海上油田生產(chǎn)水核桃殼過濾器濾料的清洗再生探究

王立秋，董建宏，張繼偉，杜冠樂

（1.中海石油（中國）有限公司曹妃甸作業(yè)公司，天津 300459；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452）

海上油田采油污水處理流程短、設(shè)備少、設(shè)施布局緊湊[1，2]，這種特性決定了各級污水處理設(shè)備不僅要滿足經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的要求，更要有高效的處理能力。

以渤海某油田生產(chǎn)現(xiàn)狀為例，產(chǎn)液由海底管道輸送至浮式生產(chǎn)儲油卸油裝置（FPSO）處理，水系統(tǒng)各級處理設(shè)備一直運(yùn)行正常。隨著油田開發(fā)的進(jìn)行，產(chǎn)液量增加，含水率升高，目前FPSO處理量約60 000 m3/d，含水率已達(dá)92%，核桃殼過濾器面臨巨大壓力。核桃殼過濾器是污水處理的最后一級精細(xì)濾器，水質(zhì)處理的優(yōu)劣直接影響排海及回注水的指標(biāo)[3]。油田產(chǎn)液量及產(chǎn)液性質(zhì)的變化，會直接影響核桃殼壽命，增加污水處理費(fèi)用。用化學(xué)方法對核桃殼濾料清洗再生可提高除油效率，提高處理后的水質(zhì)[4]。與更換核桃殼濾料相比，清洗濾料可延長濾料更換周期，降低濾料費(fèi)用、人力成本，是落實降本增效的關(guān)鍵舉措。

圖1 水系統(tǒng)工藝流程圖

圖2 核桃殼過濾器結(jié)構(gòu)圖

1 現(xiàn)場水系統(tǒng)簡介

1.1 水系統(tǒng)簡介

油田生產(chǎn)水系統(tǒng)包括三級處理設(shè)備，分別為撇油器、氣浮選器及核桃殼過濾器。其工藝流程圖（見圖1）。

含油污水經(jīng)撇油器后，除掉其中大粒徑的油滴和固體顆粒，撇油器出口水中含油值降低至60 mg/L以下；經(jīng)浮選器后，進(jìn)一步除去粒徑＞10 μm的油滴和固體顆粒，含油值降低至40 mg/L以下；經(jīng)注水增壓泵增壓后經(jīng)過核桃殼過濾器，含油值降低至10 mg/L以下，處理合格水外排或回注。

1.2 核桃殼過濾器

核桃殼過濾器是生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)的第三級處理設(shè)備。其內(nèi)部采用雙介質(zhì)濾料設(shè)計，上層為核桃殼濾料，顆粒大小在1.6 mm～2.0 mm，下層鵝卵石墊層分層分布，粒徑在2 mm～30 mm。濾料床通過物理和化學(xué)作用，除去污水中的油珠和微小懸浮物，以及被殺菌劑殺死的細(xì)菌及藻類。核桃殼過濾器結(jié)構(gòu)（見圖2）。

經(jīng)核桃殼過濾器處理后，合格水回注或外排。核桃殼過濾器運(yùn)行參數(shù)（見表1）。

表1 核桃殼過濾器運(yùn)行參數(shù)

設(shè)備工作一定時間后，過濾器濾料不斷截留污染物，污染物黏附在濾料表面，導(dǎo)致濾料黏結(jié)和過濾通道堵塞，核桃殼過濾器處理能力變差。有研究表明，近年來渤海油田含油污水過濾器濾料污染有明顯加重的趨勢[3]，為降低過濾器工作壓差，保持過濾效果，恢復(fù)流量，必須及時對過濾器進(jìn)行反沖洗，并根據(jù)現(xiàn)場情況開展化學(xué)清洗。

2 藥劑選擇與試驗過程描述

近期FPSO核桃殼過濾效率降低，單純反沖洗工藝不能使被污染的濾料再生。根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)需要，通過試驗研究核桃殼濾料清洗劑，并成功在現(xiàn)場應(yīng)用。

2.1 清洗劑的選擇

核桃殼濾料是親水性物質(zhì)，水的潤濕性能增大水與濾料的接觸面，使濾料更易與水接觸[5]，而污水中蠟質(zhì)、瀝青質(zhì)等油性物質(zhì)，容易堵塞濾料孔道，且不能通過簡單的反沖洗去除，容易造成濾料失效[6]，因此，優(yōu)良的清洗劑必須具備合適的親油親水比。工程技術(shù)公司研發(fā)的核桃殼濾料清洗劑以油基和水基適當(dāng)配比，兼有分散性、滲透性。清洗劑QXJ-01為重芳烴類混合物，可溶解受污染濾料的表面污油，清洗劑QXJ-02為高效滲透劑，將藥劑有效成分滲透至核桃殼微孔內(nèi)部進(jìn)行深層次清洗，兩種藥劑分別加注。根據(jù)經(jīng)驗，兩種清洗劑配比需滿足QXJ-01：QXJ-02≥1。取現(xiàn)場核桃殼濾料，按照不同藥劑加注配比開展浸泡驗證試驗（見表2）。濾料清洗4 h，清洗后烘干濾料，觀察狀態(tài)。

表2 QXJ-01：QXJ-02不同配比驗證試驗

根據(jù)驗證試驗結(jié)果，QXJ-01：QXJ-02=8：1 時，清洗后核桃殼顏色接近原始濾料顏色，且顆粒分散，無塊狀黏結(jié)，表明核桃殼濾料表面及微孔內(nèi)含油已清洗完全，濾料基本恢復(fù)至原始狀態(tài)。故推薦QXJ-01：QXJ-02=8：1開展現(xiàn)場試驗。

按照推薦配比浸泡濾料，前后濾料形態(tài)（見圖3）。

圖3 核桃殼濾料浸泡前后照片

2.2 清洗劑的基本特征

此兩種藥劑具有清洗速度快，可短時間內(nèi)徹底除去油污；對濾料損傷小，對設(shè)備、管線造成的腐蝕小；藥劑毒性小，清洗廢液便于處理；處理工藝簡單及處理成本低等特點。兩種清洗劑次序投加、配合使用，可有效去除濾料表面附油和內(nèi)部懸浮物，并在清洗后的濾料表層形成一種保護(hù)膜，抑制濾料深度中毒，提高濾料清洗后的再生能力。

2.3 清洗試驗步驟

清洗步驟如下：反沖洗，排空反沖洗水-依次導(dǎo)入QXJ-01/QXJ-02-逐步分次向核桃殼過濾器內(nèi)補(bǔ)水，補(bǔ)水后浸泡1 h-重復(fù)補(bǔ)水浸泡過程3次，至罐內(nèi)滿液-補(bǔ)水完成后浸泡，并開啟攪拌，混合清洗液-藥劑完全作用后重復(fù)反洗過程，檢測數(shù)據(jù)。

2.4 清洗過程反洗效果

清洗完成后，開展核桃殼濾料反洗，反洗水質(zhì)（見圖4）。

反洗過程中，間隔30 min取樣，反洗水水中含油由6%降低至14 mg/L，表明核桃殼濾料附著油已全部清除干凈。

3 清洗后現(xiàn)場應(yīng)用效果

3.1 清洗后核桃殼過濾器流量變化情況

清洗后，核桃殼過濾器流量提高明顯。選取核桃殼過濾器F-2650/2654清洗前后流量數(shù)據(jù)。

以核桃殼過濾器F-2650為例，清洗前流量均值（去除反洗時間）337 m3/h，反洗后流量均值424 m3/h，接近核桃殼過濾器設(shè)計最大流量值（425 m3/h）。反洗前后，流量增大25.8%，表明清洗后液體通過量增加，核桃殼濾料表層及孔隙內(nèi)堵塞物基本清洗完全。

3.2 清洗后壓差變化情況

圖4 核桃殼過濾器F-2650清洗后反洗照片

清洗后，核桃殼過濾器壓差均有大幅降低。

以核桃殼過濾器F-2650為例，清洗前壓差均值（去除反洗時間）116 kPa，反洗后壓差均值53 kPa，反洗前后，壓差降低54.3%，表明污水通過濾料間隙時阻力降低，清洗可有效清除核桃殼濾料孔隙內(nèi)堵塞物，降低核桃殼過濾器運(yùn)行壓力。

圖5 核桃殼過濾器F-2650/2654清洗前后水質(zhì)變化

3.3 清洗后水質(zhì)變化情況

持續(xù)監(jiān)測清洗前后核桃殼過濾器出口水質(zhì)（見圖5）。由圖5可知：清洗前，核桃殼過濾器F-2650/2654出口水中含油值為14 mg/L，且隨來液波動較大；清洗后，出口含油均值降低為6.6 mg/L，降低幅度為52.8%，數(shù)值穩(wěn)定無波動。表明清洗后，出口水質(zhì)更好，抗波動能力更強(qiáng)。

3.4 清洗后反洗狀態(tài)變化

持續(xù)監(jiān)測清洗前后反洗水質(zhì)變化，結(jié)果（見圖6）。由圖6可知：清洗前，核桃殼過濾器F-2650/2654反洗后水中含油值為355 mg/L，隨來液變化波動較大；清洗后，反洗出口含油均值降低為153 mg/L，降低幅度為56.9%，波動較小。表明清洗后污油黏附量下降且更易清除，核桃殼過濾器處理效果更佳，抗波動能力更強(qiáng)。

4 清洗過程必要性分析

清洗后，核桃殼過濾器現(xiàn)場應(yīng)用效果明顯，針對經(jīng)濟(jì)效益及現(xiàn)場應(yīng)用情況開展清洗必要性分析。

4.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

核桃殼過濾器過濾料成本約為10萬元，更換過濾料人工成本6萬元，目前油田共6個核桃殼過濾器，若全部更換過濾料，則成本為（10+6）×6=96萬元。

清洗一個核桃殼過濾器共需清洗劑4.5 m3，藥劑成本為6.36萬元，故全部清洗完6個核桃殼過濾器，藥劑成本為38.16萬元。

清洗再生后，直接成本節(jié)約率：

4.2 現(xiàn)場應(yīng)用情況分析

每臺核桃殼過濾器過濾料更換，持續(xù)時間為7 d～8 d，增加現(xiàn)場操作人員工作量；而現(xiàn)場生產(chǎn)人員可自行開展過濾料清洗工作，可提高現(xiàn)場工作效率。

圖6 核桃殼過濾器F-2650/2654反洗后水質(zhì)變化

濾料更換后，需專業(yè)人士對清洗后濾料進(jìn)行處理，間接增加廢料處理費(fèi)用及運(yùn)輸成本，廢料易對環(huán)境造成污染；而濾料清洗后，清洗液可直接進(jìn)生產(chǎn)流程處理，不增加環(huán)保壓力。

目前，核桃殼更換頻率為1年/次，而清洗后，核桃殼濾料可使用1～1.5年。

綜合所述：從經(jīng)濟(jì)性及環(huán)保等各方面綜合考慮，核桃殼濾料清洗再生研究都具有更重大的意義。

5 結(jié)語

（1）污水處理過程中，油污污染是造成核桃殼濾料處理效率降低的主要原因。合適的清洗劑，可最大程度的清洗濾料表層及內(nèi)部附著物，恢復(fù)濾料的過濾能力。

（2）清洗完成后，核桃殼過濾器處理污水量增加了25.8%；壓差降低54.3%；出口及反洗水含油降低均超過50%。表明，濾料的清洗再生提升了核桃殼過濾器的處理量，明顯改善了處理后出口水質(zhì)。

（3）通過化學(xué)方法使濾料清洗再生，處理過程更迅速，降低更換濾料的人力成本；處理后水質(zhì)更佳，可減少濾料更換次數(shù)，降低濾料成本。改善了核桃殼過濾器濾料更換周期短、除油效率低的問題，保證了油田正常生產(chǎn)，對其他油田污水系統(tǒng)運(yùn)行情況改善具有指導(dǎo)意義。

長慶胡尖山油田精準(zhǔn)挖潛措施增油

截至3月15日，由長慶油田采油六廠負(fù)責(zé)開發(fā)的胡尖山油田，今年已完成措施油井43口，累計措施增油達(dá)1 068噸，與去年同期相比，多實施措施井24口，多增油881噸。

從2000年實施開發(fā)的胡尖山油田，年產(chǎn)量由當(dāng)初的幾萬噸先后上升到100萬噸和200萬噸。由于該地區(qū)屬于典型的致密油藏，油井產(chǎn)量遞減快，加上這里整裝區(qū)塊少，開發(fā)穩(wěn)產(chǎn)的難度極大，大部分油井都進(jìn)入低產(chǎn)低效井行列。

今年，采油六廠將加大對老井措施增產(chǎn)作為扭轉(zhuǎn)局面的“強(qiáng)心針”，通過大面積排摸，計劃通過對280口油井的措施挖潛新增4.4萬噸原油產(chǎn)量，讓一批低產(chǎn)井“脫貧致富”。

在選井選層上“三堂會審”。針對選井空間大幅縮減和措施效果逐年降低的特點，采油六廠專門成立了由主管廠領(lǐng)導(dǎo)任組長的油水井措施項目組，針對不同井況特點，因區(qū)制宜、因井制宜、因?qū)又埔?，形成了單井動態(tài)分析與措施選井相結(jié)合、措施選井與動態(tài)監(jiān)測相結(jié)合、效果分析與措施工藝相結(jié)合的“三結(jié)合”個性化選井法，為措施增油開對方子、找準(zhǔn)路子。

措施工藝上“量井定制”。針對老區(qū)含水持續(xù)攀升、選井難度逐年增大的不利局面，該廠深化研究暫堵壓裂、油井堵水、堵水壓裂等工藝技術(shù)體系，針對不同井況特點，“量井定制”配套措施工藝，做到“一井一工程、一層一對策”。在見水比例高達(dá)30%的胡154油藏，針對不同的見水類型，形成分類分級治理手段，實現(xiàn)控水增油。對安83致密油藏，則以“整體部署、分步實施”為原則，運(yùn)用“注水井多級暫堵體積壓裂轉(zhuǎn)采、潛力層段段間補(bǔ)孔+重復(fù)壓裂、籠統(tǒng)酸化+隔采治理”工藝體系，探索完善低投入提單產(chǎn)技術(shù)，提高致密油穩(wěn)產(chǎn)水平。

在質(zhì)效監(jiān)管上，實行“二重協(xié)奏”。圍繞提高措施增油質(zhì)量效益，該廠針對現(xiàn)場管理的薄弱環(huán)節(jié)，作業(yè)監(jiān)督和費(fèi)用結(jié)算“雙管齊下”，提升油水井措施質(zhì)量。在作業(yè)監(jiān)管上，“廠、作業(yè)區(qū)、生產(chǎn)單元”三級聯(lián)動，嚴(yán)格落實驗收開工制度，完善外聘監(jiān)督制，現(xiàn)場監(jiān)督與視頻監(jiān)控緊密結(jié)合，形成“三個交底、三個監(jiān)控、雙向追責(zé)”的現(xiàn)場質(zhì)量管理提升模式，確保作業(yè)質(zhì)量、安全、環(huán)保受控。

（摘自中國石油新聞中心2019-03-21）