国标-》应用化学脱氧剂脱氧工艺降低海水溶解氧含量,提高油田注入水质

应用化学脱氧剂脱氧工艺降低海水溶解氧含量，提高油田注入水质马向辉周明亮张春光(胜利油田有限-2-海洋石油开发公司)摘要海水脱氧是一种技术复杂曲工艺。吼往采用机械方式，而|tC一3是一种新型脱氧 剂其聪氧原理为亚硫酸盐与海水中氧气发生化学反牲，生成硫酸盐，从而达到脱氧的目的。 同时，生成的硫酸盐溶液化学性质稳定注入地层后不会对地层产生不良反应而堵塞地层。脱 氧剂投加工艺于2004年7月16日改造完成并在埕岛中心二号平台试用脱氧效果稳定，在加药 浓度80algL条件下，注水泵入口台氧量小于0 04mgL，控制在指标范围内，达到预期效果。关键词中心二号 海水脱氧HC一3型脱氧剂应用埕岛中心二号平台位于埕岛油田CB25区主体部分2000年6月海水处理、注水系统正 式投产。海水处理系统设计规模m000m3d，由3台海水提升泵、粗滤器、2座压力斜板沉 降罐、5座细滤器及2套超重力场脱氧装置组成。海水处理系统脱氧工艺采用机械式超重力 脱氧。超重力脱氧自投产以来，逐步暴露出脱氧成本高、机组侧控难度大、润滑密封系统窜 油以及易导致天然气集输管网波动等问题，严重影响r海水的正常脱氧，进而影响到埕岛油 日I的止常注水开发。因此，有必要研制一种新型脱氧工艺以降低脱氧成本，提高脱氧效 果，实现海水高效、稳定脱氧。1原超重力脱氧工艺简介及存在问题海水中氧的存在可导致注水管道及殳备的腐蚀加剧，嗜氧细菌的滋生，反应后生成 R、(On)，沉淀，堵塞管线及油层，使吸水能力下降。所以，对注入水的溶解氧指标有着严格 要求。经过实验证明埕岛油田海域海水含氧量一般为78ppm，含氧量随季节的变化略有不同而随水深的变化影响不大(见表1)，根据沣人地层水溶解氧的要求，水中溶解氧含量低于005ppm。目前，常用于海水脱氧的方法有三种：气提、真空和化学脱氧。此前，中心二号海水脱氧t艺采用超重力脱氧机气提脱氧技术。1I超重力脱氧工艺原理 溶解在液体中的气体量与气体在系统中的分压有关。向海水中通入无氧天然气后，在脱氧塔内气体空间，天然气形成一定的分压。当气体窄问总压1；变时，氧在气体空问的分压 低，促使海水中氧的蒸发，这就意昧着海水中氧含量降低。12超重力脱氧工艺存在问题 脱氧机自投用以来，随着时间的延长，存在的问题逐步暴露出来，主要存在问题如下，1Sl二l解，2000年6月毕业于吉林大学石浦与天然气勘查，现从事海油气集辅管理工作。地址：山东告身、营布河口 阿仙洲镇海洋石油开发公司，邮编：257237联系电话：(0546)8484297。188表I不同季节、不同层位海水溶解氧含量采样深度m采样季节 测试地目2 8 10，、冬季北风风力 温度C 3 53 53 5 j 5 3 567级台氧璧(L18 08 08 08 OS 0眷季南风风力温度 63 8 3 03 O3 034级含氧量(wgk) 77 07 O7 O6 5 6 5夏季东南吼呲温度 2624 240242412级占氧量(mg1，)6 06 o6 0 6 O6 0备注 取样地点：中心二号乎1121维护工作量大由于工况恶劣，机械密封寿命短，极易发卡渗漏，造成润滑油箱发生窜油、窜气、窜水，使润滑油乳化变质，无法使用，造成维护工作量较大。 I22机组震动大 旋转床运行中转动不平衡，钛丝网破碎损坏较快，机组震动大。123润滑油极易发生溢油 “两站一体”的密封、润滑系统，存在两路润滑油路压力不平衡现象，导致压力波动范l目定，润滑油极易发生溢油现象。124脱氧成本较高根据2003年全年的统计结果，超重力脱氧机每隔3个月就需维修一次，维修周期非常 短，每次维修需耗资10万元，且需动用平台吊机、施工船舶、吊车、卡车等，一年的维修 费川商达40，元。润滑油平均每两个月更换一次，每次需更换CIM0润滑油400kg折合人 民币4400元，每年单润滑油一项就达26400元。同时，超重力脱氧机耗电量、耗气量巨大， 每年所耗电能达1401600kWh，折合人民币644736元按3：L的气水比算，每天消耗天然气 约12000m3，折合人民币1200元，每年消耗的天然气折合人民币达438万元，使胃超晕力脱 氧机总费用约545万元。125机组调控难度较大，严重影响了整个生产系统的稳定运行 机组调控难度较大，容易造成二级气水分离器窜气、压缩机、热媒炉进气压力波动，造成整个天然气管网压力波动，已多次发生因窜水、窜气导致天然气压缩机停机、天然气分离器进水等现象，严重影响r整个生产系统的稳定运行。 综合以上因素分析，超重力脱氧技术已经无法满足目前海水脱氧的需要， -方而故障频繁，维修周期短，维护费用高，调控难度大，脱氧成本高，耗费大量人力物力；另 一方面频繁的出现故障影响了平台其他系统的正常运行，同时也影响其海水脱氧效果， 长期将影响到埕岛油田的注水升发。为此我“】联合有关单位研制了HC一3型海水基脱 氧剂，2 HC一3型海水基脱氧剂脱氧原理及特点21HC一3型海水基脱氧剂脱氧原理 脱氧剂脱氧工艺属化学脱氧，其主要成分为业硫酸盐与肟类复配合成化台物，亚硫酸盐189i海水中氧气发生化学反应，生成硫酸盐(2s0；一十02=2S嵋)，从而达到脱氧的H的1日 时，t成的硫酸盐溶液化学性质稳定，注入地层后不会对地层产牛不良反应堵塞地层。其土 耍技术指标如表2。表2 I-IC一3型海水脱氧剂主要技术指标22 HC一3型海水基脱氧荆复配筛选及定型 为确保脱氧剂能适J1埕岛油田水域实际情况，存最佳经济效益条件下获取最佳的脱氧效果，我们与有关单位认真进行了脱氧剂与海水的配fh性、与絮凝剂、昆凝剂、杀菌剂、缓蚀 剂等海水药剂的混溶、配伍的室内实验、现场试验，并根据试验结果确定了HC一3型海水 琏脱氧剂为埕岛油田第一种脱氧药剂。为提高脱氧剂脱氧效果，还为脱氧剂复配了催化剂， 加速了脱氧速度。221不同类型除氧剂的试验研究与筛选 (1)除氧荆除氧效果理论与试验用量效果分析(摩内)见表3。表3除氰剂除氟效果理论与试验用量效果分析【室内)除靼剂理论用星 除皇L剂使用量(理论用量倍数)隙氧刺类型 (氧浓度的倍数JO 5 I Ol 5 2 0亚硫酸盐 83 66 0 85，012 3 6 4 5 15 5儿5 oo 联氯l 6 8 6 4 6 l 5 9 肟粪447 7 727 24 6 8 6 4哑硫酸盐+vc 9 7 I 8 0 o O 亚硫酸盐+联氡 6 1 3 4 o 15 o o 业硫酸盐+肟类 6 8 1 2 0 o 0 箭注：体系中使用催化剂的浓度为15L。斜体部分为海水加除轼剂后的溶解氧的最低维度从表3中町以看出：“亚硫酸盐+肟类”复合脱氧剂相比其他类型脱氧剂，添加浓度较 低，获得的脱氧效果最佳。(2)除氧剂除氧效果理论与实验用量效果分析见表4、表5。表4除氯剂除氧效果理论与试验用量效果对比(现场一)乇剂吲L)50607080120160200加药量催化N(mL) 678 10 20HC一1含氧(nw，L)l 01 00 8 0 4O 2 010 05(qt硫酸盐) 脱氧率 93 3 83 3 Be,6 93 3 96 7 99 3 99 2IlC一2古氧(mgL) l 0l 0l 0l O080 60 4(异抗坏血酸)脱氧率83 3 83 3 83 3 83 3 86 6 90 93 3备注：空白海水舍氧6晰L，实验温摩为20，使片5测氧比色管检恻190表5除氧剂除氧效果理论与试验用量效果对比(现场二蝴l(mgL)30小l5070女药量 催亿剂(ngL)】0】，】O10Ilc一3 含氧(ngL) 34l 60 080 04 (砸硫酸盐+肟类)脱氧率83 3 83 3 86 6 93 3 备沣：空白海水古氧8 0rngL，实验温度20cc，使用JPB一701型便携式溶解氧分析倥检测，匣麻时间盎I 52nil,内，通过现场试验我们发现，与HC一1和HC一2型脱氧剂相比，HC一3(哑硫酸盐+肟类) 型海水基脱氧剂脱氧效果最佳，添加浓度为70mgL时，即可将含氧量为80mgI的海水存 中心t号现场条件下脱氧至O。04JI】igL，达到了埕岛油团注人水质的要求。222除氧剂毒性与腐蚀性分析(见表6)表6除氧剂毒性与腐蚀性分析(现场二)除氧利类型 毒性腐蚀!坠!兰竺)亚硫酸盐 低毒，摄八后救鞋刺撤忖较小无 7 27 9(工业级，10)较小 联氡较大，强烈刺激性 14极强肟类 无毒 78，较小 亚硫酸盐4-Vc 无毒，摄人后微量刺激性 78，较小 亚硫酸盐+联氨 较大 11极强Hc3(亚硫酸盐十肟粪) 无甚，摄衍微量刺激性78较小分析结果显示HC一3(亚硫酸盐+肟类)型海水基脱氧剂，无论是毒性还是腐蚀性都是较低的。223HC一3除氧剂溶液的储存稳定性限于海上交通受海况制约的特殊条件，要求除氧剂必须能够长期放置而保持性能稳定， 匀此我们对HC一3除氧剂溶液的储存稳定性做了实验。实验表明在采用油封的情况F HC一3型。除氧剂溶液可以在8d内保持性能基本稳定，蕞 而日前海上的最长风期一般不超过7d，所以鐾 l心一3型除氧刺在稳定性方面也是完全适台鑫 海卜使用的(见图1)。2，24隙氧荆的定型存放时时阃d以上系列实验证明：HC一3型海水基脱+除氧荆+催化剂十除氧荆+除氧荆甩由封氧剂具有无毒、低刺激、低腐蚀、状态稳定蹦及高效脱氧的特点，完全适合埕岛油田的 剧j HC一3型脒氧剂稳定性吏验7窭际情况。23 HC一3型海水基脱氧荆脱氧工艺优点HC一3型海水基脱氧剂所具有的低毒、低腐蚀性、用量少、除氧速度快等特点，反映出 其非常适用于海上油田海水处理的脱氧。经处理过的注水可完全达到工业水标准反应出良19l好的除氧效果，且克服丁超重力脱氧耗费成本高、凋拄难度大、故障频繁的缺点。 与超重力脱氧方式相比，HC一3型海水基脱氧剂脱氧具有以F优点： (1)脱氧成本低，相比超重力脱氧剂脱氧每年可节约成本407万元； (2)故障率低，维护j作量小，节省大蕈人力物力； (3)易调控，系统运行稳定； (4)j：使用天然气脱氧，无二次天然气处理流程，安全系数高； (5)地面站用空ful：b，噪音小，口常管理简单，特别适台海上甲台。2 4中心二号具备实施脱氧刺脱氧的基础条件一是目前化学脱氧技术已经成熟，经渊研，同前的水处理脱氧均采JH化学脱氧f艺；：是注水系统建成投产时化学脱氧部分已经设计在内，所需设备、流程早已建成，只需梢肌改造即可具备投加脱氧剂的条件。鉴于HC一3型海水基脱氧剂脱氧工艺具有以上特点，于2004年7月在埕岛中心一号平白海水处理系统中得以实施应用，并取得了实际的良好效果。3 HC一3型海水基脱氧剂在中心二号海水处理系统的应用及效果分析31工艺改造简介利用原6号加药汁量系统进行防腐并改造连接计量泵出口流程至生产三层细滤器出【1药刹投加点投加HC一3型脱氧剂，在此投加点下端60cm处安装催化剂投加装置。系统优选采用德国进1：3隔膜计茸象，实现r脱氧剂与催化剂的精确配比；对脱氧剂储存力式进行了研究并采用了氮封的存储方式，使脱氧剂的存放时问提高到15d；采用了IlriS一5100高精度便携式溶解氧分析仪，大大降低了化验人员的劳动强度；通过合理复配防冻液， 使脱氧剂凝固点下降至零下18C，大大提高r脱氧剂防冻性能。通过以上措施，使该一I艺 哑桃完善，蜓加适应海上实际情况。32应用她果分析3 21脱氧效果完全达到油田注入水质要求，且运行平稳HC一3型海水基脱氧剂脱氧系统投运后，按照先期试验确定的60m再L的浓度进行添加， 水质信氧基本控制在r 005mgL，且水质稳定；将添加浓度提高到了801119J。，水质含氧摹 夺控制在了0204mL之间，完全达到了浦田注入水质要求的含氧量必须O05mgL的 标准(见表7、表8)。表7 60I呵L药剂量化验数据序号 日期时问细滤器出水 罐人u 泵入u催化荆 脱氧剂17月18日8：00 7 980 04 0 042 8kh 14 25kg矿h27月19阿8：00 787 0 05 0 052 8k再h13 25kg，h3 7月20日8：00 8 20 0 050 05 2 8kb 13 25kh47月21口 8：00 8】8 0 040 052 8kh 13 25 J,h5 7月22日g：00 8 00 0 040,052 8kh 13 25ksh192续表序号 日期肘HJ 细滤器出水 罐If 泵入口催化剂 脱氧剂67月23 H8：00 8 llCJI)4 0 042 8kgh 13 25kh77月24日8：00 82l0IH 0 05 2 8kgh13 25kgh8 7月25日8：1107 83 0 040 042 8kgh13 25gh97月26 El8：00 8 320 050 05 2 8kgh 13 251gh10 7爿27 El8：00 8 12 0 040 052 8kgh 13 251gh表880l,agL药剂量化验数据序号 几期 时帕I细滤器出水 罐口泵u 件化剂 脱缸剂l11 H】6同8：00 7 890 030 03 3 3kgh 16 50kgh211月17日8：7 780 03 0 04 3 3kgh 16 501tgh311月18曰8：00 7 780 03 O 033 3kgh 16 50kgh411月19同 8：00 7 93 0 02 0 033 3kgh 16 50kgh5 11月20日8：00 7 65O 030 033 3kh 16 501gh611月2l臼 8 007 980 030 04 3 3kgh 】6 50kgh7 11月22口8：00 7 56)tR 0 023 3kgh 16 50kgh8 11爿23日8：110812 0 03 0 033 3kgh 16 50kgh9 11月24日8：1107 950 02 O 02 3 3kgh 16 50kgh10 11月25日8：1107 95】030 0333kgh 16 50kgh322克服了原超重力脱氧系统调控难度大，影响整个生产系统稳定运行的缺点 目前的HC一3型海水基脱氧剂脱氧工艺，可调控点只有脱氧剂、催化剂的添加量。目前药剂的添加采用r德国进口的G系列GM0010型防暴隔膜计量泵，无论泵是否运行，均可 在0100范嗣内调节流量，在10至100范围内稳态精度达到2，确保了脱氧剂 与催化剂的精确配比，而且整个过程简单易操作。同时药剂添加系统的调控由于不涉及其他 艺系统，也就避免了对其他系统的影响，从而确保r整个生产系统的稳定运行。32，3脱氧成本大大降低，由原来的每年545万元下降到137 42万元，每年可节约成本407万元目前Hc一3脱氧剂在投加浓度80mgL的条件下，可控制含氧在O04meL以下。巾心号每天海水处理最约为5000m3，每天需投加脱氧剂400kg，每吨脱氧剂按9000元算，每是 耗资036万元，每年耗资036 x 365=1314万元，加上耗电及维护成本，每q二只需13742 玎元，相比超重力脱氧剂脱氧每年可节约资金407万元(见表9)。表9成本对比表项 目超重力脱氧(按年计)化学脱氧(按年计)差值 达到的指标 0 05mgI，0 05mgL0 耗气成本438万兀 438万元耗电成本 64 47万元4打元 60 47万元 维护成本 40万元 38元 药刑成本 13l 4打712 一130万元 润滑成本2 64万元 0 02万元 2 62万兀 台仆 54511万元137 42万元407 69万元193324 克服了睬系统故障频繁，维护工作量大的缺点，大大减轻了职工劳动强度系统内只有2台计鼍泵为机械运行设备，而系统所采用的GM0010型防暴隔膜计量泵的 可变偏心机构驱动，确保了脉动平缓；其采用r耐磨球轴承，使其工作更稳定；驱动部件为 油浴润滑，确保了驱动部件的“长寿”。2台计量泵自7月份投产以来术出现一次故障，也月】 实际汪明了它的耐用性。同时药剂添加系统所采用的管线采用了不锈钢管材，关键管段使用 JPVC管，特殊点采用了内衬铜套的不锈钢管件(例如催化剂添加入口)，以上工艺都保证 了系统的耐腐、抗磨、稳定和简单易操作性，从而克胀r原脱氧系统的凋控难度大、故障频 繁，维护工作量大的缺点，大大减轻r职工劳动强度。3，25系统不使用天然气脱氧，无二次天然气处理流程，安垒系数高；运行噪音小确益于职工的身体健康原超重力脱氧系统，必须将天然气进行次处理，然后通人海水巾，这样系统中天然气 的使用便大大降低r系统的安全系数，同时原超重力脱氧系统运行噪音分巨大，对现场操 竹人员的身体健康起了很大的负面影响。而日前的HC一3型海水基脱氧剂脱氧【：艺却从根 奉解决了以上问题。鉴于该技术的独特优势，已经在埕岛油田注水系统全面椎广。该技术的应用成功，丰富 了海上油田海水脱氧工艺，大大降低了脱氧成本和职l：劳动强度，为海上同类油田的海水处 理提供了有益借肇。4 HC一3型海水基脱氧剂下步研究方向一是在药剂的复配上继续做实验，进一步降低药剂的添加量，以降本增效。其次针对目 前llC一3型海水基脱氧剂必须与HC一3型海水基脱氧催化剂配合使月j，不能一起添加，需 要用2套装置分别添加，增大设备占用平台牵问和管理维护工作量的问题，F一步应优化脱 氧剂配方，以摒弃催化剂，进一步改善目前的脱氧工艺。“卜就足对HC一3型海水基脱氧剂在中心二号海水处理系统的应用及效果分析，随着 系统运行时间的增加和对注水量需求的加大，在水质处理过程中必然会遇到许多新的问题， 妊须不断的加大科研技术力量的投入和设备流程的技术革新，才能满足日益严格的注水水厦 要求。参考文献I吴建文李冰等脱氧剂的研究和应用科技开发动卷，2002023(005)2范震字周风琴等新型高教脱氧剂的1_业应用内蒙占石油化工，200l，027(001)车杰海水的氧饱和度与韦斯方程城镇供水，2003000(00 J)194