油田含聚污水過濾器的分離效率試驗(yàn)研究

肖清燕，尹先清，靖 波，張 健，孫培京，姜維東

（1.長(zhǎng)江大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州434023；2.海洋石油高效開發(fā)國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室，北京100027；3.中海油研究總院，北京100027） ①

渤海LD10-1油田對(duì)聚合物驅(qū)產(chǎn)出水進(jìn)行處理后回注儲(chǔ)層，但處理后的水質(zhì)指標(biāo)沒有達(dá)到要求，影響到油田的開發(fā)效果。隨著采出液含聚量的不斷上升，水質(zhì)水性變得異常復(fù)雜，污水處理難度增大，平臺(tái)上的過濾器經(jīng)常被含聚污水堵塞，導(dǎo)致處理效率低下［1－2］，水質(zhì)不達(dá)標(biāo)。過濾處理是油田回注污水處理工藝中的最后一道水質(zhì)保障工序，其過濾分離效果直接影響到注入水質(zhì)是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。油田采出水處理過濾器主要有雙層濾料過濾器、核桃殼過濾器、纖維過濾器、微孔過濾器、濾芯過濾器、陶瓷膜過濾裝置等。纖維過濾器裝置采用多種纖維，易堵塞；微孔過濾器主要用于清水回注處理中，可有效過濾2μm以上的懸浮固體顆粒，但由于過濾速率緩慢，易堵塞，不利于油田大量污水處理；濾芯過濾器濾芯價(jià)格過高，不能再生，易污染［3］；核桃殼過濾器是20世紀(jì)80年代中后期在國(guó)內(nèi)發(fā)展起來，利用核桃殼濾料的親水疏油性，容易再生，在油田污水處理工藝中的應(yīng)用比較廣泛［4］。鑒于這種情況，通過不同粒徑的3種常用濾料的分離試驗(yàn)，分析含聚污水處理后的含油量、固體顆粒含量及粒徑中值大小等主要水質(zhì)指標(biāo)，為選擇合適的濾料材質(zhì)及粒徑，優(yōu)化濾層填充方式、填充高度提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 試驗(yàn)水樣

按照SY／T5523—2006《油田水分析方法》，分析從現(xiàn)場(chǎng)取回的LD10-1油田的含聚污水水質(zhì)。采用LD10-1油田現(xiàn)場(chǎng)所提供的聚合物，用高剪切分散乳化機(jī)進(jìn)行乳化處理，轉(zhuǎn)速為8 000r／min、乳化時(shí)間為10～15min；按照表1的離子組分添加礦化物質(zhì)；含油加入現(xiàn)場(chǎng)原油后以實(shí)測(cè)值為準(zhǔn)；加入的原油量以實(shí)測(cè)值為準(zhǔn)。配制成的模擬污水中含聚量200mg／L，含油量400mg／L（經(jīng)過斜管沉降罐處理后污水的含油濃度波動(dòng)很大，從60～150mg／L，以實(shí)測(cè)值為準(zhǔn)），礦化度為7 079.42mg／L，懸浮物質(zhì)量分?jǐn)?shù)（簡(jiǎn)稱SS）200mg／L。水溫按現(xiàn)場(chǎng)水溫控制在約55℃。

表1 LD10-1采油污水中離子組成 mg／L

1.2 試驗(yàn)設(shè)備及儀器

采用CH-2型多功能連續(xù)水處理試驗(yàn)裝置，處理量為40L／h。選用經(jīng)過脫脂和化學(xué)處理的核桃殼濾料、無煙煤濾料，石英砂濾料為墊層。濾料粒徑0.5～0.8mm、0.9～1.2mm、1.6～2.0mm 共3種。水中懸浮物含量采用GLQ-B微孔薄膜（孔徑0.45μm）過濾試驗(yàn)儀測(cè)定；懸浮物顆粒粒徑采用Microtrac S3500激光粒度分析儀測(cè)定，油含量采用島津公司UV2450紫外可見分光光度計(jì)測(cè)定；試驗(yàn)加入藥劑為現(xiàn)場(chǎng)水處理中加入的清水劑BHQ-402，是一種非離子型的表面活性劑。

1.3 試驗(yàn)流程

模擬含聚、含油的污水通過泵輸入旋流混合加藥罐中，與同時(shí)加入的清水劑在旋流混合罐中反應(yīng)后，進(jìn)入氣浮選器浮選除去部分懸浮物和油，再經(jīng)過斜管沉降罐沉降之后，進(jìn)入過濾器過濾。取過濾器出口水樣進(jìn)行水質(zhì)分析。試驗(yàn)流程如圖1。

圖1 含聚污水處理流程示意

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 濾料種類對(duì)其分離效果的影響

過濾器墊層選擇2.0mm粒徑石英砂，然后選擇相同粒徑的不同濾料，填充成不同的過濾床層，形成不同濾料的過濾器。過濾器1：無煙煤粒徑為2.0 mm；過濾器2：石英砂粒徑為2.0mm；過濾器3：核桃殼粒徑為1.6～2.0mm。過濾器填充方式為先將石英砂、核桃殼、無煙煤濾料清洗干凈，然后在過濾器中填充150mm厚的2.0mm石英砂為墊層，再裝入150mm高的不同濾料，用清水自上而下流動(dòng)沖洗并趕出空氣后待用。過濾器的濾料填裝如圖2。

按照?qǐng)D1的試驗(yàn)流程，含聚、含油污水在旋流混合加藥罐中加入200mg／L的清水劑BHQ-402處理后，進(jìn)入氣浮選器浮選除去部分懸浮物和油，再經(jīng)過斜管沉降罐沉降。收集處理后的污水進(jìn)入過濾器處理。不同濾料填充過濾器的試驗(yàn)結(jié)果如表2。

由表2知，綜合分析除油率、SS去除率、濾后水的粒徑中值范圍和過濾速度，核桃殼和無煙煤濾料效果相差不大，均優(yōu)于石英砂濾料。

2.2 不同粒徑核桃殼的過濾效果對(duì)比

墊層仍為2.0mm石英砂，改變核桃殼的粒徑，填充成不同的過濾床層。過濾器4：核桃殼粒徑為1.6～2.0mm；過濾器5：核桃殼粒徑為0.9～1.2 mm；過濾器6：核桃殼粒徑為0.5～0.8mm。填裝方式為：將石英砂、核桃殼濾料清洗干凈，在過濾器中填充150mm厚的2.0mm石英砂為墊層，再裝入150mm高的不同粒徑的核桃殼，用清水自上而下流動(dòng)沖洗排凈空氣后待用。

按照?qǐng)D1的流程，在旋流混合加藥罐中加入200mg／L清水劑BHQ-402處理后，進(jìn)入氣浮選器除去部分懸浮物和油，再經(jīng)過斜管沉降罐沉降。收集處理后的污水進(jìn)入過濾器處理。不同濾料粒徑填充過濾器的試驗(yàn)結(jié)果如表3。

圖2 過濾器填裝示意

表2 不同濾料過濾器的過濾效果

表3 不同粒徑核桃殼過濾器的過濾效果

由表3知，除油率及SS去除率最高的是粒徑0.5～0.8mm的核桃殼濾料，但相同水量流出的時(shí)間較長(zhǎng)，表明過濾器阻力變大，會(huì)導(dǎo)致過濾能力下降，處理能力變小。

2.3 濾料填充方式對(duì)分離效果的影響

墊層石英砂粒徑為2.0mm，將不同粒徑的核桃殼形成集配，填充成不同的過濾床層，形成不同粒徑值的過濾器。

填充方式1：墊層為石英砂自下而上依次為：粒徑1.6～2.0mm、粒 徑0.9～1.2mm、粒 徑0.5～0.8mm的核桃殼各50mm。

填充方式2：墊層為石英砂自下而上依次為：粒徑0.5～0.8mm、粒 徑0.9～1.2mm、粒 徑1.6～2.0mm的核桃殼各50mm。

填充方式3（混合填料）：將石英砂、核桃殼濾料清洗干凈，在過濾器中填充150mm厚、粒徑2.0mm的石英砂為墊層，再填裝150mm高的無煙煤－核桃殼（粒徑d＝1.6～2.0mm，各自填充高75mm），用清水自上而下流動(dòng)自然填充待用。

按照?qǐng)D1的流程，在旋流混合加藥罐中加入200mg／L的清水劑BHQ-402處理后，進(jìn)入氣浮選器除去部分懸浮物和油，再經(jīng)過斜管沉降罐沉降。收集處理后的污水進(jìn)入過濾器處理。不同填充方式的過濾器試驗(yàn)結(jié)果如表4。

表4 填充方式對(duì)過濾效果的影響

續(xù)表4

由表4知，除油率及懸浮物去除率最高的是填充方式3。

2.4 濾料填充高度對(duì)分離效果的影響

過濾器7：填充粒徑0.9～1.2mm的核桃殼，石英砂墊層高度為50mm，核桃殼的高度250mm。

過濾器8：填充粒徑0.9～1.2mm的核桃殼，石英砂墊層高度為100mm，核桃殼的高度200mm。

過濾器9：填充粒徑0.9～1.2mm的核桃殼，石英砂墊層高度為150mm，核桃殼的高度150mm總填充高度保持300mm。

按照?qǐng)D1流程，在旋流混合加藥罐中用200 mg／L的清水劑BHQ-402處理后，進(jìn)入氣浮選器浮選除去部分懸浮物和油，再經(jīng)過斜管沉降罐沉降。收集處理后的污水進(jìn)入過濾器處理。不同填充高度的過濾器試驗(yàn)結(jié)果如表5。

表5 濾料填充高度改變對(duì)過濾效果的影響

由表5知，填充核桃殼高度為250mm時(shí)，除油率、SS去除率和濾后水中粒徑中值達(dá)到最佳值。

3 結(jié)論

1） 濾層選用粒徑1.6～2.0mm的核桃殼濾料，或者按相同粒徑的無煙煤與核桃殼（1：1）的濾料分別填充，從上到下的順序?yàn)楹颂覛?、石英砂填充；核桃殼濾料與石英砂墊層的填充高度比例為（4～5）：1。以此填充方式的過濾器，對(duì)含聚污水的除油率和SS去除率大于91%，固體顆粒粒徑小于8μm的達(dá)到90%以上。

2） 濾層選用核桃殼和石英砂2種濾料，混合濾料比常規(guī)的單一濾料的過濾效果好，且性能穩(wěn)定。

3） 在長(zhǎng)期的運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)濾料上有許多堆積起來的絮體、油等雜質(zhì)，堵塞了過濾器，使得過濾速率降低。在試驗(yàn)室通過反復(fù)清洗濾料可以改善濾料堵塞的問題。下一步研究中，將把過濾器與反沖洗裝置聯(lián)系起來，使得濾料堵塞問題得到改善。

4） 新型的混合型過濾器目前已在渤海LD10-1油田的多個(gè)污水處理平臺(tái)進(jìn)行了試驗(yàn)和應(yīng)用，由于該混合過濾器具有可再生性強(qiáng)，濾料易得且便宜，設(shè)備的基礎(chǔ)投資較低且應(yīng)用效果明顯，適合用于油田含油含聚污水的處理。隨著油田的深入開發(fā)，污水水量日益加大，污水循環(huán)利用的意義愈發(fā)重大。為了保證油田的持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)和發(fā)展，新設(shè)備、新工藝的研究迫在眉睫。因此，新型混合過濾器具有十分廣闊的應(yīng)用前景。

［1］ 唐洪明，黎 菁，何保生，等.旅大10-1油田含聚污水回注對(duì)儲(chǔ)層損害研究［J］.油田化學(xué)，2011，28（2）：181-182.

［2］ 段 明，王 虎，張 健，等.旅大10-1平臺(tái)污水處理效果影響因素分析［J］.中國(guó)海上油氣，2010，22（6）：420-423.

［3］ 趙 雷.陶瓷顆粒濾料過濾油田污水技術(shù)研究［D］.中國(guó)石油大學(xué)（華東），2008：1-10.

［4］ 李 偉，肖 偉.油田含油污水處理過濾器設(shè)備進(jìn)展［J］.科技風(fēng)，2011，35 （5）：21-22.

［5］ 趙 雷，馮明華.陶瓷濾料過濾油田污水技術(shù)試驗(yàn)研究［J］.石油礦場(chǎng)機(jī)械，2011，40（7）：66-69.