加拿大采出膜机械压缩蒸发处理技术

加拿大采出膜机械压缩蒸发处理技术

1汽包锅炉、采出水处理应用技术路线确定目前，加拿大的重油和沥青砂技术主要采用四种技术：辅助重力蒸发（sagd）、辅助水平裂缝蒸发（fast）、注气体溶解度（vapex）和辅助重力火油层（coh）。其中SAGD技术已在现场试验成功并得到工业化应用。SAGD采出水主要采用机械压缩蒸发法(MVC)进行处理,净化采出水回用SAGD直流注汽锅炉或汽包锅炉,从而实现SAGD采出水的循环利用。MVC技术应用于阿尔伯达油砂工程,将MVC用于直流注汽锅炉汽水分离器排出的高温浓缩废水处理。2004年开始将MVC技术应用于SAGD采出水处理,已累计应用MVC装置约20套,其中3套装置(每套处理量5000m3/d)用于SAGD采出水处理,净化采出水用于直流注汽锅炉给水;2套装置(每套处理量2500m3/d)用于SAGD采出水处理,净化采出水用于汽包锅炉给水;其余装置主要用于直流注汽锅炉汽水分离器排出的高温浓缩水的处理。2003年,辽河油田在借鉴加拿大油砂SAGD开采技术的基础上,在曙一区杜84块开展了8个井组的超稠油SAGD开发先导试验,取得成功。目前,辽河油田曙一区超稠油SAGD一期工程(40个井组)已建成投产。辽河油田SAGD一期地面工艺采用的是传统的原油脱水、采出水处理及直流注汽锅炉发生蒸汽工艺。直流注汽锅炉产生的湿蒸汽,经过汽水分离,去除20%~25%的高温浓缩水,产生高干度蒸汽,满足SAGD的生产需要。但该工艺存在直流注汽锅炉分离出的大量高温浓缩水如何有效处理及利用的难题。为此,辽河油田在借鉴加拿大油砂SAGD开采中蒸汽发生、采出水处理最新技术的基础上,结合辽河油田超稠油SAGD开发的实际,经技术、经济对比后,确定辽河油田SAGD二期工程的蒸汽发生采用汽包锅炉、采出水处理采用MVC的工艺技术路线。该技术路线可以避免直流注汽锅炉产生大量高温废水,同时又有利于热能的综合利用。由于MVC技术处理超稠油采出水在国内外还没有先例,为此辽河油田开展了降膜蒸发法处理辽河油田超稠油SAGD采出水的先导试验研究,为今后MVC工业化应用奠定基础。2试验安装和方法2.1预处理+水质试验水样来自辽河油田某SAGD井场上的三相分离器出水口。由于三相分离器出水中油和悬浮物的含量极高,不能满足试验进水水质要求,为此在现场进行了取样水的预处理,预处理主要去除水中的油和悬浮物。预处理后水中油含量小于50mg/L,悬浮物含量低于20mg/L。预处理工艺为重力沉降和浮选,在重力沉降和浮选工艺前分别投加一定数量的化学药剂。2.2现水罐、降膜蒸发管试验装置设计参数:降膜蒸发管直径50mm;浓缩倍数30;处理后蒸馏水水量为16L/h;冷凝水流量为22L/h;循环水量为1911L/h。试验装置流程见图1。如图1所示,将室温(20℃)的原水装入进水罐,在罐中投加苛性钠,通过搅拌器使原水与药剂充分混合。混合后的水通过进水泵提升进入换热器,升温到87℃进入蒸发塔底部废水槽。废水槽中的水通过循环泵提升进入蒸发塔,通过安装在降膜蒸发管顶部的蝶形布水器进入到蒸发管内壁,并以水膜态向下流动。锅炉产生的105℃蒸汽进入蒸发塔顶部,沿蒸发管外壁向下流动,与蒸发管内壁水膜进行热量交换,使之部分蒸发。蒸发出的湿蒸汽经安装在蒸汽出口的除雾器将蒸汽中的水滴分离,然后进入到换热器冷却成为蒸馏水。蒸发管内尚未蒸发的废水及除雾器分离出的水一并进入到蒸发塔底部的废水槽中,通过循环泵再次循环蒸发。2.3蒸发浓缩试验第一步,将水样卸入储存罐中,储存罐顶用氮气密闭,氮气采用循环供气;第二步,使用一支新的不锈钢降膜蒸发管,使用前要称重;第三步,为了得到准确的蒸发试验数据,在废水试验前,先用酸化的城市自来水进行第一次水的空白试验;在废水试验结束后,对蒸发管进行检查,然后进行第二次水的空白试验;第四步,在进水罐中投加苛性钠,同时用计量泵往蒸发塔废水槽中投加少量苛性钠,对浓缩废液的pH值进行微调;第五步,试验开始后,每隔4h进行一次取样或数据采集,主要包括废水槽内水的总可溶性固体、总悬浮固体、pH,进水、蒸馏水和废水流量,蒸馏水的pH、电导率,进水pH以及热传导系数等。3试验结果与讨论3.1处理水质处理前、后水质见表1。3.2结垢发管结垢向原水中投加氢氧化钠调节pH值,以防硅在蒸发管内结垢;另外,由于原水硬度较高(主要是暂时硬度),投加氢氧化钠使原水中钙离子的含量降低,可以降低换热器、蒸发管内的结垢速度。3.3消泡剂的投加试验过程中,在蒸发塔废水槽中产生约5cm厚的泡沫。当试验运行215h时,将消泡剂一次性投加到蒸发塔废水槽中,结果显示泡沫减少了。蒸发管的热传导系数先随消泡剂的投加而降低,然后又回到正常水平。试验过程中消泡剂不再投加。3.4热传导系数小经过21天连续蒸发浓缩先导试验后,降膜蒸发管的热传导系数仅仅有微小降低,说明降膜蒸发管的结垢非常小,连续的水基准状态的热传导系数只比初始状态降低1%~3%。在最后水基准试验完成时,降膜蒸发管上只有痕迹的沉淀物。3.5大型蒸汽压缩机市场使用时长先导试验采用一台小型锅炉代替蒸汽压缩机提供热源,因为先导试验规模较小,如此小的蒸汽压缩机目前市场上还没有商业定型产品,即使采用非标的小型蒸汽压缩机,与大型蒸汽压缩机相比,其性能相差很大,且效率低,取得的试验数据可靠性差。3.6钠加到蒸发塔底部废水槽中首次试验时,为避免降膜蒸发管内壁结垢,将苛性钠直接加到蒸发塔底部废水槽中,使水中硅为溶解状态,试验效果不佳。后来将苛性钠加到换热器前的进水罐中,并设搅拌混合装置,达到了预期效果。4汽包锅炉及其给水先导试验得到的净化水是要提供给汽包锅炉产生过热蒸汽,用于超稠油SAGD开采。目前,国内汽包锅炉主要是用于火力发电机组产生动力蒸汽推动汽轮机发电,该汽包锅炉水、汽指标执行GB12145—1999《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准》。稠油SAGD开发用汽包锅炉及给水标准目前国内尚属空白。通过先导试验出水水质与GB12145—1999标准的对比可以看出:降膜蒸发后的超稠油SAGD采出水的部分指标(电导率、二氧化硅和pH值)还不能满足GB12145—1999标准。如果油