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01 水質物性
米桑油田采出水來水溫度80 ℃左右,H2S質量濃度接近200 mg/L,礦化度在220 g/L,Cl-質量濃度136 g/L,pH為5~7.6,水質呈弱酸性,屬于高硫高礦化度氯化鈣水型,腐蝕性極強。污水中含有較多的HCO3-、SO42-、CO32-和Ca2+、Mg2+、Sr2+等結垢離子,當工況條件發生變化時易造成工藝管道和設備容器腐蝕結垢。
02 設計難點及特點
1 水質穩定及凈化
米桑油田采出水具有“高礦化度、高氯離子、高硫化氫,高水溫、低pH”四高一低的水質特點。該類型采出水普遍具有藥劑反應動力差,絮凝效果差,水質凈化處理及穩定難度大。高礦化度的水大大加速了水中原電池反應,使設備及管道的腐蝕速率加快。
針對采出水物性,為解決水中高礦化度易腐蝕、易結垢,水質凈化效果差的問題,采出水處理選用全系統壓力式處理流程,并采用微正壓天然氣密閉工藝對處理裝置等容器設施進行密閉隔氧,研發了新型的壓力式采出水凈化設備,提高了藥劑反應效果,避免了“四高一低”水型因為溶氧帶來的強腐蝕性問題。
2 氣提脫硫工藝結垢控制
通常情況下,CaCl2水型的采出污水碳酸鈣結垢趨勢很低,但采出污水在凈化天然氣的吹脫作用下,污水的表面分壓降低,溶解性CO2溢出,水中HCO3-易分解成CO32-。CO32-和Ca2+生成的碳酸鈣沉淀又加劇了HCO3-的分解,最終生成碳酸鈣沉淀,導致氣提脫硫塔內部嚴重結垢。
針對氣提脫硫塔易結垢問題,采用“微正壓天然氣氣提+注酸+注堿”脫硫工藝技術,調節進出塔采出水pH,解決了脫硫塔結垢問題及酸性水腐蝕問題,提高了脫硫效率,含硫污水硫化氫指標≤20 mg/L。同時確保凈化污水具有良好的地層配伍性和低結垢趨勢。通過采用Aspen HYSYS 9.0、PROⅡ軟件對氣提塔脫硫過程進行模擬計算,優化氣提塔工藝參數和氣提塔內結構。為確保污水中硫化氫脫除后,減小因污水堿性增大而導致污水結垢趨勢,以及對后段處理設施的影響,氣提塔設置前端注酸、后端注堿,并采用前饋、串級及比例控制回路應用與并聯氣提塔的多股進料端、注酸混合點、注堿混合點,從而解決了多股原料分配不平衡的問題,最大限度地減少對上下游工藝流程的影響。
3 高效采出水處理設備研究
國內壓力式聚結除油設備通常采用散堆填料或規整填料,填裝方式為一段聚結結構,該類型的設備填料易堵塞,聚結分離效率低,且單臺處理能力只能達到250 m3/h。根據項目建設業主對設備大型化要求,研發了高效的壓力式聚結除油設備,采用分段式聚結除油填料結構,有效解決了聚結填料堵塞和去除率不高的問題,單臺處理能力達到350 m3/h。
4 防腐技術及材料選擇
米桑油田采出水具有極強的腐蝕性,除在工藝設計過程中通過采取技術措施降低腐蝕性外,項目設計還把材料選擇作為重要技術控制因素進行研究,采用專業軟件對不同水質條件、不同材質的腐蝕性進行模擬驗證。最終選擇雙相不銹鋼作為設備、閥門內襯材料,撬內管線采用雙相鋼,撬外埋地及架空管線采用非金屬材質,設備容器采用內防腐+犧牲陽極塊的防腐技術。
03 處理工藝
針對米桑油田“四高一低”特性的采出水處理凈化效果差、腐蝕嚴重、脫硫塔結垢嚴重的技術難題,開展技術研究。選用全系統壓力式密閉處理流程,有效降低了高硫高礦化度采出水溶氧帶來的強腐蝕性危害;采出污水調質氣提脫硫技術,在保證脫硫處理效果的同時,解決氣提脫硫工況時設備結垢問題;研發設計了新型的壓力聚結除油和混凝沉降設備,單臺處理量均達到350 m3/h,確保采出水處理系統運行平穩和水質達標。處理工藝流程如下:
原油脫水系統來水→2×3 000 m3調儲緩沖罐→一級提升泵→聚結除油器→混凝沉降器→氣提脫硫塔→二級提升泵→核桃殼過濾器→雙濾料過濾器→注水系統。
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冀公網安備 13010502001939號