王立秋

（中海石油（中國）有限公司曹妃甸作業(yè)公司，天津 300459）

渤海某油田由FPSO 和6 座井口平臺組成，整個油田的產(chǎn)液均由海管輸送至FPSO 處理。FPSO 原油處理系統(tǒng)采取三段脫水脫氣處理工藝，脫水后合格原油下艙存儲，產(chǎn)生的含油量小于300 mg/L 的生產(chǎn)水進入生產(chǎn)水處理系統(tǒng)，處理合格后注入到平臺的回注井中。在原油脫水及生產(chǎn)水處理過程中產(chǎn)生的污油水進入污油水艙，該污油水多為O/W 型乳狀含油污水，這種乳狀液狀態(tài)穩(wěn)定，含有各種固體雜質(zhì)、浮油、分散油、乳化油以及溶解油等污染成分[1]。污油水下艙后通過重力沉降和加熱作用進行油水分離，分離出的含油量小于300 mg/L 的污水可以再次輸送回生產(chǎn)水處理系統(tǒng)處理，分離出的污油部分可以輸送到原油處理系統(tǒng)進行回?zé)捥幚韀2]。

下艙污油水中的殘渣固相和高乳化污油是促進老化油形成的重要因素，其進入生產(chǎn)流程后會加重原油乳化，使原油處理系統(tǒng)和污水處理系統(tǒng)紊亂。因此，現(xiàn)場生產(chǎn)時含渣固相或乳化較高的污油水無法直接返回FPSO 生產(chǎn)系統(tǒng)處理，這意味著污油水艙內(nèi)的污油水將會逐漸積累，最終占用大量艙容空間[1，3]，給FPSO 的原油處理集輸系統(tǒng)的平穩(wěn)操作及維護帶來壓力。因此，有必要通過采取流程調(diào)控優(yōu)化、藥劑優(yōu)選換型等措施有效控制污油水的生成量，并利用現(xiàn)有流程功能，將艙內(nèi)積累的污油水進行回?zé)捥幚恚刮塾退仗幚砹看笥谖塾退丈闪?，從而有效降低艙?nèi)污油水存量、減輕FPSO 艙容壓力。

1 污油水來源及處理難點

FPSO作為海上油氣田的油氣水處理中心，其匯集全油田產(chǎn)液并集中處理。FPSO 設(shè)備空間有限，流程短，處理要求高，處理液性質(zhì)的微小變化都會造成流程波動。為了維持FPSO 生產(chǎn)集輸系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)，污油水的產(chǎn)生與處理必須平衡，且污油水返流程處理時不能造成流程波動。目前，渤海某油田FPSO 設(shè)備滿負荷運行，在現(xiàn)有設(shè)計基礎(chǔ)上處理每日的下艙污油水，面臨著許多困難與挑戰(zhàn)。

1.1 污油水形成及來源

FPSO 污油水來源復(fù)雜，每日產(chǎn)生量大，在正常生產(chǎn)過程中污油水來源主要有以下幾個方面：

（1）生產(chǎn)水系統(tǒng)各設(shè)備處理過程中產(chǎn)生的污油水。例如撇油器、浮選器及核桃殼過濾器等處理過程中從油相撇出的污油水；

（2）恢復(fù)核桃殼濾料再生能力所產(chǎn)生的濾料反沖洗水；

（3）生產(chǎn)系統(tǒng)波動紊亂，設(shè)備單元關(guān)停時為維持生產(chǎn)而必須下艙的生產(chǎn)液；

（4）天然氣處理設(shè)備分液罐分液排液；

（5）開式排放罐收集的各撬塊的排放污水、雨水等；

（6）容器設(shè)備檢修時的排放沖洗污水。

1.2 污油水理化性質(zhì)

FPSO 污油水的來源多，包括生產(chǎn)系統(tǒng)日常操作及各類設(shè)備的排放最終都匯集在污油水艙，使下艙污油水成分較多且不穩(wěn)定。下艙污油水中主要包含：穩(wěn)定的乳化油、絮狀懸浮物、泥質(zhì)類機械雜質(zhì)等。復(fù)雜成分的存在容易在污油艙上部形成絮狀乳化油，且難以通過簡單的重力沉降達到分離的目的。對FPSO 污油艙不同層位取樣離心，結(jié)果（見圖1～圖3）。

由離心結(jié)果可以看出，污油水艙底部水中含油及雜質(zhì)較少，頂部含油及雜質(zhì)較多且水色較深，含有絮團狀懸浮物。圖3 上層黑色為高含水乳化油，其含有的固相雜質(zhì)及膠質(zhì)瀝青質(zhì)會提高乳化原油的穩(wěn)定性，且無法依靠重力沉降等方法破乳，當含乳化油的污油水進入生產(chǎn)系統(tǒng)時會造成生產(chǎn)分離器的嚴重乳化。

1.3 污油水處理的難點

油氣生產(chǎn)集輸過程中產(chǎn)生的污油水含有泥沙、環(huán)烷酸鹽、絮狀物等各種成分的機械雜質(zhì)及渣相。這些物質(zhì)在原油乳化機理中起到乳化劑的作用，使污油水產(chǎn)生穩(wěn)定的乳化污油，雜質(zhì)及乳化油的存在使得污油水處理變的困難，具體表現(xiàn)在以下幾點：

（1）污油水中的乳化污油和雜質(zhì)進入原油生產(chǎn)系統(tǒng)會造成分離器內(nèi)原油乳化升高，原油穩(wěn)定脫水效果變差，原油分離器水相水質(zhì)變差；

（2）不斷富集的機械雜質(zhì)污染水處理系統(tǒng)，為保證水處理效果需提高收油頻率，加強過濾器反洗，又會增加污油水的產(chǎn)生，形成惡性循環(huán)；

（3）大風(fēng)涌浪天氣引起FPSO 晃動，導(dǎo)致下艙污油水無法靜置分層，此時污油水進入生產(chǎn)系統(tǒng)會攜帶更多的乳化污油和各類雜質(zhì)加劇生產(chǎn)系統(tǒng)惡化；

圖1 底部取樣離心

圖2 中部取樣離心

圖3 頂部取樣離心

圖4 FPSO 生產(chǎn)水系統(tǒng)流程簡圖

（4）FPSO 設(shè)計的污油水處理能力不能滿足現(xiàn)有工況需求，導(dǎo)致污油水不斷積累。

2 污油水處理過程優(yōu)化

要解決FPSO 污油水對油氣生產(chǎn)集輸系統(tǒng)的影響，首先需要從源頭減少污油水的產(chǎn)生。在正常生產(chǎn)時，污油水主要來源于生產(chǎn)水處理系統(tǒng)，其流程簡圖（見圖4）。通過對現(xiàn)有的生產(chǎn)流程及工況做出優(yōu)化調(diào)整，優(yōu)化生產(chǎn)系統(tǒng)操作及調(diào)控模式，減少生產(chǎn)系統(tǒng)的污油水產(chǎn)生。

2.1 生產(chǎn)系統(tǒng)工藝調(diào)控優(yōu)化

生產(chǎn)工藝的調(diào)控是海上油田流程優(yōu)化最直接有效的方式。對現(xiàn)場在用設(shè)備進行精密調(diào)控，確保設(shè)備運行狀態(tài)最佳，對污油水量的控制具有十分重要的意義。

2.1.1 精細控制水系統(tǒng)設(shè)備的收油操作 調(diào)整細化撇油器、浮選器的收油操作，確保收油的必要性和有效性，減少不必要的污水下艙量。為保證生產(chǎn)水系統(tǒng)的處理效果，防止生產(chǎn)水系統(tǒng)各設(shè)備上部污油聚集導(dǎo)致生產(chǎn)水質(zhì)變差，需要定時對撇油器和浮選器進行收油操作，從而增加了污油水的下艙量。

圖5 撇油器1 min、5 min、10 min 收油狀態(tài)

通過摸索跟蹤以及現(xiàn)場取樣觀察發(fā)現(xiàn)，每3 h 對撇油器、浮選器進行一次收油，撇油器每次收油操作持續(xù)10 min，氣浮器每次收油持續(xù)8 min 時效果最佳，既可以保證設(shè)備頂部聚集浮油清除干凈，又可有效降低下艙量?，F(xiàn)場撇油器收油1 min、5 min、10 min 狀態(tài)（見圖5）。

由圖5 可知，撇油器開始收油時，上部為黑色絮狀油，含水較少；持續(xù)收油，上部油相逐漸變少，至10 min時，上部基本無浮油，污水含油值小于500 mg/L，收油過程結(jié)束。浮選器收油1 min、4 min、8 min 狀態(tài)（見圖6）。

圖6 浮選器1 min、4 min、8 min 收油狀態(tài)

由圖6 可知，浮選器開始收油時，上部為黑色絮狀油，水相顏色較深；持續(xù)收油，上部油相逐漸變少，水質(zhì)變好，至8 min 時，上部基本無浮油，水色變通透，污水含油值小于200 mg/L，收油過程結(jié)束。通過嚴格把控收油過程，維持現(xiàn)場流程穩(wěn)定，將有效的收油時間控制到最優(yōu)狀態(tài)，可有效控制污油水的下艙量。

2.1.2 核桃殼過濾器反沖洗程序優(yōu)化 實時監(jiān)測過濾器反沖洗水質(zhì)減少無效沖洗時間，減少反沖洗水下艙量。通過對反洗開始之初和結(jié)束前水質(zhì)進行監(jiān)測，總結(jié)歸納出核桃殼濾料再生的最佳反洗時間，通過有效控制核桃殼濾料的反洗時間來減少污油水的下艙量。不同時間段，核桃殼過濾器反洗水狀態(tài)（見圖7）。

圖7 核桃殼濾料反洗水質(zhì)變化圖片

由圖7 可知，隨反洗過程進行，水中含油值逐漸減低，反洗水水質(zhì)變好。不同時間點水質(zhì)化驗結(jié)果（見表1）。

表1 核桃殼濾料反洗水質(zhì)化驗結(jié)果

由圖7 及表1 數(shù)據(jù)可知：開始反洗時污水含油值較高，且污水樣顏色較深，懸浮絮狀物較多，隨反洗進行，30 min 時核桃殼反洗污水含油值降至200 mg/L 左右，且隨著反洗繼續(xù)進行，水中含油值基本穩(wěn)定，濾料已恢復(fù)過濾性能，反洗結(jié)束。繼續(xù)對核桃殼濾料進行反洗無明顯效果，且只能增加污油水的下艙量。

2.1.3 生產(chǎn)處理流程精細調(diào)控 海上油田獨特的作業(yè)性質(zhì)，極易受大風(fēng)、涌浪等極端天氣影響。密切關(guān)注生產(chǎn)情況，在原油穩(wěn)定及污水處理過程中出現(xiàn)異常時及時控制調(diào)整，可減少因流程紊亂波動而造成的污油水下艙。

2.2 生產(chǎn)系統(tǒng)的藥劑優(yōu)化

污油水下艙的一個主要來源是生產(chǎn)水處理系統(tǒng)的撇油收油操作和核桃殼過濾器反洗的下艙污油水。要減少生產(chǎn)水處理設(shè)備的撇油量則需要降低生產(chǎn)水中的含油量?？赏ㄟ^藥劑優(yōu)化減少生產(chǎn)水中含油，減輕水處理設(shè)備壓力，減少核桃殼濾料反洗下艙量，使下艙污油水更易處理。

2.2.1 絮凝劑優(yōu)選換型 絮凝劑的作用是聚結(jié)小油滴變?yōu)榇笥偷危谥亓ψ饔孟麓笥偷紊细∵_到除油效果；并在水中形成絮團，吸附油滴、懸浮物等，在浮力作用下絮團上浮達到除油效果[5]。為提高生產(chǎn)水系統(tǒng)的處理效果，改善生產(chǎn)水質(zhì)，將原使用的絮凝劑BHQ-341 優(yōu)化換型為BHQ-379。在BHQ-379 作用下污水系統(tǒng)產(chǎn)生的絮團變小，乳化值低，水系統(tǒng)各級水質(zhì)均有所優(yōu)化，撇油器、浮選器水質(zhì)改善明顯；絮團變小且松散，絮團在核桃殼上的黏附力減小，提高核桃殼處理效果，減緩對核桃殼的污染，降低核桃殼反洗產(chǎn)生的污水量。水體變化和各級水質(zhì)變化（見圖8～圖10）。

圖8 絮凝劑換型前后水系統(tǒng)水體狀態(tài)

圖9 絮凝劑換型前后水質(zhì)對比

圖10 絮凝劑換型前后核桃殼過濾器壓差對比

由圖8～圖10 可知，絮凝劑換型后，撇油器水中含油值降低11.3 %，浮選器水中含油值降低15.1 %，核桃殼壓差峰值降低25 %，表明，絮凝劑換型后，撇油器和浮選器出口水質(zhì)改善，且進入核桃殼過濾器時減少了對核桃殼濾料的污染程度，因而減少了反洗核桃殼濾料時下艙的污油水量。

2.2.2 反相破乳劑優(yōu)化換型 為從源頭上降低生產(chǎn)水中含油量，將FPSO 原油系統(tǒng)反相破乳劑優(yōu)化換型為BH-532，該藥劑相對分子質(zhì)量較小，能夠快速的對高含水的水包油乳狀液進行油水分離，與破乳劑協(xié)同作用好，對水無較強的絮凝力，油水分離后大部分藥劑留存在水相中，對含油更少的水包油乳狀液有持續(xù)的、逐步的、較徹底的破乳作用[6]。在BH-532 的作用下，改善了原油處理系統(tǒng)一級分離器水相出口水質(zhì)，減輕了生產(chǎn)水系統(tǒng)處理壓力，降低了進入到生產(chǎn)水系統(tǒng)內(nèi)的污油量，進一步改善了生產(chǎn)水處理系統(tǒng)各設(shè)備處理水質(zhì)。換型前后各級水質(zhì)變化（見圖11）。

圖11 FPSO 反相破乳劑換型前后水質(zhì)對比

由圖11 可知，反相破乳劑換型后，原油系統(tǒng)水相出口水質(zhì)變好，水系統(tǒng)壓力降低明顯。水頭含油值降低31.2 %，撇油器出口含油值降低48.4 %，氣浮器出口含油值降低40 %。一方面減少撇油器、浮選器中油滴及絮團，降低收油頻率；另一方面減少對核桃殼的污染，提高核桃殼處理效率，減少核桃殼反洗產(chǎn)生的污水量。

2.2.3 上游反相破乳劑優(yōu)化 為了進一步提高水處理效果，在上游WGPA 平臺加注反相破乳劑BH-550，從源頭添加藥劑改善原油系統(tǒng)中水相水質(zhì)，進一步降低生產(chǎn)水處理系統(tǒng)處理壓力，提升水系統(tǒng)處理效果，并降低污水系統(tǒng)藥劑加注量。在上游平臺加入反相破乳劑后，絮凝劑加注量由500 mL/min 降低至340 mL/min，降低幅度32 %，水系統(tǒng)各級水中含油值均有所降低（見圖12）。

圖12 上游平臺反相破乳劑試驗期間水質(zhì)對比

由圖12 可知，上游平臺在海管中加入反相破乳劑之后，F(xiàn)PSO 原油系統(tǒng)一級分離器水相出口含油值降低18.3 %，水系統(tǒng)各級水相出口水質(zhì)變好，生產(chǎn)水頭含油值降低28 %，撇油器出口含油值降低28.1 %，氣浮器出口含油值降低21.4 %。試驗結(jié)果表明，從上游加注藥劑后，水系統(tǒng)絮凝劑加注量降低明顯，進而降低絮凝劑作用下產(chǎn)生的絮團量，減少撇油器、浮選器收油量，并降低核桃殼過濾器壓力，減少了反洗核桃殼濾料的反洗水下艙量。

FPSO 生產(chǎn)系統(tǒng)工藝調(diào)控優(yōu)化與化學(xué)藥劑換型優(yōu)化，有效的減少了生產(chǎn)水系統(tǒng)每日產(chǎn)生的污油水量，從源頭上減少下艙污油水量（見圖13、圖14）。

圖13 措施前后污油水下艙量對比

圖14 措施前后每日進入生產(chǎn)水系統(tǒng)污油量對比

通過圖13 可知，通過一系列的優(yōu)化控制措施，F(xiàn)PSO 生產(chǎn)系統(tǒng)每日的下艙量顯著下降，核桃殼濾料反沖洗水下艙量由1 100 m3降至950 m3，生產(chǎn)水系統(tǒng)各設(shè)備收油操作產(chǎn)生的下艙污油水由700 m3降至200 m3。由圖14 可知，通過化學(xué)藥劑的優(yōu)選換型，生產(chǎn)水頭的水質(zhì)由298 mg/L 降至152 mg/L，根據(jù)總處理水量計算可知，污油量由每日的16.39 m3下降至8.36 m3，每日進艙污油量減少將近50 %。

2.3 下艙污油水處理

經(jīng)過不斷的探索對比發(fā)現(xiàn)下艙污油水乳化和水質(zhì)變差的影響因素較多，為保證污油水的處理效果需要對現(xiàn)有的污油水工藝艙操作模式進行優(yōu)化[7]。

由于正常生產(chǎn)時不同設(shè)備下艙污油水成分不同，例如水處理系統(tǒng)的撇油器浮選器收油污水中含油，含雜質(zhì)絮團懸浮物較多，形成的乳化油比較穩(wěn)定，而核桃殼過濾器反沖洗水中含油及雜質(zhì)相對少。日常操作時將這兩部分污油水分開存放，核桃殼濾料的反洗水進入到7 右污油水艙，利用7 右污油水艙艙室窄，有縱深，受海況影響較小的優(yōu)點，對核桃殼濾料反洗積攢在艙內(nèi)的污油水進行沉淀處理，并且通過艙室底部的加熱盤管進行加熱，通過摸索總結(jié)，溫度控制在55 ℃左右，沉淀效果較好，再通過7 右污油水艙內(nèi)的低位泵將分離出的污水輸送到生產(chǎn)流程處理，流程簡圖（見圖15）。

圖15 7 右污油水艙至生產(chǎn)系統(tǒng)流程圖

撇油器浮選器收油操作產(chǎn)生的污油水進入到4 右污油水艙處理，由于4 右污油水艙體積大，進液量少，進艙的污油水通過重力作用部分分離后，將底部的干凈的生產(chǎn)水導(dǎo)入到7 右污油水艙后一起輸送到生產(chǎn)流程處理。并且將歷史積累的成分復(fù)雜的污油水也采取類似的方法，將其中較干凈的生產(chǎn)水轉(zhuǎn)入到7 右污油水艙中輸送到生產(chǎn)系統(tǒng)進行回?zé)捥幚?。?jù)統(tǒng)計，自2018年1 月到2019 年3 月，F(xiàn)PSO 日均處理污油水量約為1 500 m3，工藝流程日均生成污油水量約1 150 m3，每日污油水量凈減少350 m3，實現(xiàn)了污油水的日均處理量大于日均生成量（見圖16）。

圖16 措施后污油水日均處理量與日均生產(chǎn)量對比圖

根據(jù)生產(chǎn)流程中產(chǎn)生的污油水的成分不同，對其進行分艙處理，避免了不同成分污油水的摻混干擾，并將含污油量較少的污油水返回到生產(chǎn)流程處理，不但有效控制了每日的污油水下艙量，還將歷史積累的污油水進行處理，使得每日污油水的處理量大于每日污油水的下艙量，實現(xiàn)了污油水歷史累積量的減少。

3 結(jié)論

FPSO 在正常生產(chǎn)時會不可避免的產(chǎn)生大量的污油水，各設(shè)備產(chǎn)生的污油水匯集使得污油水成分復(fù)雜，難以處理。要解決污油水問題需要用系統(tǒng)思維綜合考慮，從源頭出發(fā)效果顯著，避免了各處污油水摻混導(dǎo)致成分復(fù)雜的乳化油的生成，降低了處理難度，也減少了處理量。通過優(yōu)化生產(chǎn)工藝與操作模式有效減少污油水下艙，并利用現(xiàn)有流程對污油水進行回?zé)捥幚?，階段性的解決了該油田污油水處理問題，并且實現(xiàn)了歷史積累污油水的減量，綜合效果明顯，成功經(jīng)驗值得面臨類似問題的海上油田設(shè)施借鑒。