代齐加

(中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津300459)

0 引 言

某油田的双介质滤器作为生产污水系统的精细滤器，对注水水质的处理效果起着决定性作用，其内部填料主要有石英砂与无烟煤，工艺流程分为过滤流程和反洗流程，系统正常情况下处于过滤流程，含油污水从进口分配器进入，滤料通过直接拦截和表面吸附等机理以除去水中含油及悬浮物颗粒，而后从净水出口流出。过滤器顶部设置有排污口，根据设定时间自动打开排放顶部污油及悬浮物。过滤过程中产生的杂质，使滤器的过滤效果和处理能力降低，系统通过条件判断自动进行反洗流程，通过气、水反冲洗方式，使滤料强烈松动、造旋、流化、摩擦，重新达到过滤处理要求。

1 存在问题

随着油田进入开采中期，原油含水率逐年上升，双介质滤器去除悬浮物的能力开始出现下降，已不能满足日益复杂的含油污水处理要求(表1)[1]。主要原因为：一是滤料已使用近 3年，表面粘附了较多的油污及杂质，导致比表面积变小、非极性变弱、吸油率变低、出现板结及泥饼[2]；二是设备设计存在缺陷，双介质滤器处于整个水系统的最高点，受重力及虹吸双重作用，滤器不能处于满罐运行状态，导致设备布水不均，形成优势通道，严重影响滤料的截污效果，同时，顶部收油与排污功能也失去了意义；三是反洗模式是投产初期设定的，随着生产污水处理量的增加以及地产产物的变化，反洗模式已不能满足当前工况，反洗效果差，未能将板结的泥饼层破碎并彻底排出，重新投用后，过滤压差很快升高，滤水能力差。

如果长期达不到生产水回注地层的标准，将会造成地层堵塞，注水井欠注，地层压力下降，导致油井采收率降低。

表1 双介质滤器进出口悬浮物数据对比表Tab.1 Data comparison of suspended solids at inlet and outlet of dual media filter

2 解决措施

2.1 使用柴油浸泡双介质滤器滤料

双介质滤器在长期使用过程中，滤料表面粘附了较多油污，柴油对其有很好的物理溶解作用，且滤料化学性质稳定，不会与柴油产生化学反应或者伤害滤料。同时，受作业空间狭小及费用成本高等因素影响，使用柴油浸泡方式替代常规的滤料更换作业，提高其处理效果。连接临时软管向双介质滤器加注1m3柴油，每层浸泡 4～5h，通过进水提升柴油液面对上一层滤料进行浸泡，反复操作直至浸泡完毕。浸泡期间每 2 h启动一次风机，吹动松散滤料，提高处理效果，多次反洗后投用(图 1、图 2)。通过清洗，调整了滤料内部空隙结构，并改变了滤料表面的润湿效果，以提高滤料对水中悬浮物的吸附和选择性，最终增强了滤料的截污能力，有利于悬浮物的去除，对滤料的透过性、渗透速率及过滤性能具有显著影响(表 2)。

图1 柴油浸泡双介质滤器示意图Fig.1 Schematic diagram of diesel oil immersion for dual media filter

图2 浸泡双介质滤器A的柴油前后对比图Fig.2 Comparison of diesel oil before and after immersion of dual media filter A

表2 双介质滤器A/B/C出口水样悬浮物数据对比Tab.2 Comparison of suspended solids data of water sample at outlets of A/B/C dual media filters

2.2 优化改造双介质滤器流程

核桃壳增压泵(位于中甲板)将生产水增压后依次经过核桃壳滤器、双介质滤器(位于上甲板)过滤后，流入注水缓冲罐(位于中甲板)注入地层。由于双介质滤器位于生产水系统的最高点，双介质滤器无法处于满罐运行状态，其常规过滤和反洗时无法进行正常的收油和排污，导致油污在罐内积存，影响生产水处理效果，同时缩短滤料寿命，增加滤料更换成本。

为提高注水水质，实现双介质滤器满罐运行并且能够自动正常排污，根据现场流程走向，对双介质出口管线进行改造，在双介质与注水缓冲罐之间设立U型弯(图3)，使U型弯最高处高于双介质滤器排污管线 1m(图 3、图 4)。通过改造，满罐运行状态下的悬浮物去除率平均提升4.18%，效果显著(图5)。

2.3 优化反洗程序以提高滤料再生能力

在压差达到 150kPa时或过滤流程运行 8h后，系统自动开始反洗作业。反洗程序主要分为气反洗、水反洗、污油排放流程等[3]。由于处理量的不断增加，原程序下的反洗量及反洗强度无法满足目前工况，导致粘附于滤料表面的油污及杂质无法有效清除，越堆越厚，从而造成滤料板结，不仅影响水质，还会进一步造成滤料反洗自净能力的丧失[3]。

图3 双介质滤器流程改造示意图Fig.3 Schematic diagram of dual media filter process transformation

图4 双介质滤器排污前后水样对比Fig.4 Comparison of water samples before and after blowdown of dual media filter

图5 不同运行状态下设备除悬率对比Fig.5 Comparison of removal rate of suspended solids under different operation conditions

在优化程序时，考虑注水资源的利用以及滤料流化状态、滤料膨胀、颗粒碰撞、滤料漏失、再生效果等因素，通过多组试验，将反洗时间由 5min调整至6min，平均除悬率提升 6.17%(图 6)。将反洗强度由8000L/min调整至 8500L/min，平均除悬率提升3.58%，优化反洗程序后的过滤能力得到了进一步提升(图 7)。

图6 不同反洗时间下的双介质滤器除悬率对比Fig.6 Comparison of removal rate of suspended solids under different backwashing times

图7 不同反洗强度下的双介质滤器除悬率对比Fig.7 Comparison of removal rate of suspended solids under different backwashing intensities

3 结 论

通过使用柴油浸泡双介质滤器滤料、优化改造双介质滤器流程、优化反洗程序等措施，节省了更换滤料的费用成本，加速了滤料“自净”能力的恢复，扭转了因双介质滤料过滤能力下降对悬浮物处理造成的负面影响，水质持续好转，双介质出口悬浮物合格率由94.6%提升至100%(表3)。

表3 双介质滤器优化改进前后悬浮物指标合格率对比表Tab.3 Comparison of qualified rate of suspended solids index before and after optimization and improvement of dual media filter

本文总结的优化改进思路为海上油田改善注水水质提供了经验，也为海上油田“注足水、注好水”提供了新的思路。