油田污水处理质量提升的滤料清洗方法创新与实践

徐 健，杨晓存，邓建欣

中国石油大庆油田有限责任公司第四采油厂 （黑龙江 大庆 163511）

油田污水处理质量提升的滤料清洗方法创新与实践

徐 健，杨晓存，邓建欣

中国石油大庆油田有限责任公司第四采油厂 （黑龙江 大庆 163511）

围绕油田污水处理质量提升的滤料清洗方法创新与实践进行探讨，明确其满足油田低成本发展、油田环境保护、降低劳动强度要求的必要性。阐述了开展滤料清洗方法前期实验，积累理论依据；开展滤料清洗方法中期试验，验证实验效果；开展滤料清洗方法后期实验，寻求方法改良的观点。指出，提升油田污水处理质量，需要在滤料清洗方法上不断探索、持续创新。

油田；污水处理；质量提升；滤料清洗方法

1 创新与实践的必要性

油田注水质量的管理源头是污水处理环节，确保污水处理质量的重要工艺是多个过滤系统。每个污水过滤系统的主要设备是滤罐，滤罐之中的滤料性能持续良好是长期保证污水处理质量的必要条件[1]。为此，大庆油田第四采油厂第二油矿（以下简称第二油矿）针对污水处理滤罐中滤料粘结而过滤效果变差的问题，改支出费用更换滤料为创新方法清洗滤料，其必要性主要是满足了4个方面需要。

1.1 满足油田水质提升的需要

随着油田水驱精细开发的不断深入，对以油田水质提升为目标的管理工程推进提出了更高的要求。为此，采油矿有必要围绕水质管理的主要环节，通过创新与应用滤料清洗方法，不断推进油田水质管理工程，持续有效提升油田水驱精细开发水平[2]。

1.2 满足油田低成本管理需要

油田污水处理滤料层分别由石英砂、核桃壳等构成，单罐滤料更换需9万元，全套系统滤料更换需150万元以上（不同站库过滤罐数量在18座至30座之间）。因此，探索与创新滤料清洗方法，有效延长滤料更换周期，可以达到低成本运行管理效果。

1.3 满足油田环境保护的需要

油田污水处理环节的滤料频繁污染、频繁更换，不仅提升生产成本，还容易造成部分滤料废弃的污染问题。创新与应用能够提升污水处理质量的滤料清洗方法，少换料，多洗料，不仅能够降低生产成本，还可以实现生产过程中的环境保护良性循环。

1.4 满足劳动强度降低的需要

油田污水处理系统的滤料更换，是一项拉运量大、倒换比较繁重的工作，采油矿每次购置滤料、自行完成滤料更换，付出人工劳动较大。持续推行污水处理的滤料清洗方法，既可以减少滤料更换次数、减少系统停运时间，还能够有效降低劳动强度。

2 创新与实践

生产企业现代质量管理提升的主要途径是在生产过程中通过创新与实践，不断攻克各种难题[3]。油田污水处理系统随着运行时间的越来越长，系统处理能力越来越差，其中污水滤罐中的滤料由于常年过滤污水，容易出现污垢、板结等现象，过滤性能急剧下降，常规处理方式为更换新滤料和取出滤料后现场清洗。但这2种处理方式支付费用较高、施工周期较长。因此，在低成本、高质量的前提下，持续保持污水处理的过滤性能，是油田亟待解决的管理难题。第二油矿通过创新与应用滤料清洗方法，见到了油田生产成本降低和污水处理质量提升的显著效果。

2.1 前期实验

油田污水处理系统滤料污染问题的罐内式治理、不换式处理，在油田的污水站管理中没有借鉴的做法，需要通过方法逐步创新来实现。为此，第二油矿首先通过进行前期的室内实验，来提供充足的理论指导，为滤料清洗方法研究奠定基础[4]。

2.1.1 滤料清洗剂型号与浓度的优选

第二油矿4座污水站的滤罐结构大部分为传统一次滤罐结构，滤料约占滤罐总体积的50%，搅拌桨只搅动滤料上方混合液，不触碰滤料，反冲洗水温度约28℃。模拟现场使用条件，确定滤料清洗4步评价方法。

1）滤料取样装瓶与压实。向广口瓶中加入等质量的相同滤料，压实模拟现场滤料状况，压实后高度约为3.5 cm。

2）清洗剂加入与稀释。向广口瓶内加入60 mL清洗剂原液并将广口瓶置于28℃的恒温水浴（现场反冲洗水温度）中，静置30 min，使清洗剂能够浸润滤料表面；补充60 mL清水，并轻轻搅动上层液体2 min；保持广口瓶在水浴中静置24 h。

3）观察记录与样品转移。将广口瓶从水浴中取出，记录各瓶上层水状态并将上层污水转移至可密封的样品瓶中。

4）液体萃取与油量计算。用汽油萃取上层污水及下层滤料并记录效果，用分光光度计化验吸光度值并计算洗出油量。

在滤料清洗4步评价过程中，开展2项分析工作。

1）上层污水含油量对比分析。从视觉上看，清水浸泡滤料的样品和清洗剂浸泡滤料的样品差距明显。清水浸泡的样瓶水色较清，上层有少量悬浮物；清洗剂浸泡的样瓶水色很黑，上层与下层均有较厚的洗出物。从化验数据上看，上层污水含油量对比中，清水浸泡仅可洗出油0.31 g，而清洗剂浸泡最低可洗出油1.33 g，为清水浸泡的4.3倍。实验所选清洗剂为烷基苯磺酸盐类，为区分不同组分，分别命名为普、靖、沃。在包括清水在内的4种清洗剂中，洗油效果最好的是“普”，在5%的加药浓度时可洗出原油3.10 g，提高加药浓度至10%，洗油量为3.88 g，仅增加了0.78 g。

2）下层滤料剩余油量对比分析。从化验数据看（表1），清洗剂“普”在加药浓度为5%时效果最好，除油率达35.07%。从视觉查看，下层滤料含油量差距明显，清水浸泡的滤料较黑且粘结成块，清洗剂浸泡的滤料疏松，部分已成均匀颗粒。

根据上层污水含油量及下层滤料剩余油量2项对比，清洗剂“普”在5%浓度下，洗出油量大、剩余油量小，清洗效果佳，性价比高，因此作为后续的实验清洗剂。

表1 加药浸泡洗后滤料剩余油量统计表

2.1.2 滤料清洗剂浸泡时间的确定

明确清洗剂型号为“普”，加药浓度5%之后，为确定清洗剂最佳浸泡时间，开展室内实验。首先，量取等质量的相同滤料置于1#、2#、3#烧杯中，振捣压实，1#烧杯加清水浸泡24 h；2#烧杯加浓度为5%的清洗剂“普”浸泡5 h；3#烧杯加浓度为5%的清洗剂“普”浸泡24 h。3个烧杯浸泡过程均置于28℃水浴中；转移3个烧杯的上层污水至广口瓶，取出下层滤料晾晒24 h后置于宣纸上；观察并记录上层污水及下层滤料的状况，并进行数据化验，得出3种结果。

1）直接观察浸泡后滤料，清水浸泡的滤料表面仍存在大量油质，滤料呈黑色，清洗剂浸泡5 h的滤料表面油质明显减少，清洗剂浸泡24 h的滤料清洗效果最好，已有部分呈现原色。

2）观察滤料下摊铺宣纸的粘油情况，承放清水浸泡滤料的宣纸上粘有大量油渍，承放清洗剂浸泡5 h滤料的宣纸上油渍明显减少，放清洗剂浸泡24 h滤料的宣纸上油渍最少。

3）化验数据对比，5%浓度清洗剂浸泡24 h，除油率达到35.07%。

结合生产现场状况，滤罐停运超过24 h会因处理量不均对其余滤罐造成影响，因此24 h为现场最佳浸泡时间。

2.2 中期试验

在室内实验效果明显的基础上，选择杏二十污水站进行现场试验，将前期实验所确定的清洗剂型号、浓度及浸泡时间用于现场实践，开展中期双项现场试验工作，验证室内实验结果。

2.2.1 现场清洗初次试验

为了确保现场清洗试验顺利进行，有必要明确清洗工艺流程、创新清洗操作流程、研制清洗试验专用工具，为滤料清洗现场初次试验工作创造保障条件。因此，现场清洗初次试验按流程操作、按计划分析，成效显著。

1）制定与执行清洗加药流程。为避免清洗剂溢流，在添加清洗剂过程中，必须将流程内所有阀门关严，清洗剂通过泵车经由顶部入孔均匀喷洒到滤料层上。根据现场清洗试验安全、环保等方面需要，制定与执行清洗工艺流程和操作流程：①关闭滤罐进出口阀门，打开排污阀门，排净滤料上层污水，取滤料样本；②关闭排污阀门，将1 t助洗剂通过泵车均匀喷洒在滤料表面，静置24 h，待滤料表面完全润湿；③向滤罐中注入20 m3、70℃左右热水，浸泡24 h，使清洗剂与滤料充分接触，启动搅拌桨搅拌15 min；④打开排污阀门，将上层浊液排出，再向滤罐注入20 m3、70℃左右热水，封罐；⑤关闭排污阀门，进行反冲洗2～3遍；⑥打开排污阀门，将滤料上层液体排净，取滤料样本；⑦关闭排污阀门，将滤罐投运；⑧观察滤料清洗前后变化；⑨跟踪滤罐滤后参数，进行对比分析。

2）研制与应用清洗专用工具。在现场清洗滤料试验过程中，为了提高工作质量和效率，研制与应用了分水器（图1）及开启滤罐专用扳手（图2）。分水器是通过管柱上所钻的孔，将冲击力大的垂向流分散成冲击力小的径向流，利用花洒的方式，通过改变流体流向和减小射流冲击力，减轻了对滤料的损害。开启滤罐入孔专用扳手是解决开启滤罐入孔耗时耗力、难度大的问题。此工具不仅无需调整扳手松紧，而且也避免了螺丝掉落所带来的安全隐患。使用该工具后，可以减少滤罐检修的时间，有效提高滤料清理工作效率。2项专用工具的研制，消除了滤料清洗试验操作中存在的问题，有效降低了劳动强度。

3）记录与分析现场试验结果。取滤料清洗前后样品，经过晾干之后，从表面观察及化验数据两方面进行对比分析。通过表面观察，清洗前滤料板结现象严重，颜色较深，含油较多；清洗后滤料比较松散，含油减少，部分滤料洗出原色（图3）。通过数据分析，原始滤料的剩余油量为5.35 g；而洗后滤料为3.68 g，除油率为31.27%，效果较好。滤罐投运后，进一步跟踪滤罐反冲洗进出口压差，与未清洗一次的其他滤罐进行对比，滤料清洗后的2#滤罐进出口压差为0.010 MPa、3#滤罐进出口压差为0.008 MPa，其他滤罐进出口压差均在0.020 MPa以上，压差下降1倍左右，证明滤罐内滤料的板结状况有了极大的改善。因此，现场初次试验结果是滤料板结状况得到治理，滤后水质含油量、悬浮物量及滤罐进出口压差都得到优化，滤料清洗在现场操作效果明显。

图1 分水器现场安装图

图2 开启滤罐扳手结构图

图3 污水处理系统滤罐滤料清洗前后状况对比图

2.2.2 站内污水替换试验

现场初次试验中采用热水罐车补水的方式，工作量过大且无法达成站内完全自主清洗。探索污水替换可行性，用站内滤后30℃的反冲洗水替代热水罐车的70℃清水进行试验，加药方式及药量等参数不变。统计清洗前后的含油、悬浮物值及除油率、除悬率（表2）。反冲洗水替代70℃清水，除油率平均上升了19.0%，除悬率平均上升了18.3%，仍能得到较好的清洗效果。用站内反冲洗水代替热水罐车，可以大幅降低工作量，既解决了外界因素的束缚，同时实现站内完全自主清洗滤料，对于滤料自主清洗工作，滤罐精细化、系统化管理至关重要。

表2 一次滤罐进出口化验数据对比表

2.3 后期实验

滤料清洗工作虽然见到成效，但清洗试验的主要对象的石英砂与磁铁矿双层结构滤罐，还无法适应核桃壳滤罐及其他结构层滤罐，必须围绕清洗方法优化，不断寻求清洗方法改良，使其具有更广泛的适应性。为此，需围绕滤料清洗方法不断探索与创新，开展后期两项实验工作[5]。

2.3.1 滤料清洗除垢加酸实验

污水处理滤罐中的滤料经过长期过滤，受到各种介质的腐蚀，产生表面结垢现象。针对现场发现的滤料表面结垢难以去除的问题，尝试在清洗时加入酸。针对无机酸对滤料侵蚀严重，复配有机酸（氨基磺酸）进行加酸实验，确定执行3个实验步骤并进行实验结果统计与分析，验证清洗剂加酸的可行性。①同取20 g滤料3份，分别加浓度为1%、3%、5%的氨基磺酸；②观察浸泡过程中的反应效果，发现3%以及5%浓度滤料表面出现较多气泡；③滤料清洗浸泡15 h后烘干称重，比较滤料被有机酸浸泡后质量损失量。从实验现象观察，酸浓度越高，滤料表面生成气泡现象越严重。从质量损失数据上看，酸浓度越高，滤料损失程度也越大，5%浓度时损失比已达3.085%，已对滤料造成损伤。因此，在滤料清洗过程中，进行加酸有助于清除滤料表面附着的垢质，漏出滤料本体，考虑会对滤料造成一定损伤，加酸浓度不宜过大，应控制在1%～3%。在滤罐管理过程中，如果发现垢质严重的滤料，可适当添加有机酸，能够有效保证清洗质量。

图4 污水处理系统不同清洗剂洗后滤料表面状态分析图

2.3.2 核桃壳滤料室内清洗实验

针对以核桃壳滤料为实验材料，相同清洗剂能否适应核桃壳滤料还未知的情况，开展核桃壳滤料的室内清洗实验，进一步扩大滤料清洗方法的适用范围。实验过程同石英砂滤料相同，取等量滤料加不同浓度清洗剂浸泡24 h，观察清洗效果。滤料浸泡24 h后，从表面观察（图4），清水浸泡的滤料明显含油较高，颜色发黑，清洗剂“普”清洗的滤料滤料已成褐色，接近核桃壳滤料的原色，清洗效果明显。从统计数据上看，核桃壳滤料比较容易清洗，清水清洗除油率即可达40.2%，清洗剂“普”的清洗效果更好，5%的加药浓度下除油率可达64.42%，提高加药浓度至10%，除油率可达81.68%，是清水清洗效果的两倍，可做为下步清洗核桃壳滤罐的主要参考依据。

3 结论

2015年以来，第二油矿通过开展油田污水处理质量提升的滤料清洗方法创新与实践，破解了油田注水质量管理源头的污水处理难题，既降低了油田生产成本，获得经济效益409.5万元；还满足了油田环境保护要求、降低了员工劳动强度；更重要的是滤料清洗方法在多座污水站全面推广应用，污水处理后水质持续向好，水质达标率持续保持100%。面对国际油价持续低迷的不利形势，大庆油田的主要对策之一是依靠创新不断驱动质量管理提升。因此，采油矿以油田污水处理质量提升为主线，开展滤料清洗方法的创新与实践，具有量化低成本经营运作、细化生产质量管理、深化环境保护工作的重要意义，有利于油田污水处理质量的提升，有利于油田水驱精细开发工作，有利于油田降本增效活动开展。

[1]刘德绪.油田污水处理工程[M].北京：石油工业出版社,2001.

[2]赵永久.用水动力学方法改善水驱开发效果[J].油气地质与采收率,1996(2)：27-33.

[3]胡 铭.现代质量管理学[M].武汉：武汉大学出版社,2010.

[4]王玉江,王伟华,李 为,等.压力过滤罐滤料再生改造[J].过滤与分离,2002,12(4)：26-27.

[5]盖立成,张荣帅,曹冬梅.深度污水处理站过滤罐收油效果[J].石油石化节能,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，现从事油田地面工程管理工作。

贾 强

2017-09-11