某油田雙介質濾器優化改進與效果分析

代齊加

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津300459)

0 引 言

某油田的雙介質濾器作為生產污水系統的精細濾器，對注水水質的處理效果起著決定性作用，其內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。過濾器頂部設置有排污口，根據設定時間自動打開排放頂部污油及懸浮物。過濾過程中產生的雜質，使濾器的過濾效果和處理能力降低，系統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，雙介質濾器去除懸浮物的能力開始出現下降，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，導致比表面積變小、非極性變弱、吸油率變低、出現板結及泥餅[2]；二是設備設計存在缺陷，雙介質濾器處于整個水系統的最高點，受重力及虹吸雙重作用，濾器不能處于滿罐運行狀態，導致設備布水不均，形成優勢通道，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初期設定的，隨著生產污水處理量的增加以及地產產物的變化，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 雙介質濾器進出口懸浮物數據對比表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濾器濾料

雙介質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，且濾料化學性質穩定，不會與柴油產生化學反應或者傷害濾料。同時，受作業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的濾料更換作業，提高其處理效果。連接臨時軟管向雙介質濾器加注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，調整了濾料內部空隙結構，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 柴油浸泡雙介質濾器示意圖Fig.1 Schematic diagram of diesel oil immersion for dual media filter

圖2 浸泡雙介質濾器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 雙介質濾器A/B/C出口水樣懸浮物數據對比Tab.2 Comparison of suspended solids data of water sample at outlets of A/B/C dual media filters

2.2 優化改造雙介質濾器流程

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

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

2.3 優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，系統自動開始反洗作業。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無法有效清除，越堆越厚，從而造成濾料板結，不僅影響水質，還會進一步造成濾料反洗自凈能力的喪失[3]。

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

圖4 雙介質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 不同運行狀態下設備除懸率對比Fig.5 Comparison of removal rate of suspended solids under different operation conditions

在優化程序時，考慮注水資源的利用以及濾料流化狀態、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調整至6min，平均除懸率提升 6.17%(圖 6)。將反洗強度由8000L/min調整至 8500L/min，平均除懸率提升3.58%，優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濾器除懸率對比Fig.7 Comparison of removal rate of suspended solids under different backwashing intensities

3 結 論

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

表3 雙介質濾器優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

本文總結的優化改進思路為海上油田改善注水水質提供了經驗，也為海上油田“注足水、注好水”提供了新的思路。