肖清燕，尹先清，靖 波，张 健，孙培京，姜维东

（1.长江大学 化学与环境工程学院，湖北 荆州434023；2.海洋石油高效开发国家重点试验室，北京100027；3.中海油研究总院，北京100027） ①

渤海LD10-1油田对聚合物驱产出水进行处理后回注储层，但处理后的水质指标没有达到要求，影响到油田的开发效果。随着采出液含聚量的不断上升，水质水性变得异常复杂，污水处理难度增大，平台上的过滤器经常被含聚污水堵塞，导致处理效率低下［1－2］，水质不达标。过滤处理是油田回注污水处理工艺中的最后一道水质保障工序，其过滤分离效果直接影响到注入水质是否达到标准要求。油田采出水处理过滤器主要有双层滤料过滤器、核桃壳过滤器、纤维过滤器、微孔过滤器、滤芯过滤器、陶瓷膜过滤装置等。纤维过滤器装置采用多种纤维，易堵塞；微孔过滤器主要用于清水回注处理中，可有效过滤2μm以上的悬浮固体颗粒，但由于过滤速率缓慢，易堵塞，不利于油田大量污水处理；滤芯过滤器滤芯价格过高，不能再生，易污染［3］；核桃壳过滤器是20世纪80年代中后期在国内发展起来，利用核桃壳滤料的亲水疏油性，容易再生，在油田污水处理工艺中的应用比较广泛［4］。鉴于这种情况，通过不同粒径的3种常用滤料的分离试验，分析含聚污水处理后的含油量、固体颗粒含量及粒径中值大小等主要水质指标，为选择合适的滤料材质及粒径，优化滤层填充方式、填充高度提供依据。

1 试验系统简介

1.1 试验水样

按照SY／T5523—2006《油田水分析方法》，分析从现场取回的LD10-1油田的含聚污水水质。采用LD10-1油田现场所提供的聚合物，用高剪切分散乳化机进行乳化处理，转速为8 000r／min、乳化时间为10～15min；按照表1的离子组分添加矿化物质；含油加入现场原油后以实测值为准；加入的原油量以实测值为准。配制成的模拟污水中含聚量200mg／L，含油量400mg／L（经过斜管沉降罐处理后污水的含油浓度波动很大，从60～150mg／L，以实测值为准），矿化度为7 079.42mg／L，悬浮物质量分数（简称SS）200mg／L。水温按现场水温控制在约55℃。

表1 LD10-1采油污水中离子组成 mg／L

1.2 试验设备及仪器

采用CH-2型多功能连续水处理试验装置，处理量为40L／h。选用经过脱脂和化学处理的核桃壳滤料、无烟煤滤料，石英砂滤料为垫层。滤料粒径0.5～0.8mm、0.9～1.2mm、1.6～2.0mm 共3种。水中悬浮物含量采用GLQ-B微孔薄膜（孔径0.45μm）过滤试验仪测定；悬浮物颗粒粒径采用Microtrac S3500激光粒度分析仪测定，油含量采用岛津公司UV2450紫外可见分光光度计测定；试验加入药剂为现场水处理中加入的清水剂BHQ-402，是一种非离子型的表面活性剂。

1.3 试验流程

模拟含聚、含油的污水通过泵输入旋流混合加药罐中，与同时加入的清水剂在旋流混合罐中反应后，进入气浮选器浮选除去部分悬浮物和油，再经过斜管沉降罐沉降之后，进入过滤器过滤。取过滤器出口水样进行水质分析。试验流程如图1。

图1 含聚污水处理流程示意

2 试验结果与讨论

2.1 滤料种类对其分离效果的影响

过滤器垫层选择2.0mm粒径石英砂，然后选择相同粒径的不同滤料，填充成不同的过滤床层，形成不同滤料的过滤器。过滤器1：无烟煤粒径为2.0 mm；过滤器2：石英砂粒径为2.0mm；过滤器3：核桃壳粒径为1.6～2.0mm。过滤器填充方式为先将石英砂、核桃壳、无烟煤滤料清洗干净，然后在过滤器中填充150mm厚的2.0mm石英砂为垫层，再装入150mm高的不同滤料，用清水自上而下流动冲洗并赶出空气后待用。过滤器的滤料填装如图2。

按照图1的试验流程，含聚、含油污水在旋流混合加药罐中加入200mg／L的清水剂BHQ-402处理后，进入气浮选器浮选除去部分悬浮物和油，再经过斜管沉降罐沉降。收集处理后的污水进入过滤器处理。不同滤料填充过滤器的试验结果如表2。

由表2知，综合分析除油率、SS去除率、滤后水的粒径中值范围和过滤速度，核桃壳和无烟煤滤料效果相差不大，均优于石英砂滤料。

2.2 不同粒径核桃壳的过滤效果对比

垫层仍为2.0mm石英砂，改变核桃壳的粒径，填充成不同的过滤床层。过滤器4：核桃壳粒径为1.6～2.0mm；过滤器5：核桃壳粒径为0.9～1.2 mm；过滤器6：核桃壳粒径为0.5～0.8mm。填装方式为：将石英砂、核桃壳滤料清洗干净，在过滤器中填充150mm厚的2.0mm石英砂为垫层，再装入150mm高的不同粒径的核桃壳，用清水自上而下流动冲洗排净空气后待用。

按照图1的流程，在旋流混合加药罐中加入200mg／L清水剂BHQ-402处理后，进入气浮选器除去部分悬浮物和油，再经过斜管沉降罐沉降。收集处理后的污水进入过滤器处理。不同滤料粒径填充过滤器的试验结果如表3。

图2 过滤器填装示意

表2 不同滤料过滤器的过滤效果

表3 不同粒径核桃壳过滤器的过滤效果

由表3知，除油率及SS去除率最高的是粒径0.5～0.8mm的核桃壳滤料，但相同水量流出的时间较长，表明过滤器阻力变大，会导致过滤能力下降，处理能力变小。

2.3 滤料填充方式对分离效果的影响

垫层石英砂粒径为2.0mm，将不同粒径的核桃壳形成集配，填充成不同的过滤床层，形成不同粒径值的过滤器。

填充方式1：垫层为石英砂自下而上依次为：粒径1.6～2.0mm、粒 径0.9～1.2mm、粒 径0.5～0.8mm的核桃壳各50mm。

填充方式2：垫层为石英砂自下而上依次为：粒径0.5～0.8mm、粒 径0.9～1.2mm、粒 径1.6～2.0mm的核桃壳各50mm。

填充方式3（混合填料）：将石英砂、核桃壳滤料清洗干净，在过滤器中填充150mm厚、粒径2.0mm的石英砂为垫层，再填装150mm高的无烟煤－核桃壳（粒径d＝1.6～2.0mm，各自填充高75mm），用清水自上而下流动自然填充待用。

按照图1的流程，在旋流混合加药罐中加入200mg／L的清水剂BHQ-402处理后，进入气浮选器除去部分悬浮物和油，再经过斜管沉降罐沉降。收集处理后的污水进入过滤器处理。不同填充方式的过滤器试验结果如表4。

表4 填充方式对过滤效果的影响

续表4

由表4知，除油率及悬浮物去除率最高的是填充方式3。

2.4 滤料填充高度对分离效果的影响

过滤器7：填充粒径0.9～1.2mm的核桃壳，石英砂垫层高度为50mm，核桃壳的高度250mm。

过滤器8：填充粒径0.9～1.2mm的核桃壳，石英砂垫层高度为100mm，核桃壳的高度200mm。

过滤器9：填充粒径0.9～1.2mm的核桃壳，石英砂垫层高度为150mm，核桃壳的高度150mm总填充高度保持300mm。

按照图1流程，在旋流混合加药罐中用200 mg／L的清水剂BHQ-402处理后，进入气浮选器浮选除去部分悬浮物和油，再经过斜管沉降罐沉降。收集处理后的污水进入过滤器处理。不同填充高度的过滤器试验结果如表5。

表5 滤料填充高度改变对过滤效果的影响

由表5知，填充核桃壳高度为250mm时，除油率、SS去除率和滤后水中粒径中值达到最佳值。

3 结论

1） 滤层选用粒径1.6～2.0mm的核桃壳滤料，或者按相同粒径的无烟煤与核桃壳（1：1）的滤料分别填充，从上到下的顺序为核桃壳、石英砂填充；核桃壳滤料与石英砂垫层的填充高度比例为（4～5）：1。以此填充方式的过滤器，对含聚污水的除油率和SS去除率大于91%，固体颗粒粒径小于8μm的达到90%以上。

2） 滤层选用核桃壳和石英砂2种滤料，混合滤料比常规的单一滤料的过滤效果好，且性能稳定。

3） 在长期的运行过程中发现滤料上有许多堆积起来的絮体、油等杂质，堵塞了过滤器，使得过滤速率降低。在试验室通过反复清洗滤料可以改善滤料堵塞的问题。下一步研究中，将把过滤器与反冲洗装置联系起来，使得滤料堵塞问题得到改善。

4） 新型的混合型过滤器目前已在渤海LD10-1油田的多个污水处理平台进行了试验和应用，由于该混合过滤器具有可再生性强，滤料易得且便宜，设备的基础投资较低且应用效果明显，适合用于油田含油含聚污水的处理。随着油田的深入开发，污水水量日益加大，污水循环利用的意义愈发重大。为了保证油田的持续稳产和发展，新设备、新工艺的研究迫在眉睫。因此，新型混合过滤器具有十分广阔的应用前景。

［1］ 唐洪明，黎 菁，何保生，等.旅大10-1油田含聚污水回注对储层损害研究［J］.油田化学，2011，28（2）：181-182.

［2］ 段 明，王 虎，张 健，等.旅大10-1平台污水处理效果影响因素分析［J］.中国海上油气，2010，22（6）：420-423.

［3］ 赵 雷.陶瓷颗粒滤料过滤油田污水技术研究［D］.中国石油大学（华东），2008：1-10.

［4］ 李 伟，肖 伟.油田含油污水处理过滤器设备进展［J］.科技风，2011，35 （5）：21-22.

［5］ 赵 雷，冯明华.陶瓷滤料过滤油田污水技术试验研究［J］.石油矿场机械，2011，40（7）：66-69.