Flotation Deoil Technology in
Produced Water Treatment of Offshore
Heavy Oil-Field
Yaru Wang1, Dayan Lu2, Jinpeng Zhang2, Pinyi Dai3, Yiqian Liu3, Qiang Yang3*
1Qinhuangdao 32-6 Operating Company, CNOOC (China) Co., Ltd., Tianjin
2Engineering Technology Branch, CNOOC Energy Development Co., Ltd., Tianjin
nick什么意思3School of Mechanical and Power Engineering, East China University of Science and Technology, Shanghai
Received: Mar. 17th, 2020; accepted: Apr. 20th, 2020; published: Jun. 15th, 2020
Abstract
This paper introduces the application of a new compact and highly efficient adaptive mini-swirl floatation deoil (AMFD) technology in the process of produced water treatment in a heavy oil-field in Bohai Sea. Under the conditions of 1500~2500 mg/L oil content of inlet produced water, flow rate of 250 m3/h, pressure of 250 kPa and crude oil density of 0.92~0.96 g/cm3, the average oil content of export is 106.1 mg/L. The processing capacity parameter FA of offshore platform de-vices is 16.85 m/h. The evaluation parameter FV of occupied space is 5.61. While improving the oil removal efficiency, AMFD parator is 16.7% smaller than the traditional slant plate deoiler. In terms of volume, it is only 50% of the volume of the cyclone deoiler. This technology can adapt to the condition of large flow fluctuation and provides technical support for the produced water ex-pansion and transformation of the existing offshore oil field platform.
Keywords
Produced Water, Adaptive Mini-Swirl Flotation Deoil, Offshore Heavy Oil-Field, Deoiling
*通信作者。英文 翻译
王亚儒 等
高效自适应微气浮除油技术在海上重质油田生产水处理中的应用
王亚儒1，卢大雁2，张金鹏2，代品一3，刘懿谦3，杨 强3*
1
中海石油(中国)有限公司秦皇岛32-6作业公司，天津 2中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津
3华东理工大学机械与动力工程学院，上海
收稿日期：2020年3月17日；录用日期：2020年4月20日；发布日期：2020年6月15日
摘 要
reciprocally本研究介绍了一种新型紧凑式高效自适应微气浮除油技术在渤海某重质油田平台生产水处理过程中的应用。该成套技术设备在入口生产水含油1500~2500 mg/L ，流量250 m 3/h ，压力250 kPa ，原油密度0.92~0.96 g/cm 3的条件下，出口平均油含量106.1 mg/L ；海上平台设备处理能力及占地空间的综合评价指标FA 为16.85 m/h ，FV 为5.61 h −1，较传统斜板除油器，在提升除油效率的同时，占地面积缩小了61.1%；在体积上，仅为旋流除油器体积的50%。该技术可适应较大流量波动及较宽范围油含量的条件，为现有海上油田平台生产水扩能改造提供了技术支撑。
领导者英文
关键词
生产水，自适应微气浮，海上重质油田，除油
Copyright © 2020 by author(s), Yangtze University and Hans Publishers Inc. This work is licend under the Creative Commons Attribution International Licen (CC BY 4.0). creativecommons/licens/by/4.0/
1. 背景
渤海油田1985年投入开发，是目前中国海上最大的油田，也是全国第二大原油生产基地[1]。迄今为止，渤海油田已经发现了多个亿吨级大油田，形成四大生产油区和八个生产作业单元，在生产油田超过50个，拥有各类采油平台100余座。经过三十五年的开发，渤海油田已经进人高含水期，部分油田采出液中含水量超过90% [2] [3]，多数平台拟对生产水系统扩能进而提升原油产量。
由于我国渤海油田大多为稠油油田，因此现有的生产水中含有以石油类为主的种类复杂的有机物，以及胶质悬浮物、大颗粒物[4]等，处理较为困难。目前处理流程大致分为四段：预处理、达标除油处理、深度净化处理和回注，对应技术设备分别为三相分离器、斜板除油器、气浮除油器以及核桃壳过滤器[5]。
近年来随着研究人员对旋流场的理解逐渐深入，发现旋流场可以应用于分散相的分选及排序，并进一步协助提高分离性能[6]。将旋流离心场与不同形式的电场相结合，使得旋流器对油水混合物的分离进一步强化，广泛应用于油水两相分离[7] [8] [9]；通过引入弱旋流场和气浮技术融合在一台设备中，形
成Open Access
高效自适应微气浮除油技术在海上重质油田生产水处理中的应用
了气浮旋流一体化设备(CFU)新型气浮工艺[10]。CFU实现了气浮和旋流分离技术的优势互补，进一步降低油滴直径去除下限，提高油水分离效率，已经在海上平台获得广泛的工业化应用，并取得了良好的效果[11]。由于生产水中油滴密度大、粘度大，为了满足进气浮处理的要求，保证油含量和悬浮物浓度，一般选用斜板除油器作为气浮除油器的预处理设施。但斜板除油器存在体积大、除油效率低的问题，限制了旧平台水系统的扩能提产，而对于新平台来说存在综合造价高的问题。
比较英文
本工作介绍了一种新式高效自适应微气浮除油技术(Adaptive Mini-swirl Flotation Deoil，简称AMFD)在渤海某重质油田平台生产水扩能改造中的应用。研究了进口流量、压力、含油量，以及清水剂的使用量对该技术处理效果的影响，并讨论了海上平台核心指标处理量及占地空间的综合评价指标FA、FV [12]与传统斜板除油技术的比较。
2. AMFD技术简介
在海上重质油田，由于生产水中油滴密度大、粘度大以及生产水来液波动，旋流分离器不适用，因此一般选用斜板除油器作为紧凑气浮除油器(CFU)的预处理技术，其除油原理源于Boycott效应[13]，即
legging是什么意思在倾斜通道中，可以增大颗粒的沉降面积，减少沉降距离，明显地促进矿粒在悬浮液中的沉降，从而增大处理量。设计方法多采用多组斜板平行放置的TPI形式[14][15]，设计指标一般要求从进口2000 mg/L 降低到300 mg/L以内，静止分离时间一般为10~15分钟，占地面积大。华东理工大学杨强教授团队利用生产水中存在的溶解气降压时可产生微米级气泡，将旋流、气浮有机结合在一起，研发了AMFD技术，原理如图1(a)所示。
AMFD基于粒径分级分离，分为主分离腔及副分离腔两部分。油水气从主分离腔的底部进入分离器内部，在旋转叶片作用下，形成旋转流运动，大粒径气泡、油滴在旋流作用下被快速分离，从主分离腔的上部排出；而未分离的小粒径油滴及气泡进入旋转半径较小的副分离腔，在较大离心力作用下实现快速分离。当所处流场较低时，主分离腔旋转流速较小，只起到分配作用，副分离腔起到主要分离作用，因此可适应较大的流量波动范围，从而保证了AMFD分离器对大粒径和小粒径的气泡、油滴均具有较高的分离效率以及对入口工况变化的适应性。AMFD与水力旋流器类似，通过多芯管并联形式实现较大的处理量，如图1(b)，具有在入口流量波动大、油含量范围宽的条件下保持高效的除油性能的优势。
Figure 1. AMFD. (a) Structural schematic diagram; (b) Multi-tube
integrated device diagram去野餐
图1. AMFD。(a) 结构原理图；(b) 多管集成设备图
王亚儒等
3. AMFD应用效果
渤海某油田平台为中心处理平台，新旧共两套水处理系统，可处理生产水总量为54,000 m3/d。采出液原油密度0.92~0.96 g/cm3，含烃、苯、醚、酮、醛等百余种有机物，大量的颗粒悬浮物以及气泡。其中，旧系统应用斜板除油器技术，生产水处理量36,000 m3/d；新系统采用了AMFD技术，生产水处理量18,000 m3/d，处理流程如图2所示。含油污水从AMFD分离器进口进入，经AMFD内件分离后，油相从顶部油包排出；水相从底部排出进入下一级分离。
infosysFigure 2. AMFD water treatment process
图2. AMFD水处理流程
3.1. 进口流量对处理效果的影响
AMFD分离器设计处理流量为250 m3/h，为验证设备的操作弹性，研究了在相同压力下，不同流量对分离效率的影响。流量与分离效率关系曲线如图3所示。
由图可以看出，当流量在80~280 m3/h波动范围内，设备平均分离效率为90.2%，且分离效率稳定在
87.0%以上。当处理流量发生变化时，不仅停留时间改变，设备内部流场以及流体流态也在变化。其中，
当流量为200~260 m3/h时，设备内部流场以及流体流态达到实验压力下的较佳状态，此时，设备分离效率最高可达到96.1%。因此，AMFD分离器在设计处理范围内，该技术能有效对平台含油生产水进行处理。
Figure 3. Area chart: AMFD paration efficiency at different flow ratesheaders
图3. 不同流量下AMFD分离效率面积图
高效自适应微气浮除油技术在海上重质油田生产水处理中的应用
3.2. 进口油含量对处理效果的影响
在进口流量为250 m 3/h 条件下，研究了进口油含量对处理效果的影响，如图4所示。
Figure 4. Effect of inlet oil content on paration efficiency
图4. 进口油含量对分离效率的影响
进口生产水油含量从800 mg/L 逐渐提升至2700 mg/L ，出口油含量随之由70 mg/L 逐渐缓慢增长至160 mg/L ，平均进口油含量1565.6 mg/L ，平均出口油含量106.1 mg/L 。测试中，出口最低油含量28 mg/L ，出口最高油含量224 mg/L ，平均分离效率93.0%。
AMFD 技术主要针对悬浮态、分散态和粒径在3 μm 以上的乳化态油滴的去除，在分离精度上无法对粒径小于3 μm 的油滴进行高效分离。随着油含量的升高，更多的油是以前者存在，因此，出口油含量虽然随着进口油含量增加而有所增加，但分离效率却在稳步增长，当进口油含量增长到2000 mg/L 以上，分离效率能够稳定在95%以上。
3.3. 进口压力对处理效果的影响
AMFD 分离器设备进口压力决定了生产分离器与AMFD 设备之间的差压，进而影响了生产水进入AMFD 设备的气体的体积流量及气泡尺寸，因此AMFD 分离器设备进口压力波动对分离性能影响较大。生产分离器与AMFD 分离器不同差压下的分离效率曲线参见图5。
Figure 5. Curve: paration efficiency under different pressure difference
图5. 不同压差下分离效率曲线图
