加拿大采出膜機(jī)械壓縮蒸發(fā)處理技術(shù)

加拿大采出膜機(jī)械壓縮蒸發(fā)處理技術(shù)

1汽包鍋爐、采出水處理應(yīng)用技術(shù)路線確定目前，加拿大的重油和瀝青砂技術(shù)主要采用四種技術(shù)：輔助重力蒸發(fā)（sagd）、輔助水平裂縫蒸發(fā)（fast）、注氣體溶解度（vapex）和輔助重力火油層（coh）。其中SAGD技術(shù)已在現(xiàn)場試驗(yàn)成功并得到工業(yè)化應(yīng)用。SAGD采出水主要采用機(jī)械壓縮蒸發(fā)法(MVC)進(jìn)行處理,凈化采出水回用SAGD直流注汽鍋爐或汽包鍋爐,從而實(shí)現(xiàn)SAGD采出水的循環(huán)利用。MVC技術(shù)應(yīng)用于阿爾伯達(dá)油砂工程,將MVC用于直流注汽鍋爐汽水分離器排出的高溫濃縮廢水處理。2004年開始將MVC技術(shù)應(yīng)用于SAGD采出水處理,已累計應(yīng)用MVC裝置約20套,其中3套裝置(每套處理量5000m3/d)用于SAGD采出水處理,凈化采出水用于直流注汽鍋爐給水;2套裝置(每套處理量2500m3/d)用于SAGD采出水處理,凈化采出水用于汽包鍋爐給水;其余裝置主要用于直流注汽鍋爐汽水分離器排出的高溫濃縮水的處理。2003年,遼河油田在借鑒加拿大油砂SAGD開采技術(shù)的基礎(chǔ)上,在曙一區(qū)杜84塊開展了8個井組的超稠油SAGD開發(fā)先導(dǎo)試驗(yàn),取得成功。目前,遼河油田曙一區(qū)超稠油SAGD一期工程(40個井組)已建成投產(chǎn)。遼河油田SAGD一期地面工藝采用的是傳統(tǒng)的原油脫水、采出水處理及直流注汽鍋爐發(fā)生蒸汽工藝。直流注汽鍋爐產(chǎn)生的濕蒸汽,經(jīng)過汽水分離,去除20%~25%的高溫濃縮水,產(chǎn)生高干度蒸汽,滿足SAGD的生產(chǎn)需要。但該工藝存在直流注汽鍋爐分離出的大量高溫濃縮水如何有效處理及利用的難題。為此,遼河油田在借鑒加拿大油砂SAGD開采中蒸汽發(fā)生、采出水處理最新技術(shù)的基礎(chǔ)上,結(jié)合遼河油田超稠油SAGD開發(fā)的實(shí)際,經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)對比后,確定遼河油田SAGD二期工程的蒸汽發(fā)生采用汽包鍋爐、采出水處理采用MVC的工藝技術(shù)路線。該技術(shù)路線可以避免直流注汽鍋爐產(chǎn)生大量高溫廢水,同時又有利于熱能的綜合利用。由于MVC技術(shù)處理超稠油采出水在國內(nèi)外還沒有先例,為此遼河油田開展了降膜蒸發(fā)法處理遼河油田超稠油SAGD采出水的先導(dǎo)試驗(yàn)研究,為今后MVC工業(yè)化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。2試驗(yàn)安裝和方法2.1預(yù)處理+水質(zhì)試驗(yàn)水樣來自遼河油田某SAGD井場上的三相分離器出水口。由于三相分離器出水中油和懸浮物的含量極高,不能滿足試驗(yàn)進(jìn)水水質(zhì)要求,為此在現(xiàn)場進(jìn)行了取樣水的預(yù)處理,預(yù)處理主要去除水中的油和懸浮物。預(yù)處理后水中油含量小于50mg/L,懸浮物含量低于20mg/L。預(yù)處理工藝為重力沉降和浮選,在重力沉降和浮選工藝前分別投加一定數(shù)量的化學(xué)藥劑。2.2現(xiàn)水罐、降膜蒸發(fā)管試驗(yàn)裝置設(shè)計參數(shù):降膜蒸發(fā)管直徑50mm;濃縮倍數(shù)30;處理后蒸餾水水量為16L/h;冷凝水流量為22L/h;循環(huán)水量為1911L/h。試驗(yàn)裝置流程見圖1。如圖1所示,將室溫(20℃)的原水裝入進(jìn)水罐,在罐中投加苛性鈉,通過攪拌器使原水與藥劑充分混合?；旌虾蟮乃ㄟ^進(jìn)水泵提升進(jìn)入換熱器,升溫到87℃進(jìn)入蒸發(fā)塔底部廢水槽。廢水槽中的水通過循環(huán)泵提升進(jìn)入蒸發(fā)塔,通過安裝在降膜蒸發(fā)管頂部的蝶形布水器進(jìn)入到蒸發(fā)管內(nèi)壁,并以水膜態(tài)向下流動。鍋爐產(chǎn)生的105℃蒸汽進(jìn)入蒸發(fā)塔頂部,沿蒸發(fā)管外壁向下流動,與蒸發(fā)管內(nèi)壁水膜進(jìn)行熱量交換,使之部分蒸發(fā)。蒸發(fā)出的濕蒸汽經(jīng)安裝在蒸汽出口的除霧器將蒸汽中的水滴分離,然后進(jìn)入到換熱器冷卻成為蒸餾水。蒸發(fā)管內(nèi)尚未蒸發(fā)的廢水及除霧器分離出的水一并進(jìn)入到蒸發(fā)塔底部的廢水槽中,通過循環(huán)泵再次循環(huán)蒸發(fā)。2.3蒸發(fā)濃縮試驗(yàn)第一步,將水樣卸入儲存罐中,儲存罐頂用氮?dú)饷荛],氮?dú)獠捎醚h(huán)供氣;第二步,使用一支新的不銹鋼降膜蒸發(fā)管,使用前要稱重;第三步,為了得到準(zhǔn)確的蒸發(fā)試驗(yàn)數(shù)據(jù),在廢水試驗(yàn)前,先用酸化的城市自來水進(jìn)行第一次水的空白試驗(yàn);在廢水試驗(yàn)結(jié)束后,對蒸發(fā)管進(jìn)行檢查,然后進(jìn)行第二次水的空白試驗(yàn);第四步,在進(jìn)水罐中投加苛性鈉,同時用計量泵往蒸發(fā)塔廢水槽中投加少量苛性鈉,對濃縮廢液的pH值進(jìn)行微調(diào);第五步,試驗(yàn)開始后,每隔4h進(jìn)行一次取樣或數(shù)據(jù)采集,主要包括廢水槽內(nèi)水的總可溶性固體、總懸浮固體、pH,進(jìn)水、蒸餾水和廢水流量,蒸餾水的pH、電導(dǎo)率,進(jìn)水pH以及熱傳導(dǎo)系數(shù)等。3試驗(yàn)結(jié)果與討論3.1處理水質(zhì)處理前、后水質(zhì)見表1。3.2結(jié)垢發(fā)管結(jié)垢向原水中投加氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值,以防硅在蒸發(fā)管內(nèi)結(jié)垢;另外,由于原水硬度較高(主要是暫時硬度),投加氫氧化鈉使原水中鈣離子的含量降低,可以降低換熱器、蒸發(fā)管內(nèi)的結(jié)垢速度。3.3消泡劑的投加試驗(yàn)過程中,在蒸發(fā)塔廢水槽中產(chǎn)生約5cm厚的泡沫。當(dāng)試驗(yàn)運(yùn)行215h時,將消泡劑一次性投加到蒸發(fā)塔廢水槽中,結(jié)果顯示泡沫減少了。蒸發(fā)管的熱傳導(dǎo)系數(shù)先隨消泡劑的投加而降低,然后又回到正常水平。試驗(yàn)過程中消泡劑不再投加。3.4熱傳導(dǎo)系數(shù)小經(jīng)過21天連續(xù)蒸發(fā)濃縮先導(dǎo)試驗(yàn)后,降膜蒸發(fā)管的熱傳導(dǎo)系數(shù)僅僅有微小降低,說明降膜蒸發(fā)管的結(jié)垢非常小,連續(xù)的水基準(zhǔn)狀態(tài)的熱傳導(dǎo)系數(shù)只比初始狀態(tài)降低1%~3%。在最后水基準(zhǔn)試驗(yàn)完成時,降膜蒸發(fā)管上只有痕跡的沉淀物。3.5大型蒸汽壓縮機(jī)市場使用時長先導(dǎo)試驗(yàn)采用一臺小型鍋爐代替蒸汽壓縮機(jī)提供熱源,因?yàn)橄葘?dǎo)試驗(yàn)規(guī)模較小,如此小的蒸汽壓縮機(jī)目前市場上還沒有商業(yè)定型產(chǎn)品,即使采用非標(biāo)的小型蒸汽壓縮機(jī),與大型蒸汽壓縮機(jī)相比,其性能相差很大,且效率低,取得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠性差。3.6鈉加到蒸發(fā)塔底部廢水槽中首次試驗(yàn)時,為避免降膜蒸發(fā)管內(nèi)壁結(jié)垢,將苛性鈉直接加到蒸發(fā)塔底部廢水槽中,使水中硅為溶解狀態(tài),試驗(yàn)效果不佳。后來將苛性鈉加到換熱器前的進(jìn)水罐中,并設(shè)攪拌混合裝置,達(dá)到了預(yù)期效果。4汽包鍋爐及其給水先導(dǎo)試驗(yàn)得到的凈化水是要提供給汽包鍋爐產(chǎn)生過熱蒸汽,用于超稠油SAGD開采。目前,國內(nèi)汽包鍋爐主要是用于火力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生動力蒸汽推動汽輪機(jī)發(fā)電,該汽包鍋爐水、汽指標(biāo)執(zhí)行GB12145—1999《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》。稠油SAGD開發(fā)用汽包鍋爐及給水標(biāo)準(zhǔn)目前國內(nèi)尚屬空白。通過先導(dǎo)試驗(yàn)出水水質(zhì)與GB12145—1999標(biāo)準(zhǔn)的對比可以看出:降膜蒸發(fā)后的超稠油SAGD采出水的部分指標(biāo)(電導(dǎo)率、二氧化硅和pH值)還不能滿足GB12145—1999標(biāo)準(zhǔn)。如果油