气水反冲洗工艺提高油田采出水过滤器再生效果

夏福军任彦中隋向楠

（1．中国石油大庆油田工程有限公司；2．中国石油大庆油田工程建设有限公司建材公司）

气水反冲洗工艺提高油田采出水过滤器再生效果

夏福军1任彦中1隋向楠2

（1．中国石油大庆油田工程有限公司；2．中国石油大庆油田工程建设有限公司建材公司）

油田采出水中含有的聚合物容易导致颗粒滤料类过滤器中的滤料颗粒黏度升高、附着力增强，甚至形成板结块和滤饼层，难以通过单一的反冲洗方式进行再生。通过试验研究确定使用气水反冲洗再生技术，可有效地解决目前油田实际生产中存在的颗粒滤料污染后再生困难的技术难题，提高过滤后的水质，使滤后水质稳定达标，适应油田开发后期水质发生变化的特点。

油田采出水；过滤器；滤料再生；气水反冲洗

0 引 言

早期油田含油污水处理工艺中使用的颗粒滤料类过滤器，一直采用滤后水直接进行过滤器滤料反冲洗再生的方式，该方式具有工艺流程简单、易于管理等优点。但随着油田开发进入后期阶段，油田采用聚合物驱和三元复合驱等三次采油开采方式后，由于采出水中含有聚合物，颗粒滤料在长期运行过滤后形成的污染层具有黏度高和附着力强的特点，采用单一的水反冲洗再生方式，很难将截留在滤料表面形成的包裹层的污油、杂质及聚合物等成分冲洗掉，滤料无法得到有效恢复，从而使过滤截留性能降低；另外在过滤过程中，污染滤料因水中含有聚合物容易形成板结块和滤饼层，在反冲洗时容易产生滤饼层的局部破裂，增大反冲洗强度，还容易造成垫料和滤料之间混层以及滤料流失等，不能使滤料得到彻底再生，进而影响过滤后水质的质量。因此，需要颗粒滤料反冲洗再生技术，满足油田开发后期水质发生变化的特点，确保油田顺利开发。

1 室内试验

1．1滤料污染试验

称取三种颗粒滤料（石英砂、海绿石、磁铁矿）各20 g装入3个烧杯中，各加入20 g的原油，搅拌至全部成油颗粒滤料，然后用50～75℃自来水进行相同时间的反复冲洗，直至肉眼看表面无污染现象。通过扫描电镜放大100倍的照片可以看出，滤料表面存在许多热水冲洗不掉的污染区块，特别是磁铁矿颗粒表面具有易于黏附杂质的特性，这一特点对于过滤处理是有利的，但是对于反冲洗再生，一旦被污染后再生难度比较大。

将冲洗后的滤料烘干，各称取10 g装入3个脱水瓶，加入汽油，振荡后取萃取液进行分析，比较3种滤料再生程度。结果分析数据见表1。

表1 滤料再生程度对比分析数据

3种新颗粒滤料被原油污染后热水也不能彻底冲洗干净。石英砂再生程度最高，海绿石其次，磁铁矿的再生难度最大。

1．2滤料再生试验

1．2．1再生试验装置及参数

表2 试验滤料和垫料名称、规格及填装高度

室内试验采用Φ200 mm有机玻璃柱装填颗粒滤料进行滤料再生试验，试验装置采用的滤料和垫层［1-3］名称、规格及填装高度见表2。再生试验装置设计有两套管路系统，可以分别实现进气、进水，并在试验装置内分布后进行混合反冲洗再生。

再生试验时水温40℃，再生时间为10 min。再生后取滤料中间部位350 mm处的滤料分析剩余含油量。

1．2．2试验研究及结果分析

1．2．2．1单独水反冲洗再生试验

进行不同强度单独水反冲洗再生试验后，水温40℃滤料表面含油去除率结果见图1。

图1 不同水反冲洗强度滤料再生数据

从图1中可以看出：当水反冲洗强度达到14 L／（s·m2）时，油去除率最高为68．42%，测得滤料剩余含油量为2．47 mg／L；随着反冲洗强度的增加，油去除率不断降低。主要原因是由于反冲洗强度增大，滤料膨胀率增加，滤料颗粒之间的摩擦作用减弱，导致油的去除率降低。

1．2．2．2先气后水单独反冲洗再生试验

先气后水单独反冲洗再生，可以在气洗时先使用反冲洗进水管线进气反冲洗再生，工艺操作简单，过滤器内部，与单独水反冲洗一样，不用另外考虑布气方式。单独气洗的作用是气体进行污染滤料的污染物剥离，后面的水反冲洗只起清洗作用［2，4-6］。水温40℃先气后水单独反冲洗再生试验再生后滤料分析数据见图2。

图2 不同气反冲洗强度滤料再生数据

从图2中可看出：当气反冲洗强度为20 L／（s·m2）时，油的去除率最高达到96．36%；当大于20 L／（s·m2）时，随着强度的增加油去除率逐渐减小。

1．2．2．3气、水混合反冲洗再生试验

气、水管路混合反冲洗再生时，气水在反冲洗进水管线上进行汇合，混合后一同进入过滤器内进行气、水混合反冲洗再生；过滤器内分别布气、布水后混合反冲洗再生，必须在过滤器内分别有各自单独的布气系统和布水系统，才能实现过滤器内单独布气和单独布水，然后一同进行气、水混合反冲洗再生功能。

水温40℃、不同气、水反冲洗强度过滤器内混合滤料再生数据曲线见图3。

图3 不同气、水反冲洗强度过滤器内混合滤料再生数据曲线

从图3中可看出：气、水在过滤器内分别分布后再混合反冲洗再生的去除率都在90%以上，再生效率在94%左右。主要是由于在气、水混合反冲洗过程中，在气、水洗同时作用下的小强度水洗，强化了滤料的流化摩擦作用，并将摩擦下来的污染物及时带走，因此，气、水混合同时反冲洗的去除率较高。气反冲洗强度18 L／（s·m2）和水反冲洗强度4 L／（s·m2）是垫层和滤料混层的临界点，超过这个临界点时滤料加大。

2 现场中试试验

2．1试验工艺流程

依托室内试验结果，在三元217污水试验站开展了采用单独水反冲洗和气水反冲洗再生三元复合驱采出水处理颗粒滤料效果中型现场对比试验，同时使用两组和两级颗粒滤料过滤器，均采用Φ200 mm有机玻璃，其工艺流程见图4。试验期间三元217污水试验站的三元驱油剂含量较高且呈上升状态，分析数据见表3。

2．2反冲洗技术参数

两组颗粒滤料过滤器是在滤料级配相同、试验条件相同（相同进水、相同滤速）条件下开展对比试验。水反冲洗一次过滤器采用反冲洗再生强度16 L／（s·m2），二次过滤器采用反冲洗再生强度13 L／（s·m2）；气水在过滤器内混合反冲洗采用的是气反冲洗再生强度16 L／（s·m2）和水反冲洗再生强度3 L／（s·m2）。

图4 对比试验工艺流程

表3 三元217污水试验站三元驱油剂含量分析 mg／L

2．3结果与分析

2．3．1外观现象

试验过程中发现反冲洗排水回收水箱表面有浮油，单独水反冲洗排水时在水箱表面有一些零星浮油，而在气水反冲洗过滤器的反冲洗排水时水箱表面有一层厚厚的浮油。这说明经气水反冲洗后，滤料在同样污染程度下，气水反冲洗的污油脱落量高于单独水洗的污油脱落量，因此，气水反冲洗的再生效果好于单独水反冲洗。

2．3．2反冲洗排水水质分析

在对比试验过程中，对单独水反冲洗过滤器和气水混合反冲洗过滤器的反冲洗排水进行了取样分析和观察。反冲洗排水水质分析对比数据见图5、图6。

2．3．3污染滤料分析

先后两次对两种不同反冲洗再生方式的一级过滤器开罐，取不同层位滤料进行含油量分析，来检查滤料污染程度，分析数据见表4。

图5 反冲洗过程中排水含油量变化对比

图6 反冲洗过程中累计排出油量变化对比

表4 第一次滤料表面含油量分析数据 mg／g

从表4可看出，单独水反冲洗过滤器内上层滤料残余含油量是气水反冲洗17倍，中层是22倍，下层是23倍。由此可以得出：采用气水反冲洗后滤料表面残余含油量明显小于单独水反冲洗，气水反冲洗的再生能力明显优于单独水反冲洗，可达到彻底再生的目的。

试验连续运行36 d以后，进行了第二次开罐取滤料分析，试验数据见表5。试验中发现单独水反冲洗的一级过滤器滤料的下层和二级过滤器滤料的上层已经明显看到有污油存在。

表5 第二次滤料表面含油量分析数据 mg／g

由表5数据分析可看出：随着运行时间的延长，单独水反冲洗过滤器再生效果差的影响开始体现出来，具体表现为开始出现滤料污染穿透现象。二级过滤器内的上层滤料单独水反冲洗以后的残余含油量是气水反冲洗的56倍，滤料污染开始进入加速阶段。

2．3．4滤料板结现象

在随后的开罐取滤料过程中发现单独水反冲洗一级过滤器的上部和下部滤层中有板结块形成，而气水反冲洗没有发现这一现象。

单独水反冲洗过滤器在滤前水水温30～33℃，反冲洗水水温在20～30℃的低温试验条件下，随着时间的延长有大量板结块生成，说明长期低温水过滤和长期低温水反冲洗对颗粒滤料过滤器的影响很大。

气水反冲洗过滤器由于是在气体上升时产生强力摩擦作用，颗粒滤料上黏附的杂质和污染物被剥落去除，再生恢复出颗粒滤料的干净表面。因此气水反冲洗即使在长期低温水过滤和低温水反冲洗的工艺条件下也不会出现滤料板结现象。

3 结 论

◆无论是先气后水单独反冲洗再生，还是气、水管路混合反冲洗，以及过滤器内分别布气、布水混合反冲洗再生，其再生效果均大大优于单独水反冲洗再生。在反洗水低温条件下，单独水反冲洗除油效率最高只能达到气水反冲洗除油效率的73．2%。

◆气水反冲洗的作用主要是在气流作用下颗粒之间的强烈冲撞和摩擦，能够将颗粒滤料上黏附的杂质和污染物剥落下来，起到关键的摩擦作用，而后段的水冲洗只是起到漂洗作用。

◆三元复合驱采出水在三元驱油剂含量较大时，单独水反冲洗的水力剪切作用和摩擦作用相对较弱，单独水反冲洗只是将滤料层吸附的部分油污和杂质冲下来，对于已经黏附到滤料上的油污和杂质基本没有再生作用。

［1］ 张瑜瑾，刘庆峰，王江，等．过滤器反洗排污方式技术探讨［J］．石油机械，2002，30（6）：4-5，11．

［2］ 王磊波，杨四宝，高学治．滤池气水反冲洗过程中气与水强度关系的确定［J］．供水技术，2010，4（2）：15-18．

［3］ 摆军．多层过滤器反冲洗过程试验研究［J］．过滤与分离，1999，（3）：14-18．

［4］ 扈敏杨．均质过滤与气水反冲洗工艺研究（上）［J］．城市公用事业，2000，14（5）：36-38．

［5］ 扈敏杨．均质过滤与气水反冲洗工艺研究（下）［J］．城市公用事业，2000，14（6）：33-35．

［6］ 国亚东，刘国荣，隋克鹏．深床过滤器部分反冲洗的试验研究［J］．过滤与分离，2005，15（2）：20-22．

1005-3158（2014）04-0042-04

2013-05-29）

（编辑 李娟）

10．3969／j．issn．1005-3158．2014．04．014

夏福军，1987年毕业于扬州工学院，高级工程师，现在中国石油大庆油田工程有限公司水处理与油田化学研究室从事油田含油污水处理工作。通信地址：黑龙江省大庆市让胡路区大庆油田工程有限公司水处理与油田化学研究室，163712