油田污水處理質(zhì)量提升的濾料清洗方法創(chuàng)新與實踐

徐 健，楊曉存，鄧建欣

中國石油大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠 （黑龍江 大慶 163511）

油田污水處理質(zhì)量提升的濾料清洗方法創(chuàng)新與實踐

徐 健，楊曉存，鄧建欣

中國石油大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠 （黑龍江 大慶 163511）

圍繞油田污水處理質(zhì)量提升的濾料清洗方法創(chuàng)新與實踐進行探討，明確其滿足油田低成本發(fā)展、油田環(huán)境保護、降低勞動強度要求的必要性。闡述了開展濾料清洗方法前期實驗，積累理論依據(jù)；開展濾料清洗方法中期試驗，驗證實驗效果；開展濾料清洗方法后期實驗，尋求方法改良的觀點。指出，提升油田污水處理質(zhì)量，需要在濾料清洗方法上不斷探索、持續(xù)創(chuàng)新。

油田；污水處理；質(zhì)量提升；濾料清洗方法

1 創(chuàng)新與實踐的必要性

油田注水質(zhì)量的管理源頭是污水處理環(huán)節(jié)，確保污水處理質(zhì)量的重要工藝是多個過濾系統(tǒng)。每個污水過濾系統(tǒng)的主要設(shè)備是濾罐，濾罐之中的濾料性能持續(xù)良好是長期保證污水處理質(zhì)量的必要條件[1]。為此，大慶油田第四采油廠第二油礦（以下簡稱第二油礦）針對污水處理濾罐中濾料粘結(jié)而過濾效果變差的問題，改支出費用更換濾料為創(chuàng)新方法清洗濾料，其必要性主要是滿足了4個方面需要。

1.1 滿足油田水質(zhì)提升的需要

隨著油田水驅(qū)精細開發(fā)的不斷深入，對以油田水質(zhì)提升為目標的管理工程推進提出了更高的要求。為此，采油礦有必要圍繞水質(zhì)管理的主要環(huán)節(jié)，通過創(chuàng)新與應(yīng)用濾料清洗方法，不斷推進油田水質(zhì)管理工程，持續(xù)有效提升油田水驅(qū)精細開發(fā)水平[2]。

1.2 滿足油田低成本管理需要

油田污水處理濾料層分別由石英砂、核桃殼等構(gòu)成，單罐濾料更換需9萬元，全套系統(tǒng)濾料更換需150萬元以上（不同站庫過濾罐數(shù)量在18座至30座之間）。因此，探索與創(chuàng)新濾料清洗方法，有效延長濾料更換周期，可以達到低成本運行管理效果。

1.3 滿足油田環(huán)境保護的需要

油田污水處理環(huán)節(jié)的濾料頻繁污染、頻繁更換，不僅提升生產(chǎn)成本，還容易造成部分濾料廢棄的污染問題。創(chuàng)新與應(yīng)用能夠提升污水處理質(zhì)量的濾料清洗方法，少換料，多洗料，不僅能夠降低生產(chǎn)成本，還可以實現(xiàn)生產(chǎn)過程中的環(huán)境保護良性循環(huán)。

1.4 滿足勞動強度降低的需要

油田污水處理系統(tǒng)的濾料更換，是一項拉運量大、倒換比較繁重的工作，采油礦每次購置濾料、自行完成濾料更換，付出人工勞動較大。持續(xù)推行污水處理的濾料清洗方法，既可以減少濾料更換次數(shù)、減少系統(tǒng)停運時間，還能夠有效降低勞動強度。

2 創(chuàng)新與實踐

生產(chǎn)企業(yè)現(xiàn)代質(zhì)量管理提升的主要途徑是在生產(chǎn)過程中通過創(chuàng)新與實踐，不斷攻克各種難題[3]。油田污水處理系統(tǒng)隨著運行時間的越來越長，系統(tǒng)處理能力越來越差，其中污水濾罐中的濾料由于常年過濾污水，容易出現(xiàn)污垢、板結(jié)等現(xiàn)象，過濾性能急劇下降，常規(guī)處理方式為更換新濾料和取出濾料后現(xiàn)場清洗。但這2種處理方式支付費用較高、施工周期較長。因此，在低成本、高質(zhì)量的前提下，持續(xù)保持污水處理的過濾性能，是油田亟待解決的管理難題。第二油礦通過創(chuàng)新與應(yīng)用濾料清洗方法，見到了油田生產(chǎn)成本降低和污水處理質(zhì)量提升的顯著效果。

2.1 前期實驗

油田污水處理系統(tǒng)濾料污染問題的罐內(nèi)式治理、不換式處理，在油田的污水站管理中沒有借鑒的做法，需要通過方法逐步創(chuàng)新來實現(xiàn)。為此，第二油礦首先通過進行前期的室內(nèi)實驗，來提供充足的理論指導(dǎo)，為濾料清洗方法研究奠定基礎(chǔ)[4]。

2.1.1 濾料清洗劑型號與濃度的優(yōu)選

第二油礦4座污水站的濾罐結(jié)構(gòu)大部分為傳統(tǒng)一次濾罐結(jié)構(gòu)，濾料約占濾罐總體積的50%，攪拌槳只攪動濾料上方混合液，不觸碰濾料，反沖洗水溫度約28℃。模擬現(xiàn)場使用條件，確定濾料清洗4步評價方法。

1）濾料取樣裝瓶與壓實。向廣口瓶中加入等質(zhì)量的相同濾料，壓實模擬現(xiàn)場濾料狀況，壓實后高度約為3.5 cm。

2）清洗劑加入與稀釋。向廣口瓶內(nèi)加入60 mL清洗劑原液并將廣口瓶置于28℃的恒溫水?。ìF(xiàn)場反沖洗水溫度）中，靜置30 min，使清洗劑能夠浸潤濾料表面；補充60 mL清水，并輕輕攪動上層液體2 min；保持廣口瓶在水浴中靜置24 h。

3）觀察記錄與樣品轉(zhuǎn)移。將廣口瓶從水浴中取出，記錄各瓶上層水狀態(tài)并將上層污水轉(zhuǎn)移至可密封的樣品瓶中。

4）液體萃取與油量計算。用汽油萃取上層污水及下層濾料并記錄效果，用分光光度計化驗吸光度值并計算洗出油量。

在濾料清洗4步評價過程中，開展2項分析工作。

1）上層污水含油量對比分析。從視覺上看，清水浸泡濾料的樣品和清洗劑浸泡濾料的樣品差距明顯。清水浸泡的樣瓶水色較清，上層有少量懸浮物；清洗劑浸泡的樣瓶水色很黑，上層與下層均有較厚的洗出物。從化驗數(shù)據(jù)上看，上層污水含油量對比中，清水浸泡僅可洗出油0.31 g，而清洗劑浸泡最低可洗出油1.33 g，為清水浸泡的4.3倍。實驗所選清洗劑為烷基苯磺酸鹽類，為區(qū)分不同組分，分別命名為普、靖、沃。在包括清水在內(nèi)的4種清洗劑中，洗油效果最好的是“普”，在5%的加藥濃度時可洗出原油3.10 g，提高加藥濃度至10%，洗油量為3.88 g，僅增加了0.78 g。

2）下層濾料剩余油量對比分析。從化驗數(shù)據(jù)看（表1），清洗劑“普”在加藥濃度為5%時效果最好，除油率達35.07%。從視覺查看，下層濾料含油量差距明顯，清水浸泡的濾料較黑且粘結(jié)成塊，清洗劑浸泡的濾料疏松，部分已成均勻顆粒。

根據(jù)上層污水含油量及下層濾料剩余油量2項對比，清洗劑“普”在5%濃度下，洗出油量大、剩余油量小，清洗效果佳，性價比高，因此作為后續(xù)的實驗清洗劑。

表1 加藥浸泡洗后濾料剩余油量統(tǒng)計表

2.1.2 濾料清洗劑浸泡時間的確定

明確清洗劑型號為“普”，加藥濃度5%之后，為確定清洗劑最佳浸泡時間，開展室內(nèi)實驗。首先，量取等質(zhì)量的相同濾料置于1#、2#、3#燒杯中，振搗壓實，1#燒杯加清水浸泡24 h；2#燒杯加濃度為5%的清洗劑“普”浸泡5 h；3#燒杯加濃度為5%的清洗劑“普”浸泡24 h。3個燒杯浸泡過程均置于28℃水浴中；轉(zhuǎn)移3個燒杯的上層污水至廣口瓶，取出下層濾料晾曬24 h后置于宣紙上；觀察并記錄上層污水及下層濾料的狀況，并進行數(shù)據(jù)化驗，得出3種結(jié)果。

1）直接觀察浸泡后濾料，清水浸泡的濾料表面仍存在大量油質(zhì)，濾料呈黑色，清洗劑浸泡5 h的濾料表面油質(zhì)明顯減少，清洗劑浸泡24 h的濾料清洗效果最好，已有部分呈現(xiàn)原色。

2）觀察濾料下攤鋪宣紙的粘油情況，承放清水浸泡濾料的宣紙上粘有大量油漬，承放清洗劑浸泡5 h濾料的宣紙上油漬明顯減少，放清洗劑浸泡24 h濾料的宣紙上油漬最少。

3）化驗數(shù)據(jù)對比，5%濃度清洗劑浸泡24 h，除油率達到35.07%。

結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場狀況，濾罐停運超過24 h會因處理量不均對其余濾罐造成影響，因此24 h為現(xiàn)場最佳浸泡時間。

2.2 中期試驗

在室內(nèi)實驗效果明顯的基礎(chǔ)上，選擇杏二十污水站進行現(xiàn)場試驗，將前期實驗所確定的清洗劑型號、濃度及浸泡時間用于現(xiàn)場實踐，開展中期雙項現(xiàn)場試驗工作，驗證室內(nèi)實驗結(jié)果。

2.2.1 現(xiàn)場清洗初次試驗

為了確?，F(xiàn)場清洗試驗順利進行，有必要明確清洗工藝流程、創(chuàng)新清洗操作流程、研制清洗試驗專用工具，為濾料清洗現(xiàn)場初次試驗工作創(chuàng)造保障條件。因此，現(xiàn)場清洗初次試驗按流程操作、按計劃分析，成效顯著。

1）制定與執(zhí)行清洗加藥流程。為避免清洗劑溢流，在添加清洗劑過程中，必須將流程內(nèi)所有閥門關(guān)嚴，清洗劑通過泵車經(jīng)由頂部入孔均勻噴灑到濾料層上。根據(jù)現(xiàn)場清洗試驗安全、環(huán)保等方面需要，制定與執(zhí)行清洗工藝流程和操作流程：①關(guān)閉濾罐進出口閥門，打開排污閥門，排凈濾料上層污水，取濾料樣本；②關(guān)閉排污閥門，將1 t助洗劑通過泵車均勻噴灑在濾料表面，靜置24 h，待濾料表面完全潤濕；③向濾罐中注入20 m3、70℃左右熱水，浸泡24 h，使清洗劑與濾料充分接觸，啟動攪拌槳攪拌15 min；④打開排污閥門，將上層濁液排出，再向濾罐注入20 m3、70℃左右熱水，封罐；⑤關(guān)閉排污閥門，進行反沖洗2～3遍；⑥打開排污閥門，將濾料上層液體排凈，取濾料樣本；⑦關(guān)閉排污閥門，將濾罐投運；⑧觀察濾料清洗前后變化；⑨跟蹤濾罐濾后參數(shù)，進行對比分析。

2）研制與應(yīng)用清洗專用工具。在現(xiàn)場清洗濾料試驗過程中，為了提高工作質(zhì)量和效率，研制與應(yīng)用了分水器（圖1）及開啟濾罐專用扳手（圖2）。分水器是通過管柱上所鉆的孔，將沖擊力大的垂向流分散成沖擊力小的徑向流，利用花灑的方式，通過改變流體流向和減小射流沖擊力，減輕了對濾料的損害。開啟濾罐入孔專用扳手是解決開啟濾罐入孔耗時耗力、難度大的問題。此工具不僅無需調(diào)整扳手松緊，而且也避免了螺絲掉落所帶來的安全隱患。使用該工具后，可以減少濾罐檢修的時間，有效提高濾料清理工作效率。2項專用工具的研制，消除了濾料清洗試驗操作中存在的問題，有效降低了勞動強度。

3）記錄與分析現(xiàn)場試驗結(jié)果。取濾料清洗前后樣品，經(jīng)過晾干之后，從表面觀察及化驗數(shù)據(jù)兩方面進行對比分析。通過表面觀察，清洗前濾料板結(jié)現(xiàn)象嚴重，顏色較深，含油較多；清洗后濾料比較松散，含油減少，部分濾料洗出原色（圖3）。通過數(shù)據(jù)分析，原始濾料的剩余油量為5.35 g；而洗后濾料為3.68 g，除油率為31.27%，效果較好。濾罐投運后，進一步跟蹤濾罐反沖洗進出口壓差，與未清洗一次的其他濾罐進行對比，濾料清洗后的2#濾罐進出口壓差為0.010 MPa、3#濾罐進出口壓差為0.008 MPa，其他濾罐進出口壓差均在0.020 MPa以上，壓差下降1倍左右，證明濾罐內(nèi)濾料的板結(jié)狀況有了極大的改善。因此，現(xiàn)場初次試驗結(jié)果是濾料板結(jié)狀況得到治理，濾后水質(zhì)含油量、懸浮物量及濾罐進出口壓差都得到優(yōu)化，濾料清洗在現(xiàn)場操作效果明顯。

圖1 分水器現(xiàn)場安裝圖

圖2 開啟濾罐扳手結(jié)構(gòu)圖

圖3 污水處理系統(tǒng)濾罐濾料清洗前后狀況對比圖

2.2.2 站內(nèi)污水替換試驗

現(xiàn)場初次試驗中采用熱水罐車補水的方式，工作量過大且無法達成站內(nèi)完全自主清洗。探索污水替換可行性，用站內(nèi)濾后30℃的反沖洗水替代熱水罐車的70℃清水進行試驗，加藥方式及藥量等參數(shù)不變。統(tǒng)計清洗前后的含油、懸浮物值及除油率、除懸率（表2）。反沖洗水替代70℃清水，除油率平均上升了19.0%，除懸率平均上升了18.3%，仍能得到較好的清洗效果。用站內(nèi)反沖洗水代替熱水罐車，可以大幅降低工作量，既解決了外界因素的束縛，同時實現(xiàn)站內(nèi)完全自主清洗濾料，對于濾料自主清洗工作，濾罐精細化、系統(tǒng)化管理至關(guān)重要。

表2 一次濾罐進出口化驗數(shù)據(jù)對比表

2.3 后期實驗

濾料清洗工作雖然見到成效，但清洗試驗的主要對象的石英砂與磁鐵礦雙層結(jié)構(gòu)濾罐，還無法適應(yīng)核桃殼濾罐及其他結(jié)構(gòu)層濾罐，必須圍繞清洗方法優(yōu)化，不斷尋求清洗方法改良，使其具有更廣泛的適應(yīng)性。為此，需圍繞濾料清洗方法不斷探索與創(chuàng)新，開展后期兩項實驗工作[5]。

2.3.1 濾料清洗除垢加酸實驗

污水處理濾罐中的濾料經(jīng)過長期過濾，受到各種介質(zhì)的腐蝕，產(chǎn)生表面結(jié)垢現(xiàn)象。針對現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的濾料表面結(jié)垢難以去除的問題，嘗試在清洗時加入酸。針對無機酸對濾料侵蝕嚴重，復(fù)配有機酸（氨基磺酸）進行加酸實驗，確定執(zhí)行3個實驗步驟并進行實驗結(jié)果統(tǒng)計與分析，驗證清洗劑加酸的可行性。①同取20 g濾料3份，分別加濃度為1%、3%、5%的氨基磺酸；②觀察浸泡過程中的反應(yīng)效果，發(fā)現(xiàn)3%以及5%濃度濾料表面出現(xiàn)較多氣泡；③濾料清洗浸泡15 h后烘干稱重，比較濾料被有機酸浸泡后質(zhì)量損失量。從實驗現(xiàn)象觀察，酸濃度越高，濾料表面生成氣泡現(xiàn)象越嚴重。從質(zhì)量損失數(shù)據(jù)上看，酸濃度越高，濾料損失程度也越大，5%濃度時損失比已達3.085%，已對濾料造成損傷。因此，在濾料清洗過程中，進行加酸有助于清除濾料表面附著的垢質(zhì)，漏出濾料本體，考慮會對濾料造成一定損傷，加酸濃度不宜過大，應(yīng)控制在1%～3%。在濾罐管理過程中，如果發(fā)現(xiàn)垢質(zhì)嚴重的濾料，可適當(dāng)添加有機酸，能夠有效保證清洗質(zhì)量。

圖4 污水處理系統(tǒng)不同清洗劑洗后濾料表面狀態(tài)分析圖

2.3.2 核桃殼濾料室內(nèi)清洗實驗

針對以核桃殼濾料為實驗材料，相同清洗劑能否適應(yīng)核桃殼濾料還未知的情況，開展核桃殼濾料的室內(nèi)清洗實驗，進一步擴大濾料清洗方法的適用范圍。實驗過程同石英砂濾料相同，取等量濾料加不同濃度清洗劑浸泡24 h，觀察清洗效果。濾料浸泡24 h后，從表面觀察（圖4），清水浸泡的濾料明顯含油較高，顏色發(fā)黑，清洗劑“普”清洗的濾料濾料已成褐色，接近核桃殼濾料的原色，清洗效果明顯。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)上看，核桃殼濾料比較容易清洗，清水清洗除油率即可達40.2%，清洗劑“普”的清洗效果更好，5%的加藥濃度下除油率可達64.42%，提高加藥濃度至10%，除油率可達81.68%，是清水清洗效果的兩倍，可做為下步清洗核桃殼濾罐的主要參考依據(jù)。

3 結(jié)論

2015年以來，第二油礦通過開展油田污水處理質(zhì)量提升的濾料清洗方法創(chuàng)新與實踐，破解了油田注水質(zhì)量管理源頭的污水處理難題，既降低了油田生產(chǎn)成本，獲得經(jīng)濟效益409.5萬元；還滿足了油田環(huán)境保護要求、降低了員工勞動強度；更重要的是濾料清洗方法在多座污水站全面推廣應(yīng)用，污水處理后水質(zhì)持續(xù)向好，水質(zhì)達標率持續(xù)保持100%。面對國際油價持續(xù)低迷的不利形勢，大慶油田的主要對策之一是依靠創(chuàng)新不斷驅(qū)動質(zhì)量管理提升。因此，采油礦以油田污水處理質(zhì)量提升為主線，開展濾料清洗方法的創(chuàng)新與實踐，具有量化低成本經(jīng)營運作、細化生產(chǎn)質(zhì)量管理、深化環(huán)境保護工作的重要意義，有利于油田污水處理質(zhì)量的提升，有利于油田水驅(qū)精細開發(fā)工作，有利于油田降本增效活動開展。

[1]劉德緒.油田污水處理工程[M].北京：石油工業(yè)出版社,2001.

[2]趙永久.用水動力學(xué)方法改善水驅(qū)開發(fā)效果[J].油氣地質(zhì)與采收率,1996(2)：27-33.

[3]胡 銘.現(xiàn)代質(zhì)量管理學(xué)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社,2010.

[4]王玉江,王偉華,李 為,等.壓力過濾罐濾料再生改造[J].過濾與分離,2002,12(4)：26-27.

[5]蓋立成,張榮帥,曹冬梅.深度污水處理站過濾罐收油效果[J].石油石化節(jié)能,2013,3(4)：56-57.

It is discussed to improve the quality of oilfield wastewater treatment by filter material cleaning method,and the necessity of improving the quality of oilfield wastewater treatment for oilfield low cost development,environmental protection and labor intensity reduction is expounded.The viewpoint of"accumulating theoretical basis by preliminary experiment,verifying the effect of experiment by mid-term test,and seeking the improvement of cleaning method by later-term trial"is put forward.It is pointed out that to improve the quality of oilfield sewage treatment,it is necessary to explore and innovate continuously in the filter material cleaning method.

oilfield;sewage treatment;quality improvement;filter material cleaning method

徐 健（1992-），男，現(xiàn)從事油田地面工程管理工作。

賈 強

2017-09-11