渤海油田采出水處理系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀及存在問題

孫濤濤 胡蒙蒙 王 釗 劉艷武 鄧海發(fā)

(中海油節(jié)能環(huán)保服務(wù)有限公司 天津 300452)

隨著中國(guó)海油增儲(chǔ)上產(chǎn)“七年行動(dòng)計(jì)劃”的穩(wěn)步實(shí)施，渤海油田開發(fā)產(chǎn)能持續(xù)增長(zhǎng)，產(chǎn)液量不斷增加，多數(shù)主力油田已步入“高含水、高可采儲(chǔ)量采出程度”的雙高階段,而且部分老舊平臺(tái)采出水處理工藝落后，無法滿足日益增長(zhǎng)的處理水量需求，回注水質(zhì)不達(dá)標(biāo)、“提液上產(chǎn)”難度大，迫切需要對(duì)低效運(yùn)行的設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造。

本文詳細(xì)闡述了渤海油田采出水處理系統(tǒng)典型工藝流程，對(duì)其運(yùn)行現(xiàn)狀進(jìn)行了深入分析，并指出其在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面存在的不足，為今后老舊設(shè)備升級(jí)改造及新建處理設(shè)施相關(guān)工藝設(shè)計(jì)提供借鑒。

1 采出水處理系統(tǒng)典型工藝流程

渤海油田采出水處理工藝主要分為上游工藝段和下游工藝段(圖1)，上游工藝段中斜板除油器、氣浮選器占比較大(表1)，部分工藝設(shè)置有兩級(jí)氣浮選器[1]；下游工藝段以常規(guī)過濾工藝為主。整體來看，斜板除油器+氣浮選器+常規(guī)過濾工藝(以下簡(jiǎn)稱“三段工藝”)是渤海油田采出水處理系統(tǒng)的典型工藝流程。

圖1 渤海油田采出水處理工藝流程

表1 渤海油田采出水一二級(jí)處理工藝單元統(tǒng)計(jì)

對(duì)渤海油田現(xiàn)有三段工藝的除油效率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)(表2)，結(jié)果表明：從總體看現(xiàn)有設(shè)備實(shí)際除油率均低于設(shè)計(jì)除油率，其中氣浮選器及雙介質(zhì)濾器實(shí)際除油率與設(shè)計(jì)除油率的差值尤為突出。由于氣浮選器實(shí)際除油率低，出水水質(zhì)差，直接導(dǎo)致下游過濾系統(tǒng)高負(fù)荷運(yùn)行；核桃殼濾器的實(shí)際除油率遠(yuǎn)高于雙介質(zhì)濾器，這也與我們通常認(rèn)為的 “核桃殼濾器以除油為主，雙介質(zhì)濾器以除懸浮物為主”的觀點(diǎn)相符。

表2 渤海油田采出水典型處理工藝除油率統(tǒng)計(jì)

2 采出水處理系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀及存在問題

基于渤海油田采出水處理系統(tǒng)調(diào)研數(shù)據(jù)，從系統(tǒng)工況條件、裝置除油率、裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面分析采出水處理系統(tǒng)三段工藝的運(yùn)行現(xiàn)狀及存在的問題。

2.1 斜板除油器

2.1.1運(yùn)行工況及除油率分析

對(duì)渤海油田斜板除油器的運(yùn)行現(xiàn)狀進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)(表3)，可以看出：①在處理水量方面，多數(shù)斜板除油器實(shí)際處理水量低于設(shè)計(jì)處理水量，其中實(shí)際處理水量低于設(shè)計(jì)處理水量60%的平臺(tái)占比達(dá)63.2%，接近或達(dá)到設(shè)計(jì)水量(80%≤r<110%)的平臺(tái)占比僅為26.3%(為方便闡述，按照實(shí)際處理水量占設(shè)計(jì)處理水量的百分比(r)不同，將現(xiàn)有數(shù)據(jù)分為A(20%≤r<40%)、B(40%≤r<60%)、C(60%≤r<80%)、D(80%≤r<110%)等四類，下同)；②在水力停留時(shí)間方面，現(xiàn)有裝置的實(shí)際水力停留時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)的水力停留時(shí)間；③在裝置除油率方面，整體除油率較高，實(shí)際除油率均值僅比設(shè)計(jì)除油率均值低10%，這與閻洪濤 等[2]相關(guān)研究結(jié)論(斜板除油器的除油率為24%～91%，均值為61%，低于設(shè)計(jì)值)基本一致。裝置實(shí)際水力停留時(shí)間均值為35 min，設(shè)計(jì)均值為18 min，實(shí)際水力停留時(shí)間長(zhǎng)于設(shè)計(jì)值，而斜板除油器以重力沉降除油為主，較長(zhǎng)的水力停留時(shí)間必然有利于油水分離。

表3 渤海油田斜板除油器運(yùn)行現(xiàn)狀統(tǒng)計(jì)

因此，筆者認(rèn)為較長(zhǎng)的水力停留時(shí)間是目前裝置具有較高除油率的主要原因，采出水的含油濃度高低也是影響裝置除油率的因素之一。目前渤海油田多數(shù)斜板除油器的實(shí)際入口水中含油濃度遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值，系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷低，除油效率高，出口水質(zhì)優(yōu)于設(shè)計(jì)值。但隨著油田開發(fā)的深入，產(chǎn)液量不斷增長(zhǎng)，斜板除油器的入口水中含油濃度會(huì)隨之上升，加之處理量增大縮短了水力停留時(shí)間，未來其實(shí)際除油效率將會(huì)受到影響。

2.1.2裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題分析

斜板除油器內(nèi)部結(jié)構(gòu)單一(圖2)，各制造廠家產(chǎn)品結(jié)構(gòu)類似，主要區(qū)別在于污油室設(shè)置在前端還是后端，有無溢流堰板等。各制造廠家在內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面主要存在4類共性問題。

圖2 斜板除油器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1)布水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。

常規(guī)布水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，主要結(jié)構(gòu)形式有：進(jìn)水管下伸到液面以下，進(jìn)水管末端無其他構(gòu)件；進(jìn)水管出口設(shè)置彎頭，下伸到液面以下后由彎頭將水流引向靠近進(jìn)水管側(cè)的封頭處；進(jìn)水管末端設(shè)置橫向布水管，橫向布水管均勻開孔；進(jìn)水管口位置在液面以下，管口末端設(shè)置緩沖板。采取此類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，水流沖擊較大，易形成局部渦流，渦流將導(dǎo)致水流剪切力增大，造成大油滴破碎為小油滴，增大了油水分離難度；而且，水體流態(tài)不穩(wěn)定，液面處水流翻滾劇烈，易造成浮油渣返混。

2)聚結(jié)填料區(qū)浮油渣無法收集。

由于聚結(jié)填料區(qū)頂面高于運(yùn)行液位，阻擋左側(cè)浮油渣進(jìn)入到右側(cè)收油槽內(nèi)，造成浮油渣在此區(qū)域富集；由于布水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理造成強(qiáng)烈的擾流作用，導(dǎo)致返混問題尤為嚴(yán)重。

3)收油槽布置及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。

在常規(guī)設(shè)計(jì)中，通常是在分離區(qū)設(shè)置1至2道縱向收油槽，在分離區(qū)末端設(shè)置1道橫向收油槽，兩者連通。該類設(shè)計(jì)存在的問題：裝置在正常運(yùn)行狀態(tài)下，浮油渣溢流進(jìn)入到收油槽內(nèi)，由于浮油渣流動(dòng)性差、易粘連(特別是稠油注聚采出水產(chǎn)生的浮油渣)，較遠(yuǎn)區(qū)域的浮油渣在行進(jìn)過程中流動(dòng)性逐漸變差甚至停止流動(dòng)，導(dǎo)致收油槽僅能收集其附近區(qū)域的浮油渣；較遠(yuǎn)區(qū)域的浮油渣只能通過抬高運(yùn)行液位進(jìn)行收集，但該操作將會(huì)導(dǎo)致污油系統(tǒng)處理負(fù)荷陡增，引起生產(chǎn)流程波動(dòng)，因此無法頻繁進(jìn)行。

收油槽溢流堰板方面，在常規(guī)設(shè)計(jì)中溢流堰板一般分為鋸齒堰板和不開口堰板，實(shí)際工程應(yīng)用中鋸齒堰板較為多見，但筆者認(rèn)為不開口堰板比鋸齒堰板更有優(yōu)勢(shì)，原因在于浮油渣易粘連成塊，從而易被鋸齒結(jié)構(gòu)阻攔，當(dāng)為了收油而抬升液位時(shí)，會(huì)有大量水體進(jìn)入[3]，從而造成只進(jìn)水不收油；而不開口堰板則不會(huì)阻攔塊狀物，液面處的浮油渣會(huì)快速進(jìn)入到收油槽內(nèi)，收油效果更佳。

4)清水區(qū)浮油無法收集。清水區(qū)雖然水力停留時(shí)間短，但也會(huì)有少量油滴上浮形成浮油，當(dāng)浮油層富集到一定程度[4]后受流態(tài)波動(dòng)影響，導(dǎo)致返混問題發(fā)生，影響出水水質(zhì)，有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)短時(shí)出水含油濃度大于進(jìn)水含油濃度的現(xiàn)象。

2.2 氣浮選器

2.2.1運(yùn)行工況及除油率分析

對(duì)渤海油田氣浮選器的運(yùn)行現(xiàn)狀進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)(表4)，可以看出：①在處理水量方面，多數(shù)氣浮選器實(shí)際處理水量遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)處理水量，其中實(shí)際處理水量低于設(shè)計(jì)處理水量60%的平臺(tái)占比為64%，接近或達(dá)到設(shè)計(jì)處理水量(80%≤r<110%)的裝置占比僅為18%；②在水力停留時(shí)間方面，現(xiàn)有裝置的實(shí)際水力停留時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)停留時(shí)間；③在裝置除油率方面，整體除油率低，實(shí)際除油率遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)除油率，兩者均值相差37%，這與閻洪濤 等[2]相關(guān)研究結(jié)論(氣浮選器的除油率在12.5%～96.2%，平均為46.3%)基本一致。

表4 渤海油田氣浮選器運(yùn)行現(xiàn)狀統(tǒng)計(jì)

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，實(shí)際水力停留時(shí)間的延長(zhǎng)，未能有效提高裝置的除油率。以 A、D兩組數(shù)據(jù)為例，二者實(shí)際水力停留時(shí)間相差26 min，但實(shí)際除油率僅相差10%。此外，因處理水量提升導(dǎo)致的出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)問題將日益突出?，F(xiàn)有裝置的運(yùn)行負(fù)荷低，處理效果差，隨著系統(tǒng)處理水量的不斷提升，裝置入口含油濃度會(huì)相應(yīng)提高，水力停留時(shí)間相應(yīng)縮短，出口水質(zhì)更加無法保證，將會(huì)對(duì)下游過濾系統(tǒng)造成巨大沖擊。

2.2.2溶氣水制備工藝運(yùn)行現(xiàn)狀分析

溶氣水制備工藝的優(yōu)劣往往直接影響到氣浮選器的除油效率。目前工程應(yīng)用的溶氣水制備工藝主要有文丘里射流工藝(以下簡(jiǎn)稱“射流工藝”)、以溶氣罐為代表的高壓溶氣工藝(以下簡(jiǎn)稱“溶氣罐工藝”)、以溶氣泵為代表的氣液混合泵工藝(以下簡(jiǎn)稱“溶氣泵工藝”)和通過溶氣泵實(shí)現(xiàn)氣液混合再經(jīng)氣泡篩選器剔除大氣泡的微氣泡工藝(以下簡(jiǎn)稱“微氣泡工藝”)，均采用部分回流水方式制備溶氣水。

對(duì)渤海油田溶氣水制備工藝的應(yīng)用情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)(表5)，可以看出：目前溶氣水制備工藝以射流、溶氣罐工藝為主，微氣泡及溶氣泵工藝工程應(yīng)用相對(duì)較少；在運(yùn)行裝置中，溶氣罐工藝占比最大，多見于2010年后投運(yùn)的平臺(tái)；射流工藝占比次之；微氣泡工藝屬于新工藝，主要應(yīng)用于2010年后投運(yùn)的平臺(tái)；溶氣泵工藝普遍應(yīng)用于2010年后的氣浮選改造工程，主要用于替換射流工藝。

表5 渤海油田溶氣水制備工藝性能參數(shù)統(tǒng)計(jì)

進(jìn)一步分析回流比及氣泡質(zhì)量對(duì)除油效率的影響。

1)回流比。

在溶氣水制備工藝回流比方面，射流工藝回流比最大，最高可達(dá)53%；溶氣罐工藝回流比次之，最高值為40%；溶氣泵、微氣泡工藝回流比相對(duì)較小，最高值在20%以下。筆者認(rèn)為：較高的回流比雖然可以提高溶氣水的氣泡含量，有助于浮選分離，但并非越高越好；高回流比降低了裝置的有效水力停留時(shí)間，增大了油滴被切割細(xì)化的幾率[5]；若溶氣水質(zhì)量差、釋放方式不合理則會(huì)加劇水體流態(tài)的擾動(dòng)作用，嚴(yán)重影響浮選分離效率。微氣泡工藝的回流比遠(yuǎn)低于射流、溶氣罐工藝，但其除油率卻明顯高于二者，也說明溶氣水的回流比并非越高越好。

2)氣泡質(zhì)量。

常規(guī)認(rèn)為氣泡粒徑越細(xì)小，越有利于浮選分離。筆者認(rèn)為：對(duì)于提高浮選分離效率，氣泡粒徑大小固然重要，但氣泡均勻度、氣泡密集程度要比氣泡粒徑大小更為重要。因?yàn)檩^高的氣泡均勻度、氣泡密集程度會(huì)形成速度相同、軌跡一致的氣泡群，以此形成“網(wǎng)捕”作用，對(duì)油滴的捕捉、粘附效率最高，其功效就如“地毯式搜索”一樣[6]；由于氣泡“步調(diào)”一致，相互干擾小，氣泡與油滴粘附之后形成的油氣共聚物也不易被其他氣泡碰撞而導(dǎo)致脫附問題的出現(xiàn)。微氣泡工藝在氣泡粒徑方面雖不及溶氣泵工藝，但在氣泡均勻度、氣泡密集程度方面優(yōu)勢(shì)明顯(表6)，其除油效率也高于其他工藝(表5)。

表6 溶氣水制備工藝氣泡質(zhì)量對(duì)比

從表5、6可以看出，微氣泡、溶氣泵工藝在除油效率、浮選氣需求、占地空間、氣泡質(zhì)量方面相對(duì)于射流、溶氣罐工藝優(yōu)勢(shì)明顯，也是今后溶氣水制備工藝發(fā)展的方向。

2.2.3裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題分析

在渤海油田應(yīng)用的氣浮選裝置中，氣浮選分離器結(jié)構(gòu)以臥式多艙室罐體及臥式箱體為主(表7)，對(duì)兩者的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題進(jìn)行詳細(xì)分析。

表7 渤海油田氣浮選分離器結(jié)構(gòu)形式統(tǒng)計(jì)

1)臥式多艙室氣浮選罐體。

臥式多艙室氣浮選罐體結(jié)構(gòu)單一(圖3)，各制造廠家的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)差異較小。其在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面與斜板除油器內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題相似，即在布水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、布水擋板設(shè)計(jì)、收油槽布置及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、清水區(qū)浮油收集等方面設(shè)置不夠合理。而在溶氣水釋放方式方面，通常以單點(diǎn)形式在每個(gè)腔室內(nèi)釋放，由于單個(gè)腔室容積較大，溶氣水在較大空間內(nèi)單點(diǎn)釋放，覆蓋面小、氣水混合效率低，會(huì)導(dǎo)致氣泡與油滴的粘附效率降低；點(diǎn)式釋放噴射速度大[5]，水體擾動(dòng)大，易發(fā)生油氣共聚物的脫附問題。

圖3 臥式多艙室氣浮選器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2)箱體式氣浮選器。

箱體式氣浮選器制造廠家在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面多采用斜管填料+刮渣機(jī)的結(jié)構(gòu)形式(圖4)，不同廠家的設(shè)計(jì)差異主要在于刮渣機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向及配套收油槽布置位置。該裝置在布水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、清水區(qū)浮油收集等方面與斜板除油器內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題相似，其他方面的問題主要包括3方面。

圖4 箱體式氣浮選器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

①溶氣水釋放結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。溶氣水釋放結(jié)構(gòu)主要以多點(diǎn)均布方式釋放到緩沖區(qū)或進(jìn)水布液管內(nèi)，釋放壓力一般在0.3～0.5 MPa。在緩沖區(qū)釋放時(shí)，由于水流沖擊力大，水體擾動(dòng)劇烈，易造成油氣共聚物脫附問題及液面處污染物返混問題；此外，由于緩沖區(qū)空間大，溶氣水釋放后的氣水混合效率低。在進(jìn)水布液管內(nèi)釋放時(shí)，因布液管容積小，氣水混合效率相對(duì)較高，但由于溶氣水的高速?zèng)_擊作用，極易造成水處理藥劑(藥劑通常投加在進(jìn)水管道內(nèi)[2]，加藥點(diǎn)與裝置進(jìn)水口位置有一定距離，以保證藥劑混合效率及絮體生長(zhǎng)時(shí)間)絮體破碎，藥效減弱。

②手動(dòng)可調(diào)堰板無法滿足波動(dòng)工況需求。在生產(chǎn)運(yùn)行過程中，系統(tǒng)流量波動(dòng)現(xiàn)象會(huì)經(jīng)常發(fā)生，如洗井、酸化作業(yè)以及油氣混輸?shù)亩稳鳜F(xiàn)象等均會(huì)造成系統(tǒng)的流量波動(dòng)。可調(diào)堰板是通過手動(dòng)調(diào)節(jié)堰板高度來調(diào)整運(yùn)行液位，無法做到實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。當(dāng)流量有較大波動(dòng)時(shí)，往往無法及時(shí)調(diào)整堰板高度從而導(dǎo)致運(yùn)行液位或高或低，進(jìn)而造成過量收油或無法收油。

③刮渣機(jī)故障率高、停機(jī)影響大且存在刮板抖動(dòng)問題。故障率高：箱體式氣浮選器在運(yùn)行時(shí)一般面臨密閉、高溫、潮濕、處于油氣水三相界面處等惡劣環(huán)境，而刮渣機(jī)多采用鏈條式結(jié)構(gòu)，可動(dòng)部件較多，在上述惡劣環(huán)境下運(yùn)行，穩(wěn)定性差，故障頻發(fā)，其中牽引鏈條、刮板故障率較高。維修困難，停機(jī)影響大：由于箱體式氣浮選器多為全封閉設(shè)計(jì)，需要專業(yè)人員進(jìn)入到箱體內(nèi)部進(jìn)行維修，維修難度大、危險(xiǎn)系數(shù)高，刮渣機(jī)一旦因故停機(jī)，將造成浮渣收集困難，特別是將收油槽設(shè)置在進(jìn)水側(cè)時(shí)，浮油渣基本無法收集，嚴(yán)重影響出水水質(zhì)。刮板抖動(dòng)問題：鏈條式刮渣機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，刮板存在一定的抖動(dòng)，浮渣層越厚，抖動(dòng)越劇烈。刮板的抖動(dòng)會(huì)導(dǎo)致部分浮油渣掉落，返混到水體中，特別是在靠近出水側(cè)時(shí)，極易影響出水水質(zhì)，這也是將收油槽設(shè)置在進(jìn)水側(cè)的主要原因。

2.3 常規(guī)過濾工藝

常規(guī)過濾工藝主要以核桃殼濾器、雙介質(zhì)濾器為主，根據(jù)不同的水質(zhì)要求，可設(shè)置為單級(jí)運(yùn)行或兩級(jí)串聯(lián)運(yùn)行。在兩級(jí)串聯(lián)工藝中第一級(jí)核桃殼濾器主要用于除油，第二級(jí)雙介質(zhì)濾器主要用于除懸浮物[9]。由于過濾工藝主要依靠濾料的截留、吸附作用實(shí)現(xiàn)對(duì)污油、懸浮物的去除，因此其結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，核桃殼濾器、雙介質(zhì)濾器主要區(qū)別在于反沖洗結(jié)構(gòu)的不同，前者是水反洗+機(jī)械攪拌，后者是氣水交替反洗。

2.3.1運(yùn)行現(xiàn)狀分析

1)核桃殼濾器。

對(duì)渤海油田12座平臺(tái)的核桃殼濾器運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(表8)，可以看出：①核桃殼濾器實(shí)際除油率接近設(shè)計(jì)除油率，實(shí)際除油率均值為59%，設(shè)計(jì)值為67%，差距僅為8%，運(yùn)行效率較高，這與閻洪濤 等[2]的研究結(jié)論(核桃殼濾器除油率各油田基本在80%以下，大部分油田在60%以下)基本一致；②部分核桃殼濾器運(yùn)行負(fù)荷高，運(yùn)行壓力大，以A、E、G、H平臺(tái)為例，核桃殼濾器進(jìn)出口水中含油濃度基本與設(shè)計(jì)值持平或高于設(shè)計(jì)值，濾器運(yùn)行負(fù)荷高，慮后水質(zhì)達(dá)標(biāo)壓力大，長(zhǎng)久以往將導(dǎo)致過濾周期逐漸縮短，反沖洗頻率增加，濾料使用壽命縮短，需頻繁更換濾料。

表8 渤海油田核桃殼濾器除油率統(tǒng)計(jì)

2)雙介質(zhì)濾器。

對(duì)渤海油田12座平臺(tái)的雙介質(zhì)濾器運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(表9)，可以看出：①作為第一級(jí)過濾使用的雙介質(zhì)濾器，實(shí)際進(jìn)口含油濃度相對(duì)較高，均值約為58 mg/L，實(shí)際出口含油濃度均值約為34 mg/L，實(shí)際除油率均值為41%，設(shè)計(jì)值均值為59%；作為第二級(jí)過濾使用的雙介質(zhì)濾器，實(shí)際入口含油濃度均值為23 mg/L，實(shí)際出口含油濃度均值為14 mg/L，實(shí)際除油率均值為31%，設(shè)計(jì)值均值為56%；可見雙介質(zhì)濾器作為第一級(jí)過濾時(shí)，在處理高含油污水方面除油率相對(duì)較高。②另對(duì)比表2、8、9，發(fā)現(xiàn)以核桃殼+石英砂濾料為主的雙介質(zhì)濾器在除油效率方面低于核桃殼濾器。常規(guī)雙介質(zhì)濾器濾料主要是石英砂、金剛砂、無煙煤等，多應(yīng)用于第二級(jí)過濾，以去除懸浮物為主。應(yīng)用于第一級(jí)過濾的雙介質(zhì)濾器濾料主要是核桃殼+石英砂濾料，兼有除油除懸浮物功能。以核桃殼+石英砂濾料為主的雙介質(zhì)濾器要比常規(guī)雙介質(zhì)濾器在除油率方面有所提升，但與核桃殼濾器相比仍有一定的差距(核桃殼濾器實(shí)際除油率均值為59%)。③多數(shù)雙介質(zhì)濾器運(yùn)行負(fù)荷高，運(yùn)行壓力大。以B、C、D、E、F、G、K、L平臺(tái)為例，濾器進(jìn)出口水中含油濃度基本與設(shè)計(jì)值持平或高于設(shè)計(jì)值，濾器處于滿負(fù)荷或超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行壓力大。

表9 渤海油田雙介質(zhì)濾器除油效率統(tǒng)計(jì)

2.3.2濾料流失及使用壽命問題分析

濾料流失問題多發(fā)生于布水管、集水管及排氣口位置[10]，通過在相關(guān)位置處安裝繞絲篩管，基本解決了因孔管結(jié)構(gòu)問題造成的濾料流失問題。從目前看，新的濾料流失問題主要是由于密封結(jié)構(gòu)不嚴(yán)[9]或繞絲篩管破損[11]造成的。

依據(jù)廠家建議，濾料在正常工況條件下，使用壽命為2～3年，但多數(shù)濾料實(shí)際使用壽命僅1年或更短時(shí)間[10，12]。當(dāng)濾器出現(xiàn)過濾周期縮短、反沖洗頻率升高、慮后水質(zhì)變差等問題時(shí)，說明濾料失活無法再生，只能更換濾料以保證慮后水質(zhì)。筆者認(rèn)為導(dǎo)致濾料使用壽命縮短的主要原因是濾料再生困難，而造成濾料再生困難的主要影響因素包括3方面。

1)濾器入口含油濃度高，運(yùn)行負(fù)荷大。由于污油具有比懸浮物更高的粘附性，反沖洗作業(yè)無法完全清除濾料上的污油，濾器入口含油濃度高，增大了濾料被污染的速率，當(dāng)濾料完全被污油附著無法清洗去除時(shí)即失去了截污功能，需重新更換濾料。

2)聚合物加速了濾料板結(jié)。隨著聚合物驅(qū)、二元復(fù)合驅(qū)采油的開展，采出水中的聚合物含量逐步增加，聚合物與水處理藥劑、污油、懸浮物形成的聚合物質(zhì)具有黏度高、附著力強(qiáng)的特點(diǎn)，導(dǎo)致濾料相互粘附、結(jié)塊、板結(jié)，進(jìn)而降低了濾料的納污能力，過濾周期縮短，濾料再生困難[12]。

3)反沖洗參數(shù)設(shè)置不合理。濾器反沖洗參數(shù)通常是固定的，一般過濾壓差達(dá)到0.10～0.15 MPa或過濾時(shí)長(zhǎng)達(dá)到24 h時(shí)(以先達(dá)到者為準(zhǔn))，自動(dòng)反沖洗程序啟動(dòng)，反沖洗時(shí)長(zhǎng)固定在30 min左右。但隨著濾料污染程度的加深，需要更長(zhǎng)的反沖洗時(shí)間以保證濾料的清潔，而在此情況下仍采用自動(dòng)反沖洗則會(huì)導(dǎo)致濾料清洗不徹底，再生困難。反沖洗強(qiáng)度直接影響到濾料的清潔程度，反沖洗強(qiáng)度低濾料無法充分流化，清洗效果差；反沖洗強(qiáng)度高則有可能導(dǎo)致濾料混層及濾料流失。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)給出的指導(dǎo)數(shù)據(jù)較為寬泛，無法作為實(shí)際操作的依據(jù)，需要根據(jù)水質(zhì)的實(shí)際情況確定[13]。例如渤海某采油平臺(tái)通過實(shí)驗(yàn)確定了核桃殼濾器的最佳反沖洗水量，雖與廠家推薦值出入較大，但實(shí)踐效果良好，濾料的更換頻率由1年更換一次提高到3年更換一次[14]。

3 結(jié)論及建議

1)在渤海油田采出水三段工藝中,斜板除油工藝運(yùn)行效率高，出水水質(zhì)優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)，能夠明顯減輕下游處理系統(tǒng)的運(yùn)行壓力。氣浮選工藝是三段工藝的核心工藝，起到“承上啟下”作用，但從實(shí)際運(yùn)行效果來看雖然其實(shí)際處理水量小、運(yùn)行負(fù)荷低，但出水水質(zhì)并不理想；造成氣浮選工藝低效率運(yùn)行的原因是部分溶氣水制備工藝落后，產(chǎn)生的氣泡粒徑大、不均勻、不密集，釋放時(shí)水體擾動(dòng)劇烈；而氣浮選器在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上的缺陷，造成氣水混合效率低、流態(tài)不穩(wěn)定，收油效果差。由于上游氣浮選器的低效率運(yùn)行，導(dǎo)致下游常規(guī)過濾工藝運(yùn)行負(fù)荷高，運(yùn)行壓力大。隨著采出水量的持續(xù)增長(zhǎng)，氣浮選器的低效率運(yùn)行問題若得不到切實(shí)解決，將會(huì)成為制約采出水達(dá)標(biāo)處置的瓶頸問題。

2)針對(duì)斜板除油器、氣浮選器等老舊生產(chǎn)水處理裝置的升級(jí)改造，不能只注重油水分離結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，而忽視收油結(jié)構(gòu)改造的重要性，否則易誘發(fā)返混問題降低裝置的分離效率。對(duì)于老舊氣浮選工藝優(yōu)化，在對(duì)溶氣水制備裝置進(jìn)行升級(jí)的同時(shí)應(yīng)注重其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的配套改造，即首先通過溶氣水制備裝置提供高質(zhì)量的氣泡，再通過氣浮選器內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)建穩(wěn)定的水力流場(chǎng)、高效的氣水混合條件及穩(wěn)定的浮油渣收集結(jié)構(gòu)，從而最大程度地提高氣浮選器的運(yùn)行效率。

3)對(duì)于新建采油平臺(tái)，在采出水處理工藝設(shè)計(jì)階段應(yīng)結(jié)合現(xiàn)有裝置運(yùn)行現(xiàn)狀，優(yōu)選工藝，避免再次出現(xiàn)斜板除油器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、氣浮選器的溶氣水制備方式選用不當(dāng)及刮渣機(jī)故障率高、常規(guī)濾器的反沖洗參數(shù)設(shè)置不合理等問題。同時(shí)不應(yīng)拘泥于固定的“三段工藝”，而應(yīng)注重高效溶氣水工藝在斜板除油器、常規(guī)濾器中的應(yīng)用，進(jìn)而提高相應(yīng)裝置的油水分離效率，使得“三段工藝”更加高效，抗沖擊負(fù)荷能力更強(qiáng)，從而構(gòu)建出海上采出水處理系統(tǒng)新生態(tài)，即第一級(jí)工藝“減負(fù)”，第二級(jí)工藝“保穩(wěn)”，第三級(jí)工藝“兜底”。