团论文网
团论文网
-
摘要：南海某平台为深水采气平台，由水下生产系统、乙二醇回收单元和生产水处理系统等单元组成。投产初期对外排生产水的生物毒性进行检测发现，生物毒性处于排放标准附近，随时有超标风险。对该平台处理工艺进行了全面分析，确定导致生物毒性偏高的主要原因为开井期间水下井口注入甲醇所致，并通过开井程序优化、甲醇注入量校核、工艺参数调整等改进措施，解决海上深水采气平台开井期间生产水生物毒性高的问题。该方法对同类气田设施提供了借鉴和指导。
关键词：生产水；生物毒性；化学药剂；注入量；程序优化
0引言
生产水处理系统是采气平台的一个重要处理单元，关系到排至海洋的生产水是否达标，该单元由管式分离器、过滤器、聚结器等装置组成，利用分层过滤吸附原理除去生产水中的杂质和油[1]。生产水主要来自乙二醇再生单元（Ethylene glycol regeneration unit，简称MRU）的回流水和生产分离器的生产水。目前平台操作团队发现处理后的生产水的生物毒性较高。面对此问题，展开课题攻关，层层剥茧，发现此问题是由开井时注入的化学药剂，随富乙二醇进入MRU的再生脱水系统，与系统产生的冷凝水一起进入生产水处理系统所致[2]。
1生产水流程介绍
南海某平台设置了1套生产水处理系统，最大处理能力为50 m3/h。生产水进入生产水系统首先经过管式分离器脱气，脱气后的水经过生产水聚过滤器进行过滤，过滤后经过生产水聚结器除油，达到排海标准（含油质量浓度≤45 mg/L）后排入大海。生产水聚结器分出的污油进入闭排罐中。平台生产水处理流程，如图1所示。从图1可以发现，管式分离器有闪蒸和自然沉降作用，生产水过滤器有吸附杂质作用，生产水聚结器有粗粒化和沉降作用，可见该设施的生产水处理系统是集合了粗粒化和自然沉降后的多工艺处理系统[3]。
生产水的主要来源有两个部分，其一是生产分离器水相出口，为设施干式采油树所携带的游离态水，井流物进入生产分离器通过油气水三相分离，分离出的水直接进入生产水处理系统。其二是MRU水相出口，当MRU脱一价盐单元停用时，MRU产生的高温生产水（60℃)进入凝析油/热水换热器对凝析油加热后直接进入生产水处理系统；当MRU脱一价盐单元启用时，MRU产生的高温生产水经过凝析油/热水换热器换热后重新进入MRU，将产生的固体一价盐溶解后通过盐溶解泵注入生产水处理系统[4]。
2 MRU流程介绍
MRU系统称为乙二醇回收脱水脱盐系统，同时也属于闭式循环系统。它是由乙二醇预处理单元，乙二醇脱水单元、乙二醇脱盐单元和乙二醇注入单元组成[5-7]。注入水下井口的水合物抑制剂贫乙二醇（或甲醇），通过注入系统注入水下井口后随着井口的油气水进入深水海管，首先在段塞流捕集器进行气液分离，气相进入天然气处理流程，液相（凝析油和富乙二醇）进入凝析油分离器进行沉降分离。凝析油分离器分离出的富乙二醇进入MRU系统进行脱水、脱盐处理后，存至储罐，凝析油进入凝析油系统处理合格后外输。其中在再生系统中产生的冷凝水，一部分直接进入生产水处理系统，另一部分进入盐溶解罐，溶解脱盐系统产生的一价盐后再进入生产水处理系统[8]。
3生物毒性来源分析
生产水来源于生产分离器水相出口和MRU回流水，对两处来源水样分别进行取样化验分析生物毒性，发现生产分离器水相出口的毒性很低，而MRU回流水的生物毒性很高。在平台化验室进而对MRU回流水进行组分分析，分析结果显示甲醇质量分数0.1%，苯质量分数0.05%，乙二醇质量分数1%，其余为水分。甲醇和苯类物质毒性远高于乙二醇，因此，生产水的生物毒性主要由甲醇和苯类物质所致，乙二醇起次要作用[9]。
4生产水中甲醇、苯类及乙二醇来源分析
4.1开井时注入的甲醇进入MRU
水下井口在开井时由于油嘴处产生节流降温效应，有水合物生产堵塞油嘴的风险，此时需要在油嘴上游注入水合物抑制剂，抑制水合物的形成[10]。常用的水合物抑制有甲醇和乙二醇，通过改变水溶液或水合物的化学位，使水合物的生成温度更低或压力更高，但根据两者的特性不同，甲醇在温度较高时气相损失比较大，通常适用于比较低温的场合（<10℃),且适用气量小的情况，反之则选用乙二醇。
开井前需要向井筒内预先注入甲醇，开井后在油温未达到设计温度前需要持续向油嘴上游注入甲醇，由于甲醇具有较强的毒性，其与水任意比例互溶，水下井口开井过程中，甲醇注入时间1 h，注入量在1 m3左右。随着井口来液进入平台，部分甲醇随着富乙二醇进入MRU，在通过MRU的工艺流程后甲醇随着生产水进入生产水处理系统[11]。水下井口示意图如图2所示。
4.2进入MRU的甲醇、苯等物质进入生产水系统
MRU再生塔是脱水单元的核心设备，属于规整填料塔，塔底由隔板分为两个腔室，分别为富乙二醇腔室和贫乙二醇腔室，来塔于预处理单元的富乙二醇进入再生塔富乙二醇腔室，通过富乙二醇循环泵加压后进入重沸器，重沸器通过热媒加热富乙二醇，将富乙二醇中的水分已气态形式分离，从而形成贫乙二醇并进入贫乙二醇腔室，分离出的水蒸气则通过再生塔的填料与回流水逆向接触回收乙二醇溶液后进入塔顶的冷凝器[12]。
MRU再生塔处理的乙二醇富液中含有苯和甲醇等毒性物质，苯和甲醇的沸点分别是80.1、64.7℃。再生单元重沸器操作温度130℃左右，塔顶冷凝器操作温度45℃左右，甲醇和苯类有机物在再生塔形成蒸汽，经过塔顶冷凝器随水蒸汽一起冷凝，然后进入生产水系统[13]。由于生产水系统不能将苯和甲醇有效去除，从而导致进入生产水的水生物毒性偏高。
4.3 MRU再生塔底温度高，过多乙二醇进入生产水系统
乙二醇溶液经重沸器加热后的状态会有三种情况：液态、部分气化、全部气化。可知，富液中的乙二醇会在高温的情况下会随水分一起蒸发，经过塔顶冷凝器随水蒸汽一起冷凝，然后进入生产水系统。设计中为了减少MRU脱水单元乙二醇的损失，塔顶蒸汽在塔顶冷凝器冷凝为液态后，有部分冷凝液将通过回流水泵增压重新进入再生塔塔顶，与再生塔中的气相逆向接触，冷凝气相中的部分乙二醇。
该设施配置的MRU设计处理富乙二醇的含水质量分数为85%，回收的贫乙二醇含水质量分数为20%。如图3曲线所示，当重沸器温度为120℃时，贫乙二醇含水质量分数为18%；当重沸器温度为140℃时，贫乙二醇含水质量分数为90%。随着重沸器温度上升在贫乙二醇含水不变的情况下，由液相转为气相的乙二醇含量增大，一方面导致再生塔乙二醇损失量增大，另一方面也使得生产水中的乙二醇含量增大[14]。
4.4海管来液未及时处理进入生产水系统
生产不平稳，海管来液出现段塞流，超出装置处理能力进入生产水。调产或井口产液变化，造成海管出现段塞流[15]。平台来液短时间大幅增大，造成段塞流捕集器和凝析油分离器等下游设备超负荷运行，油水分离能力降低，一部分油相进入MRU，导致再生塔塔内温度梯度失衡，过多的乙二醇随大量水分一起蒸发，经过塔顶冷凝器随水蒸汽一起冷凝，然后进入生产水系统。并随着生产水处理系统瞬时流量过大，过滤和除油效果变差，导致外排生产水生物毒性偏高。
4.5注入的其余化学药剂，进入生产水系统
除上述提及的甲醇和乙二醇外，为了降低地层水中的钙镁等二价离子在井筒内结垢而导致井筒孔径缩小，还需要持续向井底注入防垢剂[16]。此外，当井下来液通过段塞流捕集器完成气液分离后，液相将进入凝析油三相分离器，而为了减少分离器内部液位气泡需要注入消泡剂，同时也会注入破乳剂提高油水的分离效果。而防垢剂、消泡剂、破乳剂等药剂均为高分子合成物，含油一定的苯系物，且均与水能互溶，最终通过MRU的处理工艺后进入生产水处理系统。
5生产水生物毒性较高的改进措施
5.1优化开井程序
1）甲醇对预防井下预防水合物生成起着至关重要的作用，在开井时，由于油嘴上下游节流作用，油嘴下游温度会降很低，自开井过程中，需要不停加注甲醇[17]。优化程序后，在开井升温过程中，产量由配产值提高至调峰产量值，油嘴开大，减小节流，待温度升至安全温度后再调回配产，回调油嘴，进而缩短油嘴下游升温时间。据统计，升温时间由平均15 h缩短至1 h，极大的减小对甲醇的依赖性。
2）在确保流动安全的前提下，逐步探索降低甲醇停止注入时的油嘴下游温度，通过模拟分析得出在环境温度为15℃（海床处温度）时，油嘴节流处不会形成水合物。为了进一步确保水下井口的流动安全性，在每次开井时以1℃为阶梯逐步降低甲醇停注温度点，并观察油嘴上下游压力变化情况，最终确定了油嘴停注温度为18℃,较厂家推荐的24℃降低了25%，甲醇注入时间由平均1 h缩短至30 min左右。
3）开井期间甲醇注入流量与配产、压降、温度等密切相关，通过查询设计温度，当前的各种条件均未达到设计条件，且设计之初为了提高设备的可靠性，按照50%的余量进行设计，为此委托相关方进行了设计复核，经过严格的计算，在确保海管流动安全的前提下，逐步将甲醇泵冲程由100%减小到40%，将泵排量从1 m3/h减小至0.4 m3/h，加注时间从1h减小至0.5 h，最大限度降低甲醇注入。
5.2提高MRU塔顶冷凝器的操作温度
经过上文的分析可知，生产水生物毒性突然增大主要发生在开井后2~3 d左右，此时开井期间注入的甲醇返回平台，虽然经过一系列措施后有效降低了甲醇注入量，但在集中开井时仍然有大量的甲醇注入，为此在集中开井后的前三天通过提高MRU再生塔顶冷凝器的操作温度至苯和甲醇的沸点以上，使苯、甲醇从冷凝水中分离。
由于再生塔属于常压操作，各组分沸点不变，将塔顶冷凝器操作温度从45℃提高至90℃,保证水蒸汽能被冷凝成液态。同时，冷凝器出口温度高于甲醇和苯的沸点，使甲醇和苯处于气态，从而与冷凝水分离，生产水中的甲醇浓度大幅减小。
5.3降低重沸器设点至128℃左右
根据图3乙二醇水溶液气相平衡曲线所示，再生塔贫液侧温度在124℃左右，便能满足贫乙二醇含水质量分数20%的要求。现场测试发现，重沸器设点在128℃左右时，贫侧塔底温度在124℃左右。此时，贫乙二醇含水质量分数控制在20%以内。冷凝水中的乙二醇浓度明显降低，进入生产水的乙二醇含量减少，生物毒性降低。
5.4降低调产频率，同时利用段捕和不合格罐缓冲储存来液
在产量调节时，多利用平台自身井口调节产量，避免水下井口频繁调节产量。保持海管运行相对稳定，减少深水海管段塞流工况发生机率。密切关注深水井下来液量，当海管来液量突然增大时，适当提高段塞流捕集器的液位设点，并将MRU入口来液适量导入临时乙二醇储罐中先储存起来，待流程稳定后，再进行处理。
6结论
海上平台由于地理位置特殊，控制生产水的排海生物毒性是一项必修课，操作团队本着热爱海洋环境的宗旨，在生物毒性低于海域排放标准的情况下，仍积极作为，主动通过一系列举措将排海生物毒性降至新低，对石化行业中同类型设施在生物毒性降低方面起到一定借鉴作用。
1）以减少甲醇消耗量为目标，进行探索，通过优化开井程序，找到最优解，在降低药剂消耗的同时，也将外排生产水生物毒性进行降低，同时降低生产操作成本，一举多得；
2）通过对调产程序的优化，不仅增加油气藏井的使用寿命，也进一步增加其采收率，现场安全方面也最大限度得以保障；
3）通过提高塔顶冷凝器操作温度，减少冷却器冷媒海水的使用量，进而减小海水提升泵运行负荷，通过对再生系统的再生温度进行优化探索，减少平台热媒系统运行负荷，这一系列举措实施，在节能减排方面意义同样重大。
参考文献
[1]王志杰.污水处理机械设备的安装及质量管理刍议[J].江西建材，2021（8）：249.
[2]唐文献，赵磊，李华，等.乙二醇再生与回收系统的预处理及脱水再生工艺参数优选[J].中国海上油气，2020，32（2）：142-149.
[3]齐延云，陈国柯，夏体德.海洋石油油田生产水处理工艺及技术研究[J].石化技术，2023，30（5）：95-97.
[4]姜婷婷，尹浩，王川洪，等.乙二醇脱水装置醇耗异常分析及措施应用[J].中国石油和化工标准与质量，2019，39（18）：95-96.
[5]李尉新，吴巍，李银辉，等.海上气田乙二醇再生回收系统的研究进展[J].现代化工，2022，42（12）：30-34.
[6]顾常月.海上平台乙二醇再生工艺研究与应用[J].化工管理，2021（31）：162-164.
[7]杨勇.使用脱盐单元对富乙二醇脱水再生的创新方法开发及应用[J].现代化工，2020，40（9）：214-217.
[8]杨叶，杨勇，杜洋洋，等.乙二醇溶液脱盐系统中精细化工艺控制的应用[J].辽宁化工，2023，52（7）：992-994.
[9]海洋石油勘探开发污染物生物毒性分级：GB 18420.1—2001[S].2001.
[10]刘亮，韩学圣，韩达，等.水合物动力学抑制剂作用机理的研究[J].化学工程与装备，2023（9）：19-21.
[11]李健，关清涛.深水水下井口研究现状及发展建议[J].石化技术，2023，30（6）：149-151.
[12]王文涛.海上MRU系统关键工艺设计与参数优化[D].镇江：江苏科技大学，2021.
[13]杨勇，宗俊斌，赵迎涛，等.乙二醇回收装置中脱水单元的操作优化[J].辽宁化工，2017，46（5）：513-515.
[14]曹秀清，陈晨，唐文献，等.某海上平台乙二醇脱水再生系统模拟[J].科学技术与工程，2022，22（5）：1861-1867.
[15]谢志前，杨勇，吴二亮.深水海管通球作业段塞工况处置方案优化[J].石油和化工设备，2023，26（5）：93-96.
[16]党博.南海某深水气田水下井口药剂注入泵选型分析[J].石油和化工设备，2021，24（2）：69-71.
[17]林湧涛，宗俊斌，吴海涛，等.南海某平台降低水下气田化学药剂消耗的实践[J].石油化工应用，2017，36（5）：62-65.后台-系统设置-扩展变量-手机广告位-内容正文底部 -
本文标签：
南海某平台降低外排生产水的生物毒性实例论文
人参与 2024-10-24 10:42:23 分类 : 理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
-
站内搜索
-
随机文章
-
标签列表
-
-
最近发表
-
-
热门文章 | 最新文章 | 随机文章
-
-
最新留言
-
首页 论文知识 教育论文 毕业论文 教学论文 经济学 管理学 职称论文 法学 理学 医学 社会学 物理学 文献 工程论文 学位论文 研究论文
Powered 团论文网 版权所有 备案号：鄂ICP备2022005557号统计代码
全站搜索