代齊加

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津300459)

0 引 言

某油田的雙介質(zhì)濾器作為生產(chǎn)污水系統(tǒng)的精細濾器，對注水水質(zhì)的處理效果起著決定性作用，其內(nèi)部填料主要有石英砂與無煙煤，工藝流程分為過濾流程和反洗流程，系統(tǒng)正常情況下處于過濾流程，含油污水從進口分配器進入，濾料通過直接攔截和表面吸附等機理以除去水中含油及懸浮物顆粒，而后從凈水出口流出。過濾器頂部設(shè)置有排污口，根據(jù)設(shè)定時間自動打開排放頂部污油及懸浮物。過濾過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)，使濾器的過濾效果和處理能力降低，系統(tǒng)通過條件判斷自動進行反洗流程，通過氣、水反沖洗方式，使濾料強烈松動、造旋、流化、摩擦，重新達到過濾處理要求。

1 存在問題

隨著油田進入開采中期，原油含水率逐年上升，雙介質(zhì)濾器去除懸浮物的能力開始出現(xiàn)下降，已不能滿足日益復雜的含油污水處理要求(表1)[1]。主要原因為：一是濾料已使用近 3年，表面粘附了較多的油污及雜質(zhì)，導致比表面積變小、非極性變?nèi)酢⑽吐首兊?、出現(xiàn)板結(jié)及泥餅[2]；二是設(shè)備設(shè)計存在缺陷，雙介質(zhì)濾器處于整個水系統(tǒng)的最高點，受重力及虹吸雙重作用，濾器不能處于滿罐運行狀態(tài)，導致設(shè)備布水不均，形成優(yōu)勢通道，嚴重影響濾料的截污效果，同時，頂部收油與排污功能也失去了意義；三是反洗模式是投產(chǎn)初期設(shè)定的，隨著生產(chǎn)污水處理量的增加以及地產(chǎn)產(chǎn)物的變化，反洗模式已不能滿足當前工況，反洗效果差，未能將板結(jié)的泥餅層破碎并徹底排出，重新投用后，過濾壓差很快升高，濾水能力差。

如果長期達不到生產(chǎn)水回注地層的標準，將會造成地層堵塞，注水井欠注，地層壓力下降，導致油井采收率降低。

表1 雙介質(zhì)濾器進出口懸浮物數(shù)據(jù)對比表Tab.1 Data comparison of suspended solids at inlet and outlet of dual media filter

2 解決措施

2.1 使用柴油浸泡雙介質(zhì)濾器濾料

雙介質(zhì)濾器在長期使用過程中，濾料表面粘附了較多油污，柴油對其有很好的物理溶解作用，且濾料化學性質(zhì)穩(wěn)定，不會與柴油產(chǎn)生化學反應(yīng)或者傷害濾料。同時，受作業(yè)空間狹小及費用成本高等因素影響，使用柴油浸泡方式替代常規(guī)的濾料更換作業(yè)，提高其處理效果。連接臨時軟管向雙介質(zhì)濾器加注1m3柴油，每層浸泡 4～5h，通過進水提升柴油液面對上一層濾料進行浸泡，反復操作直至浸泡完畢。浸泡期間每 2 h啟動一次風機，吹動松散濾料，提高處理效果，多次反洗后投用(圖 1、圖 2)。通過清洗，調(diào)整了濾料內(nèi)部空隙結(jié)構(gòu)，并改變了濾料表面的潤濕效果，以提高濾料對水中懸浮物的吸附和選擇性，最終增強了濾料的截污能力，有利于懸浮物的去除，對濾料的透過性、滲透速率及過濾性能具有顯著影響(表 2)。

圖1 柴油浸泡雙介質(zhì)濾器示意圖Fig.1 Schematic diagram of diesel oil immersion for dual media filter

圖2 浸泡雙介質(zhì)濾器A的柴油前后對比圖Fig.2 Comparison of diesel oil before and after immersion of dual media filter A

表2 雙介質(zhì)濾器A/B/C出口水樣懸浮物數(shù)據(jù)對比Tab.2 Comparison of suspended solids data of water sample at outlets of A/B/C dual media filters

2.2 優(yōu)化改造雙介質(zhì)濾器流程

核桃殼增壓泵(位于中甲板)將生產(chǎn)水增壓后依次經(jīng)過核桃殼濾器、雙介質(zhì)濾器(位于上甲板)過濾后，流入注水緩沖罐(位于中甲板)注入地層。由于雙介質(zhì)濾器位于生產(chǎn)水系統(tǒng)的最高點，雙介質(zhì)濾器無法處于滿罐運行狀態(tài)，其常規(guī)過濾和反洗時無法進行正常的收油和排污，導致油污在罐內(nèi)積存，影響生產(chǎn)水處理效果，同時縮短濾料壽命，增加濾料更換成本。

為提高注水水質(zhì)，實現(xiàn)雙介質(zhì)濾器滿罐運行并且能夠自動正常排污，根據(jù)現(xiàn)場流程走向，對雙介質(zhì)出口管線進行改造，在雙介質(zhì)與注水緩沖罐之間設(shè)立U型彎(圖3)，使U型彎最高處高于雙介質(zhì)濾器排污管線 1m(圖 3、圖 4)。通過改造，滿罐運行狀態(tài)下的懸浮物去除率平均提升4.18%，效果顯著(圖5)。

2.3 優(yōu)化反洗程序以提高濾料再生能力

在壓差達到 150kPa時或過濾流程運行 8h后，系統(tǒng)自動開始反洗作業(yè)。反洗程序主要分為氣反洗、水反洗、污油排放流程等[3]。由于處理量的不斷增加，原程序下的反洗量及反洗強度無法滿足目前工況，導致粘附于濾料表面的油污及雜質(zhì)無法有效清除，越堆越厚，從而造成濾料板結(jié)，不僅影響水質(zhì)，還會進一步造成濾料反洗自凈能力的喪失[3]。

圖3 雙介質(zhì)濾器流程改造示意圖Fig.3 Schematic diagram of dual media filter process transformation

圖4 雙介質(zhì)濾器排污前后水樣對比Fig.4 Comparison of water samples before and after blowdown of dual media filter

圖5 不同運行狀態(tài)下設(shè)備除懸率對比Fig.5 Comparison of removal rate of suspended solids under different operation conditions

在優(yōu)化程序時，考慮注水資源的利用以及濾料流化狀態(tài)、濾料膨脹、顆粒碰撞、濾料漏失、再生效果等因素，通過多組試驗，將反洗時間由 5min調(diào)整至6min，平均除懸率提升 6.17%(圖 6)。將反洗強度由8000L/min調(diào)整至 8500L/min，平均除懸率提升3.58%，優(yōu)化反洗程序后的過濾能力得到了進一步提升(圖 7)。

圖6 不同反洗時間下的雙介質(zhì)濾器除懸率對比Fig.6 Comparison of removal rate of suspended solids under different backwashing times

圖7 不同反洗強度下的雙介質(zhì)濾器除懸率對比Fig.7 Comparison of removal rate of suspended solids under different backwashing intensities

3 結(jié) 論

通過使用柴油浸泡雙介質(zhì)濾器濾料、優(yōu)化改造雙介質(zhì)濾器流程、優(yōu)化反洗程序等措施，節(jié)省了更換濾料的費用成本，加速了濾料“自凈”能力的恢復，扭轉(zhuǎn)了因雙介質(zhì)濾料過濾能力下降對懸浮物處理造成的負面影響，水質(zhì)持續(xù)好轉(zhuǎn)，雙介質(zhì)出口懸浮物合格率由94.6%提升至100%(表3)。

表3 雙介質(zhì)濾器優(yōu)化改進前后懸浮物指標合格率對比表Tab.3 Comparison of qualified rate of suspended solids index before and after optimization and improvement of dual media filter

本文總結(jié)的優(yōu)化改進思路為海上油田改善注水水質(zhì)提供了經(jīng)驗，也為海上油田“注足水、注好水”提供了新的思路。