克拉处理站水系统优化运行分析与研究

摘要：克拉处理站水系统投运初期水质常难达标，通过对药剂与水质的试验分析、设备及工艺结构原理的分析优化，形成一种有针对性、可靠的高效运行模式，解决了系统水处理不达标、不稳定问题。

关键词：水质；试验；达标；稳定

克拉处理站6700m³/日规模的水处理装置于2024年11月建成投运，是克拉采油气管理区在水处理方面从无到有的先行者，承担着对克拉、克深区块产出水的处理任务，相较于站内天然气处理装置，其具有动设备多、静设备大、运行成本高、运行无经验等特点。装置投运初期即出现水质难以达标、药剂加注效果不佳、分离设备运行效率低下、机泵机封频繁刺漏等问题，针对以上问题，克拉处理站成立独立运维班组，从设计层面深度刨析，结合水质药剂特性及设备结构原理，通过大量的试验摸索总结，不断提出工艺优化措施、制定固化操作程序，有效的解决了水处理装置水质不达标、不稳定等问题。

一、问题统计分析

1.统计分析

除去设备腐蚀、进水量调整大幅调整等非正常问题带来的水质频繁波动，现摘取运行比较连续的2025年1月21日至2025年4月22日之间的数据进行分析、研究。

图1 处理后的水质指标

2.确定问题公关方向

从以上统计可以看出，按照《SY/T 5329-2022 碎屑岩油藏注水水质指标技术要求及分析方法的五类水质》标准，2025年3月11日前处理后水的悬浮物指标几乎全部不合格、悬浮物指标及含油指标均波动大，未合格的水质是导致水系统一系列故障的问题根源。故确认解决问题方向主要从以下两个方面出发：①优化运行模式及药剂使用方式，降低水中悬浮物；②固化有效的运行操作，稳定外输水含油及悬浮物指标。

二、水质不达标问题分析、处置及效果

1.药剂与水质适配性分析

克拉处理站现用药剂为塔里木油建化学助剂厂生产的絮凝剂A（PAC）与絮凝剂B（CPAM）两种药剂，絮凝剂A的主要作用是与水中的悬浮物及细小油滴充分的结合抱团形成初级絮状物；絮凝剂B的作用是为形成的初级絮团增加重量、加速沉淀，增加絮团与水的分层能力。

初期（3月11日之前）克拉处理站水处理系统的工艺为：来水先进破乳罐加注药剂反应后，再进入两个串联（A→B）起来的3000m³调储沉降罐，将破乳罐内反应后的沉淀物在调储罐A中沉淀分离后进入调储罐B再至下游流程。

图2 工艺简图

期间由于水质指标一直难以稳定达标，处理站对调储沉降罐进、出口水质进行了药剂加注试验，试验结果显示絮凝剂A结合絮凝剂B按照80PPM：0.6PPM比例加注后，调储罐进口样品有明显的絮团形成，但经充分沉淀后绝大部分絮团仍处于悬浮状态；调储罐出口样品按照以上比例加注后，样品有明显絮团形成，且经过短暂稳定后絮团绝大部分均明显下沉。

图3 调储罐后、前水质加药反应后情况

2.设备结构、原理分析

克拉处理站在建的两个调储沉降罐均为带中心筒、分布器、底部收液器及收油功能的固定顶储罐，其结构设置的主要目的是对进液进行稳定、沉淀及油气水三相分离。调储罐A及调储罐B之间的连通为调储罐A底部收集器至中心筒下腔再到调储罐B进口管线，进入调储沉降罐B。

 图4 调储罐结构图

进站来液经过两个调储沉降罐沉淀、分离后，进站原液有明显的油水分离（如图5）。

图5 调储罐前、后液体状态

3.小结及效果

药剂试验中经过调储沉降罐加药后，药剂絮凝沉淀效果显著，结合调储罐前后原液的油水分离效果及调储罐结构（调储罐稳流分层后，下层原液含油明显下降），可推断出调储罐进口原液加药后絮团不下沉原因为：原液中悬浮的油滴被絮团捕获后，致使絮团的浮力增加，浮力大于或等于絮团整体的重力，导致絮团无法有效沉淀，故根据以上分析结果，及时的通过流程切换将加药点移至调储罐后端流程，保障药剂反应后絮团能有效分离，确保水质悬浮物指标。3月11日前处理站对流程切换后，水质悬浮物指标明显下降（悬浮物指标见图1）。

图6 流程调整完后示意图

三、水质不稳定分析、处置及效果

1.系统内分离出的油、泥对指标的影响及解决措施

根据以上结论，可以推断出调储沉降罐在目前的水质条件下的主要功能为分油、稳流及沉淀大颗粒泥沙功能，若分出的油不能及时排出，则油会在调储沉降罐上层液面越积越厚，最终又会影响水质中含油指标；若沉淀至下部的污泥在调储沉降罐及下游高效油水泥分离器、喷射气浮罐等分离设备中不能及时排出，亦会影响水质中悬浮物指标，故处理站根据进、出站悬浮物及含油化验数据，理论计算出系统每日产泥及产油量，再结合系统实际运行效果及含水（污泥水），估算出每日系统产含水泥量约6m³、产油约10m³（按照单日水处理装置水处理量5000m³核算）。

水处理装置独立运维班组，结合实际排油、排泥频次及水质分析效果，制定了调储沉降罐、反洗回收罐的手动排泥频次（调储罐：1次/日、反洗回收罐：1次/日）及调储沉降罐手动收油频次（调储罐收油：20m³/2天）；制定了系统5点式化验分析规定，对水系统按照五个节点进行每日化验分析，按照分析结果及时动态调整各节点的自动排油、排泥频次及时长，确保系统内污泥及污油能及时的产生与外排，减少药剂加注负担、提升水质指标及其稳定性，健壮水质的可靠性能。

图7 手动调储罐收油与含油指标

2.药剂加注稳定性差问题探究与措施

除了以上固化排泥及排油操作程序措施外，运行期间药剂加注设备常故障频发，此问题也是造成水质指标长期不稳定的因素之一，故独立运维班组对药剂及设备进行了专项分析研究。从设备故障的原因分析，发现设备故障主要原因为加药泵入口过滤器堵塞及机泵泵头单向阀密封失效造成，故障处置过程发现引起故障的主要原因为药剂未充分溶解，未溶的药剂固体颗粒进入各过滤器及单向阀中，造成机泵故障频发、加药断断续续；

针对以上问题，运维班组对絮凝剂A及絮凝剂B的溶解进行了比例试验（按照在用加注药剂与药箱内水的比例进行试验）结果显示：絮凝剂A溶解时间为约30min、絮凝剂B溶解时间约4h。故解决药剂溶解问题才是保障药剂稳定加注的主要方向。

独立运维班组结合药剂加药箱结构及运行原理，对絮凝剂A药剂两箱进行了“分箱溶解+一用一备+搅拌机延时搅拌”的方式，增加了A药剂的溶解时长，减少了药剂为溶解带来的加药泵故障问题；对药剂B采取了“单次少量自动投药加水+三箱翻液溶解+搅拌机延时搅拌”方式，确保了药剂B的溶解时长、解决了未溶解的B剂对加药泵的影响。通过以上两种改进措施，药剂加注稳定性问题得到了彻底的解决，提升了水质指标的稳定性能。

图8 药箱结构

四、水处理系统下一步改进及优化方向

克拉处理站在水处理装置运行方面，始终严守水质合格的底线，通过对工艺系统及常规操作不断优化，积累水处理系统在克拉、克深区块宝贵的一手经验，并始终紧抓水处理装置提质增效主线，将控制药剂成本、减少运行费用、降低操作成本、回收闪蒸天然气创效等主体思路作为一直持续不断的努力方向。故下一步克拉处理站将针对以下几点进行系统优化改造：

①根据动态节点化验结果，持续关注气浮罐进、出口指标变化，适时的停运气浮罐及气浮泵，减少机泵耗电及储罐及其附属设施维护、检修、检定等费用；

②水量超过5000m³/日或波动大时，根据调储沉降罐结构与工艺，采用两罐并联模式试验运行，减少进水在调储罐内的稳定时长，将波动、刺漏等因素带来的水质影响，控制在最短时间内；

③通过工艺流程改造优化，收集调储沉降罐闪蒸气，回收气田水中分离、闪蒸出的天然气，为天然气增产创效。

参考文献：

[1] 水质改性技术驱动天然气采出水管输工艺优化. 王伟;包博文.石化技术,2025(03)

[2] 油气田采出水深度处理和利用技术简析[J]. 王志军;朱煜;李俊汉.化工管理,2019(24)