洗井返出液處理系統的應用及優化

祁小偉， 王哲， 孔令陽

（南陽二機石油裝備（集團）有限公司，河南南陽473006）

0 引言

隨著油田進入開發后期，地層狀況惡化，注水壓力升高、注水井溢流、出砂嚴重等問題井頻繁出現，油井要達到穩產和增產，注水井的日常維護工作變得愈發重要。因此專門適用于注水井洗井的洗井車，因其具有車載自走式結構，洗井液不外排、不污染環境等特點，特別是對樓區內的注水井、邊遠區塊注水井、新開發區塊注水井，以及未建洗井液回收系統區塊的注水井洗井作業具有其他設備不可比擬的優越性，使其在油田大量使用。洗井車通過設備進水口將洗井返出液導入車內的水處理系統進行處理，處理后的洗井返出液再通過洗井泵高壓回注到注水井內，全過程為密閉連續循環洗井流程。

洗井返出液處理系統是設備洗井效果好壞的關鍵，為此我們采用目前國內較先進的7項處理技術：兩級旋流除砂器、強磁除鐵分離器、液液旋流除油器、臥式聚結沉降器、一級初過濾器、二級精細過濾器及兩套氣動加藥裝置的處理流程。本文主要針對上述流程中影響處理效果的關鍵性因素的單體設備進行優化和應用研究，優選出了適合復雜成分的各單體設備，實現了污水處理系統的高效、平穩運行。

1 旋流除油技術的優化應用

液—液水力旋流分離技術是目前國際上最為先進的一種新型高效油水分離技術，依靠旋流產生的強大離心力場加速油水分離過程。其主要部件為旋流管，由進口、旋流腔、收縮腔、尾錐、尾管、底流口、溢流口等部分組成。油水混合液從入口進入旋流器的旋流腔，形成高速旋轉的渦流，經收縮腔、尾錐兩級收縮，使流體增速并在旋流管的內部形成一個穩定的離心力場。根據斯托克斯定律，因油水兩相介質的密度不同，油水混合液中重相水在強大離心力作用下被拋向旋流管內壁呈螺旋狀從底流口排出，輕相油則在旋流管的中心聚結形成油芯，與水呈反向從端板的出油口排出，實現油水分離。

圖1 旋流除油器工作原理

目前，國內外的污水除油旋流器多采用雙錐型，在借鑒已有試驗的經驗基礎上，設計了4套不同尺寸的旋流管，旋流管均為雙錐型，其中設計了2種主直徑（特征直徑）、2種入口形式、3種溢流管、3種雙錐結構，這樣可使雙錐型旋流管通過改變入口形式、雙錐結構、底流管及溢流管大小，探索出不同的結構組合在流量、壓力、油水密度差等工況條件下的分離效率。

圖2 旋流管結構

通過液—液旋流除油技術應用，探索了各工況條件下旋流器對分離效率的影響，研制出高效低阻降液—液旋流預除油器，實現了預除油器在阻力降≤0.2 MPa的情況下，分離效率≥80%。

2 臥式聚結沉降及壓力除油技術應用

洗井裝置空間非常有限，要求沉降設備體積小、效率高，而利用斜板可有效地增加沉淀分離面積、縮短流道高度，有利于細小顆粒（或油珠）的下沉（或浮升）。經理論計算，裝置上采用兩級斜板沉降設備，第一級為管式沉降器，第二級為壓力除油器。

圖3 沉降器組成

考慮到返出液攜帶泥砂和機雜等，管內沉降和二次除油采用三段式的結構，橫向流斜板段的水流方向與沉泥下滑方向(或油珠上浮方向)相互垂直，對下滑(或浮升)影響較小，因而可獲得較理想的分離效果；下向流斜板段的水流方向與沉泥下滑方向一致，水流可促進泥的下滑；上向流斜板段的水流方向與油珠上浮方向一致，水流有利于油珠浮升。

圖4 沉降器內部結構

3 過濾技術應用

返出液處理系統上的過濾設備采用兩級組成，初過濾采用的是多層濾料過濾技術，減輕了單層正向過濾器出現的納污能力低、“表面過濾現象”和濾料流失等問題。精細過濾采用的是改性纖維球過濾，用改性纖維球過濾罐作為精細過濾已被國內大多數油田所采用。

因濾料再生后能重復使用，濾罐設計了反沖洗流程，我們重點開展了多層濾料過濾罐和改性纖維球過濾罐的反沖洗條件模擬試驗研究。由于洗井作業是在注水井井場進行，而濾料再生所需的反沖洗過程是在污水處理站的污水（污油）池旁邊開展的，受現場條件制約，結合車載洗井裝置自身條件，我們選擇采用水—氣聯合反沖洗方式，壓縮空氣來自汽車貯氣包，2個濾罐采用內部環管水力噴射，底部氣浮吹頂式結構，使用濾料沿罐壁形成螺旋轉動，自動攪拌，保證反沖洗達到最優效果。

4 返出液處理加藥系統應用

在洗井過程中需加入一定量的絮凝劑，根據對油田含油污水的分析，一般需加入有機及無機2種藥劑。由于洗井裝置上不能提供220 V電源，加藥系統采用車上的氣源作為動力，通過2個氣動隔膜泵作為定量加藥裝置，氣動攪拌式加藥罐的結構。加藥流程如圖5。

圖5 加藥流程

5 作業流程優化

采用合理的水處理流程，是洗井設備取得較好洗井效果的有力保障。針對不同洗井返出液特性采用相應的水處理流程，其目的是保護水處理單體設備及確保洗井返出液處理效果。我們在應用中設計了3套洗井流程，對長期未洗井的注水井或洗井返出液物性特別惡劣的注水井，由于井口返出液的含油和機雜均較高，為了保護精細過濾系統，作業時洗井返出液經過兩級旋流除砂、液—液旋流除油、聚結沉降分離及壓力除油后直接進入緩沖水罐（超越精細過濾系統）；處理一段時間后，由于注水井井口出水質變好，為了避免沉降設備由于流體擾動而出現其進口水質優于出口水質，這時超越沉降及除油器，直接進入一級多層濾料過濾罐及二級纖維球過濾罐，或只進入二級纖維球過濾罐。整個流程的切換采用氣動蝶閥控制。洗井實踐證明，合理設計超越流程十分重要，有利于對一、二級精細濾罐的保護，延長過濾設備反洗周期和使用壽命。

6 結論

通過以上各環節單體設備技術研究和優化，設備在現場使用中取得了良好的效果，實現了污水處理系統的高效、平穩運行。

［1］ SY/T0523-2008油田水處理過濾器［S］.

［2］ 于光明.石油井下作業關鍵技術應用手冊［M］.北京：石油工業出版社，2007.