武志坤，張?zhí)K飛，周 建，陳文峰，穆家華

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

1 前言

海洋石油作為未來最具有潛力的石油資源，不僅對我國能源安全具有重要的戰(zhàn)略意義，同時還具有維護(hù)國家海洋權(quán)益的作用。隨著海洋石油開發(fā)的逐漸深入，海上油田注水開發(fā)成為了保證原油產(chǎn)量的基本手段［1］。油田采出水作為常用的注水水源存在著水量隨著年份變化大、生產(chǎn)水量與注水量難以平衡、生產(chǎn)水含有油類且水溫較高等問題，對后續(xù)處理工藝的選擇有一定的限制。

近年來，隨著膜技術(shù)在海洋石油平臺上的廣泛應(yīng)用［2］，海水作為注水水源在油田開發(fā)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。文章通過對比我國南海海域陸豐項(xiàng)目的海水注水流程與國外巴西項(xiàng)目的海水注水流程，總結(jié)了海水作為注水水源的一般處理流程，為今后的海水注水系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供一些借鑒。

2 海水水質(zhì)與注水指標(biāo)

海水水質(zhì)與注水指標(biāo)分別見表1 和表2。

表2 注水水質(zhì)Tab.2 Quality of water-injection

表1 海水水質(zhì)Tab.1 Quality of seawater

續(xù)表1 (Continue)

從表1 和表2 可以看出，就海水水質(zhì)而言，巴西項(xiàng)目海水的懸浮物、硫酸鹽、溶解氧含量較陸豐項(xiàng)目低，水質(zhì)較好;對于注水水質(zhì)而言，陸豐項(xiàng)目對注水水質(zhì)的要求較高。由于這種差別，造成了處理流程上的一些差異，主要體現(xiàn)在海水的預(yù)處理流程。

3 海水注水處理流程

海水中含有溶解氧和硫酸鹽，如果直接注入到地層，海水中的硫酸根會與地層中的鋇、鍶、鈣離子發(fā)生反應(yīng)生成沉淀，堵塞地層，造成注水困難，增加洗井頻率;海水中氧含量高會造成設(shè)備及管線的腐蝕，縮短設(shè)備和管線的使用壽命［3］。基于以上原因海水作為注水水源必須經(jīng)過去除硫酸鹽和溶解氧才能注入地層。根據(jù)現(xiàn)有的過濾技術(shù)，海水處理流程一般通過納濾膜過濾的方式去除硫酸鹽，然后通過負(fù)壓閃蒸的方法對海水進(jìn)行脫氧處理，最終使海水符合項(xiàng)目注水水質(zhì)的要求。下面分別介紹國外巴西項(xiàng)目和國內(nèi)陸豐項(xiàng)目的海水注水處理流程。

(1)巴西海水注水工藝流程。

海水首先通過海水提升泵送到海水粗濾器進(jìn)行粗過濾，經(jīng)過海水粗濾器過濾后，海水進(jìn)入硫酸鹽去除精細(xì)濾器進(jìn)行過濾，經(jīng)過精細(xì)過濾后的海水通過增壓泵直接進(jìn)入到納濾膜組件進(jìn)行Ca2+、Mg2+、SO2-4 等二價離子的去除，經(jīng)過納濾膜過濾后的海水進(jìn)入到脫氧塔進(jìn)行脫氧處理，使海水中溶解氧的含量小于5 mg/kg。由于巴西項(xiàng)目對海水中含氧量的要求為1 mg/kg，所以經(jīng)過脫氧塔處理后，在注入地層前需要加入脫氧劑進(jìn)行化學(xué)脫氧，最終使海水中的含氧量達(dá)到1 mg/kg，然后通過注水泵把海水注入到地層。具體流程見圖1。

圖1 巴西項(xiàng)目海水注水流程Fig.1 Seawater injection process of Brazil Project

(2)陸豐海水注水工藝流程。

海水首先通過海水提升泵送到海水粗濾器進(jìn)行粗過濾，經(jīng)過海水粗濾器過濾后，海水進(jìn)入到多層柱濾器進(jìn)行細(xì)過濾，經(jīng)過細(xì)過濾后的海水進(jìn)入到超濾裝置進(jìn)行過濾去除雜質(zhì)，使海水水質(zhì)達(dá)到納濾膜進(jìn)水指標(biāo)的要求。經(jīng)過超濾過濾使水的濁度小于0.1，經(jīng)過超濾過濾的海水進(jìn)入到超濾水罐，超濾水罐不但作為超濾水的接收裝置，同時也為下游納濾增壓泵做緩沖罐，納濾增壓泵將超濾水加壓打入到納濾裝置進(jìn)行過濾，通過納濾裝置去除海水中絕大部分Ca2+、Mg2+、SO2-4 等二價離子，經(jīng)過納濾膜過濾后的海水進(jìn)入到納濾水罐，經(jīng)過去除二價鹽的海水由納濾水泵打入到脫氧塔進(jìn)行脫氧處理，經(jīng)過脫氧塔脫氧后，海水中溶解氧的含量小于5 mg/kg，合格的海水最終通過注水注水泵注入到地層。具體流程見圖2。

圖2 陸豐項(xiàng)目海水注水流程Fig.2 Seawater injection process of Lufeng Project

(3)兩種流程比較。

由圖1 和圖2 可以看出，陸豐項(xiàng)目和巴西項(xiàng)目共同點(diǎn)是都使用了納濾膜脫除二價離子，脫氧塔脫除溶解氧，不同點(diǎn)在海水的預(yù)處理流程。這可能是由于巴西項(xiàng)目和陸豐項(xiàng)目海水水質(zhì)和注水指標(biāo)要求的差異造成的。另外考慮到各納濾膜廠家對納濾膜進(jìn)水水質(zhì)的要求的差異，兩個項(xiàng)目采用的預(yù)處理流程不同。陸豐項(xiàng)目的預(yù)處理流程采用海水粗濾器、海水多層柱濾器及超濾;巴西項(xiàng)目的預(yù)處理流程則采用海水粗濾器加海水精細(xì)濾器，從流程比較可以看出巴西項(xiàng)目預(yù)處理沒有設(shè)置超濾，由于巴西項(xiàng)目沒有設(shè)置超濾過濾，所以巴西項(xiàng)目的預(yù)處理流程簡潔，不需要設(shè)置緩沖罐和超濾膜的清洗裝置，可以節(jié)省平臺空間占用和項(xiàng)目投資，陸豐項(xiàng)目由于預(yù)處理流程中設(shè)置了超濾裝置，流程相對來說比較復(fù)雜，不利于降低平臺空間的占用和項(xiàng)目投資。另外，復(fù)雜的流程造成的設(shè)備維護(hù)費(fèi)用相應(yīng)增加。通過對比這兩個項(xiàng)目的處理流程，可以看出陸豐項(xiàng)目的海水注水流程具有優(yōu)化的空間。

4 溫度、壓力對納濾的影響

(1)壓力對納濾操作的影響。

由納濾的工作原理可知，當(dāng)采用高于滲透壓的操作壓力作用于溶劑加溶質(zhì)側(cè)時，那么該側(cè)的溶劑會透過膜進(jìn)入到另一側(cè)，因此操作壓力對納濾過程的影響至關(guān)重要［4］。納濾過濾也是通過改變操作壓力進(jìn)行流程調(diào)節(jié)的。通常情況下，隨著操作壓力的增加，膜的產(chǎn)水通量呈線性關(guān)系增加，直至膜的產(chǎn)水通量達(dá)到上限值。如壓力繼續(xù)增加，鹽分與水分子耦合在一起透過納濾膜，從而脫鹽率不再隨著壓力增加，因此產(chǎn)水通量達(dá)到上限的壓力就是最大的操作壓力。由于膜的污染情況隨著操作壓力的增加而加重，為了減少膜裝置的清洗次數(shù)，所以膜的最佳操作壓力一般維持在2.0 MPaG ～3.0 MPaG。

(2)溫度對納濾操作的影響。

對于納濾膜來說，水和部分鹽分是通過擴(kuò)散作用透過膜的，根據(jù)擴(kuò)散的基本原理可知，溫度對擴(kuò)散作用有直接影響［4］。一般情況下，隨著溫度的升高，膜的產(chǎn)水通量呈線性增加，這主要是因?yàn)闇囟忍岣邔?dǎo)致水的粘度下降，水分子的擴(kuò)散能力增強(qiáng)。雖然操作溫度越高對膜過濾越有利，但由于膜材料對操作溫度的限制，納濾膜的最佳操作溫度一般為25 ℃～35 ℃。

5 結(jié)論

文章比較了國外巴西項(xiàng)目和國內(nèi)陸豐項(xiàng)目海水注水的工藝處理流程，通過比較可以看出納濾裝置后面的處理流程基本相似，都是采用納濾裝置對Ca2+、Mg2+、SO2-4 等二價離子進(jìn)行脫除，脫除硫酸鹽的海水進(jìn)入脫氧塔進(jìn)行脫氧處理。不同點(diǎn)在于海水的預(yù)處理流程，陸豐項(xiàng)目多了一級超濾作為納濾裝置的預(yù)處理流程。文章還描述了操作壓力和操作溫度對納濾操作的影響，給出了最佳操作壓力與操作溫度。文章對于海水作為注水水源的海上油田開發(fā)有一定的借鑒意義。