渤海N油田降低回注水懸浮物粒徑中值的實踐探索

付立群，楊 浩，馬 亮，盧軼寬

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津 300451)

0 引言

渤海N 油田于2007 年投產，經過多年的運行，設備的實際情況與ODP 設計出現了偏差，存在優化的空間。為了激發員工思考和解決平臺難點問題的積極性和可能性，于2020 年成立攻關小組。

渤海N 油田CEPa 平臺共有2 套污水處理系統，一套污水處理系統處理A平臺、D平臺原油分離出來的污水約6 000 m3/d，另外一套污水處理系統處理水源井產水約1 500 m3/d。2 套污水經過處理之后混合進入注水緩沖罐隨之注入注水井。目前污水系統存在的主要問題是懸浮物較多且粒徑較大，粒徑中值普遍大于3 μm。該大粒徑懸浮物注入地層會造成地層孔隙堵塞，注水不平衡，注水量減少等。

A、D 平臺污水處理設備經多年運行，處理效果和當年ODP 設計出現了一定的偏差，為保證流程正常運行處理效果達到ODP 設計值，通過對污水系統管理制度創新、優化核桃殼操作程序、更換篩管、改造設備內部結構、改型化學藥劑等治理手段和方法，將粒徑中值降低為標準值，切實提高了注水水質。

1 課題選擇

粒徑中值是從樣品中選取的一個粒徑值，如果大于此粒度值的顆粒數占50%，小于此粒度值的顆粒數也占50%，就稱這個粒度值為粒徑中值。粒度是指顆粒尺度的大小，通常球體顆粒的粒度用直徑表示，立方顆粒的粒度用邊長表示。對不規則的顆粒，可將與該顆粒有相同行為的某一球體直徑作為該顆粒的等效直徑。粒度常用D50、D97、比表面積等指標表示。

小組成員對污水系統各個設備取樣分別測得各樣品粒徑中值數據，見表1、表2、圖1。

表1 WHPD平臺各設備粒徑中值數據表Tab.1 Data of median particle size of each equipment on WHPD platform

表2 CEPA平臺各設備粒徑中值數據表Tab.2 Data of median particle size of each equipment on CEPA platform

圖1 粒徑中值柱狀圖Fig.1 Histogram of median particle size

從圖1 可以看出D平臺污水設備處理效果無法達到標準粒徑中值要求。對該情況進行調查研究，平臺的污水系統存在以下幾個方面的問題：

①污水系統化學藥劑選型不合理、加注點和加注方式不合理。最初污水系統清水劑為05 型號，注入點為斜板除油器，油基清水劑為16A型號，注入點為生產計量管匯，2 種藥劑混加有可能造成懸浮物增加，故通過藥劑換型和改變化學藥劑注入點的方法降低粒徑中值。

②污水系統管理制度落后。最初油礦處理的污水只有本平臺初始ODP 設計產量，后來由于產量增加，A 平臺增加了氣浮選器，又增加了D 平臺污水處理設備，停用A 平臺水力旋流器。針對該設備的更新和舊設備的停用，需要制定新的管理制度，重點設備重點監控。

③優化核桃殼操作程序。污水流程經過多年的運行，WHPD 平臺核桃殼控制程序出現了較大改動，包括反洗、收油、過濾充水等步驟暫時無法實現自動功能，WHPD 平臺核桃殼過濾器收油目前靠臨時管線，收油過程對人工依賴較大，且收到的油要經過溝槽和開排，排量受到限制。

④核桃殼篩管的空隙過大。篩管空隙過大會造成濾料漏失，水質中出現很多懸浮物，空隙過小會使得核桃殼堵塞壓差過大。故對于空隙的選擇應該經過多次實驗進行校對，找到最合適的孔隙值。

⑤改變設備內部構造。目前A 平臺污水流程設備結構存在如下問題：斜板除油器處理能力已達瓶頸，內部結構相比D 平臺斜板差距較大，還有改造空間；氣浮選器刮渣機故障，底部由于是平底，排污受到局限。D 平臺污水設備結構存在如下問題：注水緩沖罐收油效果不理想；開排泵和閉排泵經常需要清洗濾網，清罐的頻率跟不上泥沙沉積的速度。

2 研究目標

2.1 設定目標

經過小組討論和公司決策設定目標，將污水所含顆粒物粒徑中值降低至2.5 μm 以下。

2.2 目標制定依據

根據作業公司各個同期建立的油礦污水粒徑中值對比，本油田污水粒徑中值還有下降的空間。同時目前海洋環境保護是重中之重，油田污水回注應該滿足回注標準，降低顆粒物粒徑，防止堵塞孔隙流道，保護海洋環境，提升注水質量。

3 要因確認及對策實施

通過對7 條末端因素進行分析整理，明確了確認內容、方法、標準，相關內容總結如表3 所示[1]。

表3 注水粒徑中值影響因素分析Tab.3 Analysis of influencing factors of median particle size in reinjection water

針對確定的要因“化學藥劑影響”“化學藥劑注入點影響”“污水系統管理制度”“核桃殼過濾器操作步驟影響”“核桃殼篩管孔隙影響”“核桃殼過濾器濾料粒徑影響”，分別提出了對策方案。

3.1 化學藥劑影響

先停止清水劑05 型號運行一段時間，再停止清水劑378 型號運行一段時間，對比粒徑中值數值，并進行取舍。

在要因分析中，對2 種藥劑進行混合添加實驗，驗證結果顯示2 種化學藥劑會產生沉淀，故采取分別停止其中一種化學藥劑的方法運行并進行對比。先停止清水劑378 型號，只投入清水劑05 型號，記錄數據如表4 所示；后停止清水劑05 型號，只投入清水劑378 型號藥劑，記錄數據如表5 所示。

表4 粒徑中值對比表(μm)Tab.4 Comparison of median particle size

表5 粒徑中值對比表(μm)Tab.5 Comparison of median particle size

結果顯示，只投入清水劑378 型號藥劑運行一周后，注入水粒徑中值基本能達到標準水平，較為穩定，效果明顯，達到對策目標。

3.2 化學藥劑注入點影響

A 平臺污水系統改造利用閑置的化學藥劑罐體和管線注入斜板除油器和氣浮選器，檢測污水系統粒徑中值。

對A 平臺化學藥劑罐3617 和3618 進行清罐作業，加入清水劑378 型號藥劑，調整注入濃度，對比只在D 平臺加入清水劑378 型號粒徑中值是否有所降低。實驗階段清水劑378 型號注入A 平臺化學藥劑的濃度如表6 所示。

表6 化學藥劑濃度對照表Tab.6 Comparison of chemical concentration

從表6 可以看出，只投入清水劑378 型號藥劑運行一周后，注入水粒徑中值基本能達到標準水平，較為穩定，效果明顯，達到對策目標。后期會調整D 平臺清水劑378 型號化學藥劑注入點，并在注水緩沖罐增加注入點，以進一步降低注入水粒徑中值。

3.3 污水系統管理制度

摸索新的管理制度，優化技能培訓，以老帶新等實踐經驗傳幫帶。

在技能培訓方面，針對目前污水處理流程中設備存在的問題進行歸納匯集，如對于目前核桃殼過濾器存在的問題，在操作方法上進行改進，制作課件和操作視頻，規范操作程序。

在以老帶新方面，發揮老員工和高技能員工的作用，對老員工以老帶新傳授經驗實施績效鼓勵，對新員工污水系統運行維護進行定期考核，對于能夠降低粒徑中值的員工給予績效鼓勵。

經過一段時間對管理制度的更新，班組的污水治理能力得到顯著提升。

3.4 核桃殼過濾器操作步驟影響

對A 平臺和D 平臺進行核桃殼改造，解決出現的收油和反洗的問題，重新調整反洗時間和步驟。

①A 平臺和D 平臺核桃殼過濾器收油管線需要外委施工來改造，目前項目已經提上日程，針對收油管線堵塞問題已經接入臨時旁通管線。

②對反洗時長進行重新調整，如表7 所示。

表7 核桃殼反洗時長調整表Tab.7 Backwashing time adjustment of walnut shell filter

反洗時長的調整對于降低粒徑中值起到了一定作用，配合其他措施的推進，降低注水粒徑中值取得了顯著效果。

3.5 核桃殼篩管孔隙影響

針對核桃殼篩管孔隙影響，采取更換新的大目數篩網的辦法，運行一段時間后驗證效果[3]。

“目”是指每平方英寸篩網上的孔眼數，如5 000 目是指每平方英寸上的孔眼是5 000 個。目數越高，孔眼越多，它同時表示能夠通過篩網的粒徑，目數越高，粒徑越小。

粉體顆粒大小稱顆粒粒度。由于顆粒形狀很復雜，通常由篩分粒度、沉降粒度、等效體積粒度、等效表面積粒度表示。篩分粒度就是顆粒可以通過篩網的篩孔尺寸，以1 in(25.4 mm)寬度的篩網內的篩孔數表示，通過計算可知若想達到標準粒徑中值水平，選擇篩網的目數至少在5 000 目。

選取5 000 目篩網裝入A 平臺和D 平臺核桃殼過濾器運行一段時間得到粒徑中值如表8 所示，可以看出更換目數大的篩網取得了顯著效果。

表8 目數與粒徑中值對比表Tab.8 Comparison of mesh number and median particle size

3.6 桃殼過濾器濾料粒徑影響

更換符合要求的濾料級配粒徑，增強過濾效果。分別選取各種直徑的濾料進行搭配使用，不同濾料粒徑對應的粒徑中值如表9 所示。可以看出選取小粒徑的濾料會有效降低粒徑中值，效果明顯且長期有效[3]。

表9 濾料與粒徑中值對比表Tab.9 Comparison of filter media and median particle size

4 效果確認

4.1 檢查目標完成情況

此項目完成于2021 年1 月初，通過以上方法改進技術和運行1 個月后，記錄參數如圖2 所示。可看出改造后，運行一段時間粒徑中值成功穩定在2.5 μm 左右。待后期完成外委施工之后，再進行日常監測。

圖2 粒徑中值柱狀圖Fig.2 Histogram of median particle size

4.2 經濟效益

本次改造需要外委施工，改造總成本5 萬元。

由于對策效果明顯，注水水質得到了明顯提升，間接減少了注水井維修的次數，維護了區域地層的壓力平衡，保持了注水推進速度，為油田穩產提供了強勁動力。以3 年為期減少油井酸化頻率，預計降本增效的收益至少50 萬元。

效益：50 萬元(收益)-5 萬元(成本)＝45 萬元

4.3 環保效益

此次活動實現了注入生產水粒徑中值降低至2.5 μm，為海洋環境保護做出了貢獻。

5 后續措施

通過對成果進行總結，制定了《污水系統操作手冊》，更新了員工績效激勵制度，旨在使此次改造成果得到長期保持。

為跟蹤鞏固效果，對油田污水處理后形成的注入水進行粒徑中值檢測，結果如表10 所示。

從表10 可以看出，對策實施后注入生產水基本上粒徑中值未超過2.5 μm，效果顯著。