稠油油田采出水回用热采锅炉给水技术

14 石油规划设计 第 17 卷第 4期 油气地面工程科技成果专辑（上） * 孙绳昆，男，1965 年生，高级工程师。1989 年毕业于哈尔滨建筑工程学院给排水专业，现任中油辽河工程有限公司环境工程所副所长。通信地址： 辽宁省盘锦市兴隆台区石油大街 93 号，124010 稠油油田采出水回用热采锅炉给水技术 孙绳昆等. 稠油油田采出水回用热采锅炉给水技术. 石油规划设计，2006，17（4）：14～16，28 摘 要 稠油油田采出水回用热采锅炉给水技术是稠油开发的重要配套技术。本文结合欢三 联污水深度处理工程，介绍了该项技术的工艺 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 、技术特点以及生产运行情况，并对运行成本、 经济效益以及存在问题进行了分析。生产实践表明：将稠油采出水深度处理回用热采锅炉给水， 技术上是可行的，具有较好的经济效益、社会效益和环境效益。 关键词 稠油开采 污水处理 热采锅炉 水质 MATCH_ word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 _1714106902807_0 工艺 技术 分析 辽河油田热采锅炉日用清水约 9 万 t，由于地表 水水质较差，所以热采锅炉使用地下水；由于过量的 开采，使地下水位急剧下降，大大超过临界水位线。 因此，对稠油脱出水进行处理后回用热采锅炉，是非 常必要的。 水质特征及分析方法 1 稠油采出水水质特征 稠油采出水的水质受油品性质、开采方式、集输 方式、脱水方式等因素影响，水质具有如下特征。 （1）稠油平均密度为 900 kg/m3，欢三联合站（以 下简称欢三联）的稠油密度为 967.2 kg/m3；一些特稠 油的密度在 990 kg/m3以上；因油水密度差小，原油颗 粒可长期悬浮在水中。 （2）稠油采出水具有较大的黏滞性，特别在水温 低时更显著。 （3）稠油在开发、集输和脱水过程中，为降低原 油黏度，往往将温度提高到 70～80℃，这样稠油采出 水的温度也较高。 （4）由于稠油中含有大量的胶质和沥青质成分， 它们是很好的天然乳化剂，并且在原油生产过程中经 过多次泵离心剪切作用等，易形成以微小油颗粒为中 心的水包油乳状液。 （5）稠油采出水不仅含有大量无机化合物、有机 物，而且高温、高压油藏的采出水携带许多悬浮固体， 溶解了各种盐类和气体；在采油、作业和集输过程中 还加入各种化学药剂，使稠油采出水含有多种杂质成 分且这些成分波动性较大。如欢三联稠油采出水就具 有这个特点，其水质主要指标见表 1。 表 1 欢三联来水水质 项 目 分析值 项 目 分析值 油和脂（mg/L） 500～1000 CL-（mg/L） 300～400 悬浮物（mg/L） 300～400 SO2-4（mg/L） 20～30 COD（mg/L） 300～500 HCO3-（mg/L） 1500～2000 硫化物（mg/L） 10～20 总矿化度（mg/L） 3000～4000 总铁（mg/L） 0.2～0.3 总硬度（mg/L） 70～100 二氧化硅（mg/L） 50～100 暂硬度（mg/L） 70～100 溶解氧（mg/L） 0.2～0.3 永硬度（mg/L） 0 K++Na+（mg/L） 1000～1500 总碱度（mg/L） 1500～2000 Mg2+（mg/L） 10～20 pH 值 7.5～8.0 Ca2+（mg/L） 10～20 水温(℃) 55～60 注：硬度、碱度以 CaCO3计，下同；油和脂不包括溶解油 通过上述水质分析可以看出，欢三联稠油采出 水属于低硬度、中等矿化度、较高碱度的重碳酸氢钠 型水。 2 热采锅炉用水指标 我国热采锅炉用水指标按《稠油集输及注蒸汽系 统设计 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 》（SY0027—94）中规定的指标执行。美 孙绳昆* 郭野愚 郭文奇 中油辽河工程有限公司 油气地面工程科技成果专辑 （上） 石油规划设计 2006年7月 15 国、加拿大热采锅炉给水指标见表 2。 表 2 各国热采锅炉给水指标 分析项目 中国 SY0027—94 美国 石油协会 加拿大 经验规定 溶解氧（mg/L） 0.05 0.1 0.05 总硬度（mg/L） 0.1 1.0 测不出 总铁（mg/L） 0.05 0.1 0.1 SiO2（mg/L） 50 50* 50 悬浮物（mg/L） 2 5.0 最好 1.0 5.0 最好 1.0 总碱度（mg/L） 2000 最大 2000 最大 2000 油和脂（mg/L） 2 1.0 1.0 矿化度（mg/L） 7000 最大 7000 溶解度决定 pH 值 7.5～11 7～12 7.5～9.1 注：美国石油协会标准中，对 SiO2有如下注释：若水的碱度是硬度的 3 倍以上，水中不存在其它结垢离子的条件下，SiO2含量可放宽 到 150 mg/L 3 水质分析方法 稠油采出水深度处理用作热采锅炉给水在我国起 步较晚，《稠油集输及注蒸汽系统设计规范》和《稠油 油田采出水用于蒸汽发生器给水处理设计规范》中对 水质分析方法没有具体规定。本文工程水质分析方法 是参照《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》 （SY/T5329—94）和国标有关水质分析方法进行的（详 见表 3）。 表 3 热采锅炉给水水质分析方法 分析项目 分析方法 溶解氧 SY/T5329—1994（测氧管比色法） 总硬度 SY/T5523—2000（络合滴定法） 总铁 SY/T5329—1994（硫氰酸盐法） SiO2 GB8538—1995（钼黄比色法） 总碱度 SY/T5523—2000（容量法） 悬浮物 SY/T5329—1994（重量法） 油和脂 SY/T5329—1994（光电比色法） 可溶性固体 SY/T5523—2000（容量法） pH值 SY/T5523—2000（pH计法） 欢三联稠油采出水处理工艺流程 稠油采出水处理工艺流程示意见图 1。 1 污水处理主工艺流程 在除油罐前投加反相破乳剂，主要除油；在浮选 机前加铝盐和絮凝剂，进一步除油和悬浮物；在机械 加速澄清池前投加镁盐、液碱和絮凝剂，主要去除 SiO2；在多介质过滤器前加助滤剂，经核桃壳过滤器 和多介质过滤器进一步除油和悬浮物达到设计指标； 弱酸软化器对滤后水进行软化，使硬度指标达到设计 要求。 2 污水处理次工艺流程 系统产生的各种污水，按照其水质污染程度，分 别进入污水池 A、B 格。过滤器初期反洗水、浓缩器 上清液、污泥脱出水、池（罐）放空水、溢流水等含 油、悬浮物比较多的污水进入污水池 A格，A格水经 泵提升后进入斜板沉淀器，经混凝沉降后出水进入污 水池 B格，底部污泥进入污泥池；过滤器后期反洗水、 软化器漂洗水等含油、悬浮物比较少的污水，进入污 水池 B 格。B 格污水经回收水泵提升进入机械加速澄 清池或调节水罐。 3 污泥脱水工艺流程 污水处理工艺中，产生污泥的单元主要是斜管除 油罐、浮选机、澄清池及斜板沉淀器。系统产生的污 泥流入污泥池，经污泥提升泵输送到污泥浓缩器，加 药浓缩后污泥进入污泥脱水泵，加压后污泥进入厢式 压滤机，脱水后污泥经皮带输送机输送到污泥装车间， 污泥装车卫生填埋。 4 事故状态检测及事故流程 为了防止过滤软化设备受到非正常水质污染，在 核桃壳过滤器进口处安装在线浊度仪表。当在线检测 仪表检测到水质超过正常范围时，发出信号；再通过 手工取样化验确认水质超过正常允许值时，关闭过滤 泵出水到核桃壳过滤器阀门，将不合格水切换到调节 水罐前，开始运行事故流程。与此同时，采取调整加 药种类、数量等措施，消除水质超标带来的不利影响。 5 仪表及自动化控制 自控系统采用的是 DCS 集散控制系统。该系统集 DCS 和 PLC 的特长于一体，既可用于模拟量的数据采 集，又可作连续过程控制及调节，也可快速处理各种 开关量的逻辑控制。 技术特点 1 新技术特点 （1）采用微絮凝过滤技术，保证出水悬浮物小于 2 mg/L。 （2）采用接触絮凝、澄清除硅技术。 稠油 采出水 调节 水罐 提升泵 混凝 沉降罐 溶气 浮选机 多介质 过滤器 核桃壳 过滤器 过滤泵 机械加速 澄清池 一级弱酸 软化器 二级弱酸 软化器 外输罐 外输泵 热注站 图 1 稠油采出水处理工艺示意 16 石油规划设计 第 17 卷第 4期 油气地面工程科技成果专辑（上） （3）提升泵、外输泵、加药泵采用变频调速技术。 （4）采用电磁调速技术，解决污泥脱水机自动保 压问题。 （5）采用超声波技术，解决重力输水管道流量计 量问题。 （6）采用内喷涂料技术，解决钢管水质二次污染 问题。 2 新设备特点 （1）采用高效溶气浮选机，该机功能齐备，工作 稳定可靠，出水水质高，占地比常规溶气浮选机节约 约 50%；浮选机进水采用管道混合器进行药剂混合， 内部采用斜板提高固液分离效率，底部设有刮泥机， 顶部设有 2部刮渣机。 （2）采用全自动多介质精细过滤器，配有化学清 洗设备 1套，设备出水含油和悬浮物均小于 2 mg/L， 保证了进热采锅炉水质指标。 （3）采用大孔弱酸树脂固定床软化器，运行可靠、 稳定，操作便利。 （4）采用体外撮洗全自动核桃壳过滤器。 （5）调节水罐采用浮动收油装置，收油效果好， 操作便利。 （6）采用立式螺杆泵将污油输送污油池内，室外 安装，既简化了工艺，又节省了污油泵房。 （7）采用厢式压滤机进行含油污泥脱水，脱出污 泥含水率比离心脱水低约 10%。 3 新材料特点 （1）采用新型反相破乳剂，更好地适应含油污水 性质。 （2）采用国产大孔弱酸树脂 D113，软化含油污水。 （3）采用耐高温、耐腐蚀的玻璃纤维斜管，提高 单体处理效率，节约占地。 （4）采用既耐酸碱又耐油的特殊橡胶制品作为弱 酸软化器及配管内衬，保证设备及管道的使用寿命。 （5）采用 FRP/PVC 复合管道输送浓盐酸液体，解 决管道腐蚀和强度问题。 （6）采用 PPR 非金属管道输送有腐蚀性的化学药 剂，解决管道腐蚀问题。 生产运行分析 1 处理后的水质 欢三联污水深度处理后的水质分析结果见表 4。 2 工艺评价 （1）生产运行表明，污水处理主流程所确定的重 力除油、浮选、过滤和软化工艺是可靠适用的，处理 表 4 处理后水质分析数据 分析项目 日平均值 分析项目 日平均值 *溶解氧（mg/L） 0.02 悬浮物（mg/L） 1.80 总硬度（mg/L） 未检出 油和脂（mg/L） 0.18 总铁（mg/L） 未检出 可溶性固体（mg/L） 3400（5200） SiO2（mg/L） 74（41） pH值 8.0（9.5） 总碱度（mg/L） 1400（1800） 注：括号内为除硅后数据。污水输送到热注站后，在热注站进行脱氧处理， 达标后进热采锅炉 后水质达到了设计要求，能够满足生产运行。 （2）污水处理次流程运行灵活，污水清浊分开， 大大改善了水质波动。 （3）污泥脱水工艺运行可靠，既可处理硅泥也可 处理含油污泥，脱水后含油污泥含水率约达 60%，方 便外运。 （4）镁盐机械加速澄清池除硅工艺可将 SiO2处理 到 50 mg/L 以下，但污泥层控制较困难，技术和管理 要求高。针对欢三联低硬度、高碱度含油污水，主要 是氢氧化镁絮体轻，泥浆层在澄清区容易翻浆，出水 携带的小絮体易堵塞多介质过滤器。 3 操作成本及经济效益分析 通过生产测算，1 m3污水处理操作成本约 3.05 元 （不包括除硅部分操作成本），其中药剂费 2.06 元、 电费 0.42 元。处理 1 m3污水的除硅药剂费约 3.30 元。 经济效益估算，水量以 20 000 m3/d 计算。热能的 利用每年节约约 2 920 万元（稠油污水温度 55℃，清 水温度 15℃，燃料油按 700 元/t 计算）；每年节省排污 费 73 万元（达标外排费 0.1 元/m3，暂不计污染费）； 每年回收原油费约 255 万元（回收原油 10 t/d，原油按 700 元/t 计算）；每年节省清水资源费 1 022 万元（水 价按 1.4 元/m3计算）。由此可以看出，稠油采出水回 用热采锅炉给水具有较好的经济效益。 热采锅炉给水水质标准探讨 1 我国的热采锅炉给水指标值需进一步验证 美国、加拿大利用稠油采出水处理后回用热采锅 炉的技术已有 20 余年的历史。我国从事这项技术的试 验研究和工程实践较晚，热采锅炉给水指标是参照国 外有关数据制定的，有些指标的经济合理性需要进一 步验证。 （1）水中 Cl-的含量，较高的 Cl-含量对钢材的腐 蚀作用。 （下转第 28 页） 28 石油规划设计 第 17 卷第 4期 油气地面工程科技成果专辑（上） 剂的抗药周期大于 100 天。 （ 2）研制出了适合于三元采出液处理用 SP-1001 油水分离剂，现场实际应用时取替了联合 站系统所用的常规破乳剂。该药剂在聚北一联合站 应用后,原有的一段游离水脱除加二段电脱水采出 液处理工艺和两级沉降加一级石英砂过滤含油污水 处理工艺不变的情况下，在游离水脱除器进液中投 加 60 mg/L 油水分离剂 SP-1001 后，净化原油油中 含水在 0.1%以下，该站处理后污水的平均油含量由 投加油水分离剂前的 99.0 mg/L 降低到 9.9 mg/L。污 水中油含量达到了注水水质相应的指标要求，处理 1 m3液的药剂费用为 0.51 元/m3。 （ 3）研制出了适合于油田含聚污水处理 CL-6004 絮凝剂和适合于水驱含油污水处理 CL-6005 絮凝剂，解决了常规有机絮凝剂易堵塞滤 罐问题。在现有的聚合物驱含油污水处理工艺流程 上，当来水聚合物含量约为 400 mg/L 时，在二次沉 降罐前投加 CL-6004 絮凝剂 5mg/L，滤前投加 1 mg/L，处理后水质可达到聚驱高渗透层注水水质 指标要求。 在絮凝剂总投加量不变的条件下，两点加药的 处理效果优于一点加药的处理效果。CL 系列絮凝剂 处理每立方米水的药剂费用为 0.03 元/m3。 2 经济效益分析 目前 BC-2001 型杀菌剂，已在第三采油厂、第 四采油厂、第五采油厂的 10 余座污水处理站使用。 SP-1001 型油水分离剂已在第一采油厂、第二采油 厂、第四采油厂、第五采油厂、第七采油厂的 9 座 联合站使用。同时，CL-6004 絮凝剂已在第五采油 厂、第六采油厂、第七采油厂、第八采油厂的 9 座 污水处理站使用。据测算，BC-2001 型杀菌剂的应 用，共计产生经济效益 1597.08 万元/a；SP-1001 型 油水分离剂的应用，共计产生经济效益 3706.86 万 元/a；CL-6004 絮凝剂的应用，共计产生经济效益 约 850 万元/a。 收稿日期：2006-01-18 编辑：马三佳 （上接第 16 页） （2）SiO2 含量。我国行业标准中规定热采锅炉 给水 SiO2 小于 50 mg/L，而美国石油协会标准中对 SiO2含量有这样注释，“如果给水碱度是硬度的3倍 以上，在不存在其它结垢离子的条件下，SiO2 可放 宽到 150 mg/L”。SiO2含量多少为宜，还与热采锅炉 产生蒸汽干度有关。例如：进入锅炉中 SiO2 150 mg/L，当 80%水变成蒸汽，20%水中 SiO2含量变为： 150×100/20=750 mg/L；若蒸汽干度为 75%，则水中 SiO2含量只为 600 mg/L；干度每降低 5%，水中 SiO2 含量减少 8%。另外从锅炉硅垢成分可以看出，如果 水中硬度和铁含量很低，也可适当提高给水中 SiO2 含量。 （3）硬度含量。我国行业标准中规定热采锅炉 给水硬度小于 0.1 mg/L（以 CaCO3计），而美国石油 协会规定小于 1 mg/L，加拿大经验值为检不出。我 们通常用离子交换法作为软化最终处理工艺，离子 交换又有强酸树脂交换和弱酸树脂交换，显然出水 硬度与树脂本身性质有关；另外也与化验分析方法 有关，不同硬度分析方法，分析精度也不一样。 2 我国的热采锅炉给水指标的分析方法需进 一步明确 无论是《稠油集输及注蒸汽系统设计规范》，还 是《稠油油田采出水用于蒸汽发生器给水处理设计 规范》都没给出水质化验分析方法。而不同的分析 方法，其分析数值有差异。 3 我国热采锅炉水质标准，除规定给水标准 外，有必要制定炉水标准 我国热采锅炉水质标准，除规定给水标准外， 有必要制定炉水标准。例如，在锅炉给水 pH 值指 标为 7.5～11 时，而实测中的炉水 pH 值却超过 12， 有的甚至达到 13 以上，容易使炉管发生碱脆。另外， 在同一进水条件下，热采锅炉在不同干度条件下运 行时，炉水的水质成分也不相同。 参 考 文 献 [1] 李化民等. 油田石油污水处理. 北京：石油工业出版 社，1992 [2] M.帕拉茨. 热力采油. 北京：石油工业出版社，1989 [3] 倪怀英. 陆上油田含油废水的处理. 石油与天然气化 工. 1988，17（4） 收稿日期：2006-01-18 编辑：马三佳