油田含聚污水過濾器的分離效率試驗研究

肖清燕，尹先清，靖 波，張 健，孫培京，姜維東

（1.長江大學 化學與環境工程學院，湖北 荊州434023；2.海洋石油高效開發國家重點試驗室，北京100027；3.中海油研究總院，北京100027） ①

渤海LD10-1油田對聚合物驅產出水進行處理后回注儲層，但處理后的水質指標沒有達到要求，影響到油田的開發效果。隨著采出液含聚量的不斷上升，水質水性變得異常復雜，污水處理難度增大，平臺上的過濾器經常被含聚污水堵塞，導致處理效率低下［1－2］，水質不達標。過濾處理是油田回注污水處理工藝中的最后一道水質保障工序，其過濾分離效果直接影響到注入水質是否達到標準要求。油田采出水處理過濾器主要有雙層濾料過濾器、核桃殼過濾器、纖維過濾器、微孔過濾器、濾芯過濾器、陶瓷膜過濾裝置等。纖維過濾器裝置采用多種纖維，易堵塞；微孔過濾器主要用于清水回注處理中，可有效過濾2μm以上的懸浮固體顆粒，但由于過濾速率緩慢，易堵塞，不利于油田大量污水處理；濾芯過濾器濾芯價格過高，不能再生，易污染［3］；核桃殼過濾器是20世紀80年代中后期在國內發展起來，利用核桃殼濾料的親水疏油性，容易再生，在油田污水處理工藝中的應用比較廣泛［4］。鑒于這種情況，通過不同粒徑的3種常用濾料的分離試驗，分析含聚污水處理后的含油量、固體顆粒含量及粒徑中值大小等主要水質指標，為選擇合適的濾料材質及粒徑，優化濾層填充方式、填充高度提供依據。

1 試驗系統簡介

1.1 試驗水樣

按照SY／T5523—2006《油田水分析方法》，分析從現場取回的LD10-1油田的含聚污水水質。采用LD10-1油田現場所提供的聚合物，用高剪切分散乳化機進行乳化處理，轉速為8 000r／min、乳化時間為10～15min；按照表1的離子組分添加礦化物質；含油加入現場原油后以實測值為準；加入的原油量以實測值為準。配制成的模擬污水中含聚量200mg／L，含油量400mg／L（經過斜管沉降罐處理后污水的含油濃度波動很大，從60～150mg／L，以實測值為準），礦化度為7 079.42mg／L，懸浮物質量分數（簡稱SS）200mg／L。水溫按現場水溫控制在約55℃。

表1 LD10-1采油污水中離子組成 mg／L

1.2 試驗設備及儀器

采用CH-2型多功能連續水處理試驗裝置，處理量為40L／h。選用經過脫脂和化學處理的核桃殼濾料、無煙煤濾料，石英砂濾料為墊層。濾料粒徑0.5～0.8mm、0.9～1.2mm、1.6～2.0mm 共3種。水中懸浮物含量采用GLQ-B微孔薄膜（孔徑0.45μm）過濾試驗儀測定；懸浮物顆粒粒徑采用Microtrac S3500激光粒度分析儀測定，油含量采用島津公司UV2450紫外可見分光光度計測定；試驗加入藥劑為現場水處理中加入的清水劑BHQ-402，是一種非離子型的表面活性劑。

1.3 試驗流程

模擬含聚、含油的污水通過泵輸入旋流混合加藥罐中，與同時加入的清水劑在旋流混合罐中反應后，進入氣浮選器浮選除去部分懸浮物和油，再經過斜管沉降罐沉降之后，進入過濾器過濾。取過濾器出口水樣進行水質分析。試驗流程如圖1。

圖1 含聚污水處理流程示意

2 試驗結果與討論

2.1 濾料種類對其分離效果的影響

過濾器墊層選擇2.0mm粒徑石英砂，然后選擇相同粒徑的不同濾料，填充成不同的過濾床層，形成不同濾料的過濾器。過濾器1：無煙煤粒徑為2.0 mm；過濾器2：石英砂粒徑為2.0mm；過濾器3：核桃殼粒徑為1.6～2.0mm。過濾器填充方式為先將石英砂、核桃殼、無煙煤濾料清洗干凈，然后在過濾器中填充150mm厚的2.0mm石英砂為墊層，再裝入150mm高的不同濾料，用清水自上而下流動沖洗并趕出空氣后待用。過濾器的濾料填裝如圖2。

按照圖1的試驗流程，含聚、含油污水在旋流混合加藥罐中加入200mg／L的清水劑BHQ-402處理后，進入氣浮選器浮選除去部分懸浮物和油，再經過斜管沉降罐沉降。收集處理后的污水進入過濾器處理。不同濾料填充過濾器的試驗結果如表2。

由表2知，綜合分析除油率、SS去除率、濾后水的粒徑中值范圍和過濾速度，核桃殼和無煙煤濾料效果相差不大，均優于石英砂濾料。

2.2 不同粒徑核桃殼的過濾效果對比

墊層仍為2.0mm石英砂，改變核桃殼的粒徑，填充成不同的過濾床層。過濾器4：核桃殼粒徑為1.6～2.0mm；過濾器5：核桃殼粒徑為0.9～1.2 mm；過濾器6：核桃殼粒徑為0.5～0.8mm。填裝方式為：將石英砂、核桃殼濾料清洗干凈，在過濾器中填充150mm厚的2.0mm石英砂為墊層，再裝入150mm高的不同粒徑的核桃殼，用清水自上而下流動沖洗排凈空氣后待用。

按照圖1的流程，在旋流混合加藥罐中加入200mg／L清水劑BHQ-402處理后，進入氣浮選器除去部分懸浮物和油，再經過斜管沉降罐沉降。收集處理后的污水進入過濾器處理。不同濾料粒徑填充過濾器的試驗結果如表3。

圖2 過濾器填裝示意

表2 不同濾料過濾器的過濾效果

表3 不同粒徑核桃殼過濾器的過濾效果

由表3知，除油率及SS去除率最高的是粒徑0.5～0.8mm的核桃殼濾料，但相同水量流出的時間較長，表明過濾器阻力變大，會導致過濾能力下降，處理能力變小。

2.3 濾料填充方式對分離效果的影響

墊層石英砂粒徑為2.0mm，將不同粒徑的核桃殼形成集配，填充成不同的過濾床層，形成不同粒徑值的過濾器。

填充方式1：墊層為石英砂自下而上依次為：粒徑1.6～2.0mm、粒 徑0.9～1.2mm、粒 徑0.5～0.8mm的核桃殼各50mm。

填充方式2：墊層為石英砂自下而上依次為：粒徑0.5～0.8mm、粒 徑0.9～1.2mm、粒 徑1.6～2.0mm的核桃殼各50mm。

填充方式3（混合填料）：將石英砂、核桃殼濾料清洗干凈，在過濾器中填充150mm厚、粒徑2.0mm的石英砂為墊層，再填裝150mm高的無煙煤－核桃殼（粒徑d＝1.6～2.0mm，各自填充高75mm），用清水自上而下流動自然填充待用。

按照圖1的流程，在旋流混合加藥罐中加入200mg／L的清水劑BHQ-402處理后，進入氣浮選器除去部分懸浮物和油，再經過斜管沉降罐沉降。收集處理后的污水進入過濾器處理。不同填充方式的過濾器試驗結果如表4。

表4 填充方式對過濾效果的影響

續表4

由表4知，除油率及懸浮物去除率最高的是填充方式3。

2.4 濾料填充高度對分離效果的影響

過濾器7：填充粒徑0.9～1.2mm的核桃殼，石英砂墊層高度為50mm，核桃殼的高度250mm。

過濾器8：填充粒徑0.9～1.2mm的核桃殼，石英砂墊層高度為100mm，核桃殼的高度200mm。

過濾器9：填充粒徑0.9～1.2mm的核桃殼，石英砂墊層高度為150mm，核桃殼的高度150mm總填充高度保持300mm。

按照圖1流程，在旋流混合加藥罐中用200 mg／L的清水劑BHQ-402處理后，進入氣浮選器浮選除去部分懸浮物和油，再經過斜管沉降罐沉降。收集處理后的污水進入過濾器處理。不同填充高度的過濾器試驗結果如表5。

表5 濾料填充高度改變對過濾效果的影響

由表5知，填充核桃殼高度為250mm時，除油率、SS去除率和濾后水中粒徑中值達到最佳值。

3 結論

1） 濾層選用粒徑1.6～2.0mm的核桃殼濾料，或者按相同粒徑的無煙煤與核桃殼（1：1）的濾料分別填充，從上到下的順序為核桃殼、石英砂填充；核桃殼濾料與石英砂墊層的填充高度比例為（4～5）：1。以此填充方式的過濾器，對含聚污水的除油率和SS去除率大于91%，固體顆粒粒徑小于8μm的達到90%以上。

2） 濾層選用核桃殼和石英砂2種濾料，混合濾料比常規的單一濾料的過濾效果好，且性能穩定。

3） 在長期的運行過程中發現濾料上有許多堆積起來的絮體、油等雜質，堵塞了過濾器，使得過濾速率降低。在試驗室通過反復清洗濾料可以改善濾料堵塞的問題。下一步研究中，將把過濾器與反沖洗裝置聯系起來，使得濾料堵塞問題得到改善。

4） 新型的混合型過濾器目前已在渤海LD10-1油田的多個污水處理平臺進行了試驗和應用，由于該混合過濾器具有可再生性強，濾料易得且便宜，設備的基礎投資較低且應用效果明顯，適合用于油田含油含聚污水的處理。隨著油田的深入開發，污水水量日益加大，污水循環利用的意義愈發重大。為了保證油田的持續穩產和發展，新設備、新工藝的研究迫在眉睫。因此，新型混合過濾器具有十分廣闊的應用前景。

［1］ 唐洪明，黎 菁，何保生，等.旅大10-1油田含聚污水回注對儲層損害研究［J］.油田化學，2011，28（2）：181-182.

［2］ 段 明，王 虎，張 健，等.旅大10-1平臺污水處理效果影響因素分析［J］.中國海上油氣，2010，22（6）：420-423.

［3］ 趙 雷.陶瓷顆粒濾料過濾油田污水技術研究［D］.中國石油大學（華東），2008：1-10.

［4］ 李 偉，肖 偉.油田含油污水處理過濾器設備進展［J］.科技風，2011，35 （5）：21-22.

［5］ 趙 雷，馮明華.陶瓷濾料過濾油田污水技術試驗研究［J］.石油礦場機械，2011，40（7）：66-69.