摘要：本文深入探討了旋流溶氣氣浮技術(shù)在海洋石油平臺(tái)產(chǎn)出液深度處理領(lǐng)域的應(yīng)用與研究。隨著三次采油技術(shù)的普及及海上開(kāi)采不斷向縱深發(fā)展，海上油田在面臨受處理液量大、空間受限等固有條件制約下，其傳統(tǒng)處理工藝正遭遇一系列嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，包括油水分離效能衰減、回注水水質(zhì)指標(biāo)惡化、化學(xué)藥劑投加量持續(xù)攀升及注入困難等，已難以適應(yīng)當(dāng)前復(fù)雜的生產(chǎn)需求。旋流溶氣氣浮工藝（CDFU）憑借其卓越的油水分離效率與顯著的緊湊型結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，為破解上述瓶頸提供了創(chuàng)新性的解決方案，在海上平臺(tái)產(chǎn)出液處理中展現(xiàn)出極具潛力的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：海上平臺(tái)；產(chǎn)出液處理；旋流溶氣氣浮（CDFU）

一、 海上平臺(tái)產(chǎn)出液處理現(xiàn)狀

海上油田作為國(guó)家能源供給的戰(zhàn)略要地，其產(chǎn)量已突破5000萬(wàn)噸大關(guān)，貢獻(xiàn)了國(guó)內(nèi)原油增產(chǎn)總量的近60%。其中，稠油產(chǎn)量占比超過(guò)海上原油總產(chǎn)量的一半，實(shí)現(xiàn)海上稠油的持續(xù)高效開(kāi)采，已成為保障國(guó)家能源安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在此背景下，蒸汽吞吐熱采與化學(xué)驅(qū)等強(qiáng)化采油技術(shù)，因其對(duì)海上稠油儲(chǔ)層的良好適應(yīng)性，得到了廣泛應(yīng)用。

然而，隨著采油時(shí)間的延長(zhǎng)，油田開(kāi)采技術(shù)存在的相關(guān)問(wèn)題也非常突出。如聚合物驅(qū)開(kāi)采油田中，長(zhǎng)期注入的聚合物藥劑顯著改變了產(chǎn)出液的物理化學(xué)性質(zhì)，導(dǎo)致一系列處理瓶頸：

• 體系乳化加劇，分離負(fù)荷沉重：聚合物導(dǎo)致油水形成異常穩(wěn)定的乳化體系，分離難度陡增，致使脫出水含油量急劇上升，處理后原油含水率也難以穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

• 藥劑效能降低，運(yùn)營(yíng)成本承壓：傳統(tǒng)破乳劑對(duì)聚驅(qū)產(chǎn)出液的處理效果明顯衰退。為滿足處理要求，現(xiàn)場(chǎng)不得不大幅提高藥劑投加量，直接推高了運(yùn)營(yíng)成本。

• 設(shè)備面臨挑戰(zhàn)，維護(hù)負(fù)擔(dān)加重：現(xiàn)有處理單元（如換熱器）在應(yīng)對(duì)聚驅(qū)產(chǎn)出液時(shí)，易出現(xiàn)結(jié)焦與堵塞，需要頻繁停機(jī)清洗，不僅增加了維護(hù)工作量，更影響了整個(gè)處理系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

• 副產(chǎn)物處置困難，波及下游流程：工藝過(guò)程中產(chǎn)生的大量粘性污油泥，給現(xiàn)場(chǎng)操作帶來(lái)麻煩，并對(duì)下游處理設(shè)施的正常運(yùn)行構(gòu)成持續(xù)影響。

綜上所述，隨著海上油田開(kāi)發(fā)的不斷推進(jìn)，產(chǎn)出液組分日趨復(fù)雜，現(xiàn)有傳統(tǒng)處理工藝在上述因素的疊加影響下，已難以滿足當(dāng)前高效、集約化的生產(chǎn)需求，工藝升級(jí)與技術(shù)革新迫在眉睫。

二、 渤海某海上平臺(tái)產(chǎn)出液現(xiàn)狀

渤海東部海域某海上采油平臺(tái)油氣資源豐富，自1996年啟動(dòng)勘探，2000年開(kāi)鉆首口油井，2005年完成系統(tǒng)產(chǎn)量評(píng)估。該油田探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量達(dá)5222.07×104m3，其中重質(zhì)稠油儲(chǔ)量4187.87×104m3，占比高達(dá)85%，稠油開(kāi)采價(jià)值顯著。該平臺(tái)射流泵動(dòng)力液分離器所處理的產(chǎn)出液溫度區(qū)間為35–60℃，含油量最高可達(dá)20%，且介質(zhì)中含有大量泡沫，乳化程度嚴(yán)重，整體水質(zhì)狀況較差。目前產(chǎn)出液分離效果不理想，影響后續(xù)處理工藝的穩(wěn)定運(yùn)行，制約平臺(tái)整體生產(chǎn)系統(tǒng)的處理效率與達(dá)標(biāo)能力。

三、 產(chǎn)出液處理新工藝

為應(yīng)對(duì)上述產(chǎn)出液處理難點(diǎn)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對(duì)當(dāng)前市場(chǎng)上多種主流處理工藝開(kāi)展了系統(tǒng)性調(diào)研與綜合比選。在充分評(píng)估各項(xiàng)技術(shù)的適用性、成熟度與處理效能后，最終選擇CDFU（高效旋流氣浮裝置）處理技術(shù)。該技術(shù)已在實(shí)際工業(yè)場(chǎng)景中積累了可靠的運(yùn)行數(shù)據(jù)，在中石油獨(dú)山子石化電脫鹽污水處理、吐哈油田含油污水治理，以及中海油渤海區(qū)域海上平臺(tái)油污水處理等多個(gè)項(xiàng)目中成功投用。

CDFU，全稱為Cyclonic Dissolved gas Flotation Unit，即高效旋流氣浮裝置。其技術(shù)核心在于創(chuàng)新性地將旋流離心分離與溶氣氣浮分離兩類高效單元進(jìn)行一體化集成，形成協(xié)同增效的處理系統(tǒng)。該裝置通過(guò)旋流場(chǎng)與溶氣微納米氣泡的綜合作用，顯著強(qiáng)化了油滴和懸浮物的捕集與去除過(guò)程，不僅大幅提升浮選效率，更有效縮短了水力停留時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)含油污水的高效、快速凈化，尤其適用于各類難處理工業(yè)含油（含懸浮物）廢水。

工藝簡(jiǎn)圖如下圖1所示。

圖1 工藝簡(jiǎn)圖

3.1 產(chǎn)出液處理工藝原理

氣浮技術(shù)是一項(xiàng)成熟的物理化學(xué)分離工藝，其核心機(jī)理在于向待處理水體中注入大量高度分散的微納米氣泡，使其作為運(yùn)載介質(zhì)，與水中呈懸浮狀態(tài)的油滴或絮凝物質(zhì)發(fā)生有效吸附，形成“氣泡-顆?！睆?fù)合體。該復(fù)合體因整體密度低于水體，在浮力驅(qū)動(dòng)下迅速上浮至液面，聚集為易于機(jī)械清除的浮渣層，從而實(shí)現(xiàn)油與水、固與液之間的高效分離，達(dá)成水質(zhì)凈化的工程目標(biāo)。

氣浮技術(shù)是通過(guò)向待處理水體中注入高密度分散的微納米氣泡，使其作為介導(dǎo)載體，與水中懸浮的油滴、顆?；蛐鯛钗锇l(fā)生粘附，形成表觀密度低于水體的復(fù)合浮體，依托浮力效應(yīng)迅速上浮至液面富集為浮渣，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)油-水-固多相體系高效分離的物理凈化方法。

氣浮技術(shù)作為高效的物理分離方法，已在各類污水處理工藝中獲得廣泛應(yīng)用，主要包括溶氣氣浮、電解氣浮、散氣氣浮及渦凹?xì)飧?。近年?lái)，隨著多技術(shù)融合創(chuàng)新的不斷深入，涌現(xiàn)出聚結(jié)-氣浮、氣浮-磁分離、旋流-氣浮等復(fù)合型新工藝，顯著提升了處理效能與適應(yīng)性。其中，旋流溶氣氣浮（CDFU）集成德國(guó)EDUR先進(jìn)氣液兩相泵與高精度氣體流量控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)氣體100%飽和溶解，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)高度緊湊，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，在提升溶氣效率與能源利用率方面表現(xiàn)卓越。溶氣效果見(jiàn)圖2所示。

圖2 溶氣泵流體力學(xué)模型及溶氣效果圖

溶氣水經(jīng)由特殊設(shè)計(jì)的管道釋放裝置，可高效生成大量微納米氣泡。該裝置采用大尺寸管道釋放結(jié)構(gòu)，既能確保產(chǎn)生粒徑均勻、細(xì)膩的超微氣泡（粒徑范圍5~30μm），又能有效避免內(nèi)部堵塞問(wèn)題，顯著提升溶氣釋放效率。高效釋放裝置溶氣釋放效果見(jiàn)圖3。

圖3 溶氣微氣泡效果圖

攜帶有微納米氣泡（粒徑5~30微米）的水體進(jìn)入高效旋流溶氣氣浮單元入口管線，與進(jìn)水混合后自底部切向進(jìn)入容器內(nèi)部，形成弱旋流場(chǎng)。該流場(chǎng)一方面促使油滴與氣泡向軸心區(qū)域遷移，另一方面強(qiáng)化二者間的碰撞與粘附概率。隨后在氣浮作用下，油?氣泡?懸浮物所組成的多相混合物上浮至液面，經(jīng)由壓力排油系統(tǒng)排出，凈化后的清水則由底部出口排放。圖4為旋流分離結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4 旋流溶氣氣浮分離示意圖

為進(jìn)一步增強(qiáng)旋流與氣浮的協(xié)同效應(yīng)，容器內(nèi)部設(shè)有專用旋流筒，以精確控制離心力場(chǎng)強(qiáng)度。旋流分離與氣浮浮選在此復(fù)合作用下形成顯著增效，使CDFU裝置在極短停留時(shí)間內(nèi)即可達(dá)到遠(yuǎn)高于單一技術(shù)的污染物去除效率。

3.2 產(chǎn)出液處理工藝流程圖簡(jiǎn)介

產(chǎn)出液經(jīng)三相分離器預(yù)處理后，進(jìn)入兩級(jí)高效旋流溶氣氣浮單元進(jìn)行深度處理。在此過(guò)程中，乳化油被超微氣泡捕獲，隨后在旋流作用下持續(xù)集聚、聚結(jié)并破乳，形成油團(tuán)后快速?gòu)奈鬯蟹蛛x。破乳聚結(jié)后的污油會(huì)匯集回流，排入前端三相分離器進(jìn)行二次處理；經(jīng)氣浮處理后的污水則進(jìn)入下游處理裝置，以作進(jìn)一步處理。

四、產(chǎn)出液處理處理效果分析

新增的 CDFU（高效旋流氣浮裝置）處理設(shè)備投產(chǎn)使用后，對(duì)產(chǎn)出液的油水分離效果顯著提升，出水水質(zhì)外觀得到答復(fù)改善。進(jìn)出水主要水質(zhì)指標(biāo)對(duì)比情況如下表1和圖2所示。

表1 CDFU運(yùn)行檢測(cè)數(shù)據(jù)表

圖2 CDFU運(yùn)行檢測(cè)數(shù)據(jù)圖

五、結(jié)論

新增 CDFU（高效旋流氣浮裝置）處理設(shè)備投產(chǎn)使用后，產(chǎn)出液處理效果穩(wěn)定，油水分離成效顯著。處理后產(chǎn)出液含油量均值由進(jìn)水的約 1275.2mg/L 降至約 114.7mg/L，平均降幅達(dá) 1160.5mg/L，除油效率高達(dá) 90.99%，大幅度超出 80% 的設(shè)計(jì)要求。

CDFU（高效旋流氣浮裝置）處理設(shè)備的的投產(chǎn)使用，成功解決了平臺(tái)日常運(yùn)行中動(dòng)力液分離效果不佳的難題，同時(shí)有效降低了下游處理裝置的運(yùn)行負(fù)荷。CDFU（高效旋流氣浮裝置）處理設(shè)備在海上平臺(tái)產(chǎn)出液處理工藝中具備廣闊的應(yīng)用前景。