摘 要:三元复合驱采出水粘度高导致现有过滤器滤料板结,形成致密滤饼层,滤料无法彻底清洗,严重影响了过滤效果,出水水质难以达标。鉴于此,本项目开发了适合于高粘度废水处理用过滤器,通过采用桨式搅拌装置破坏滤料表层滤饼层,提高反冲洗效果,实现滤料彻底反冲洗。在大庆油田杏二中污水处理站采用该技术新建两座滤罐,研究了两级过滤处理效果。新建滤罐反冲洗压力维持0·2 mpa以内,水量稳定在400 m3/h以上,解决了滤罐反冲洗憋压、跑料、滤料清洗不彻底问题,保证滤料彻底再生,提高了过滤效果,经二级过滤后出水油痕量,悬浮物在20 mg/L以下,达到油田污水回注标准。
关键词:三元复合驱;搅拌式多介质过滤器;反冲洗
中图分类号:X703. 1文献标识码:A
前言
三次采油过程中,由于注入地层中的碱、表面活性剂、聚合物等化学药剂随采出液一起采出导致采出液成分更趋复杂[1]。碱的和表活剂的存在导致油水乳化严重,破乳难度加大;聚合物导致采出水粘度加大,油水分离难度加大;另外强碱对底层溶蚀作用导致采出液中悬浮物含量增加,出水悬浮物指标很难稳定达标[2]。这些因素的存在致使传统污水处理工艺在处理三元复合驱采出液出水水质难以达标,成为制约三元复合驱技术实施的一个瓶颈。过滤工艺作为油田污水处理的最后一级直接关系到出水水质,因此合适的过滤设备对于不同类型油田污水达标处理有着重要的作用。目前大庆油田复合三元驱采出液处理工艺过滤设备普遍采用的是水驱污水处理用石英砂或双滤料过滤器,由于聚合物的存在水体粘度增加,而普通过滤器再处理含聚污水过程中体现了一系列的不适应,过滤器反冲洗效果无法保证,进而影响了过滤器出水水质,导致污水处理系统出水无法达标[3]。
1 石英砂过滤器处理三元驱污水存在问题及其成因分析
石英砂过滤器作为油田污水处理用主要过滤器对于悬浮固体去除具有较好的效果,但在处理三元复合驱采油污水过程中出现了处理效能下降,过滤器出水难以达标;过滤器反冲洗憋压、过滤器内部元件损坏严重;滤料流失严重,部分滤罐每年需要补充原滤料的1/3等问题。从而导致污水处理系统出水难以达标,影响注水水质,降低油田采收率。
石英砂过滤器运行过程中主要依靠表层滤料截留污染物形成滤饼层提高过滤效果,由于三元驱采出水粘度增加(从0·8mPa·s增加到3·5mPa·s),污染物质和滤料间粘附力增大,原来形成的滤饼层形成了“胶冻状”滤饼。这种滤饼物质之间彼此粘连,极难破碎,反冲洗过程中,成块的滤饼膨胀致使反冲洗出水筛管缝隙堵塞,反冲洗水量减小,压力升高,反冲洗不能进行,影响反冲洗效果,从而导致过滤器出水恶化;长时间高压反冲洗导致筛管破裂,滤料极易从破裂筛管处流失,补料频繁;同时三元驱采油过程中对岩石的溶解作用导致进入污水中悬浮物特别是微小悬浮物赠加,而普通单层滤料反冲洗形成滤料分层现象导致微小悬浮固体难以去除也是导致过滤效果难以达标的原因之一。因此寻找一种高效破碎胶冻状滤饼层的方法对于解决过滤器存在的反冲洗效果差,滤料流失严重有着重要意义。在解决过滤器存在问题的基础上,通过滤层级配提高微小悬浮物的去除效果,实现三元复合驱采油污水达标处理。
2 搅拌式多介质过滤器开发
2. 1 滤罐结构
针对石英砂过滤器存在问题,通过开发搅拌式多介质过滤器,其利用齿状搅拌桨的破坏作用打碎滤料表层的胶冻状滤饼,使滤料上的油污及悬浮物与滤料剥离;在过滤器顶端安装浮油聚集器,以收集过滤器顶端的浮油;增设立式布水和集水系统,使布水更加均匀,并有利于反冲洗出水。搅拌式多介质过滤器结构图见图1。
2. 2 滤料级配
在对滤料结构进行改造的基础上,为了进一步提高过滤器对微小悬浮固体的去除率,将原石英砂过滤器内单一石英砂填料改为磁铁矿和石英砂双料层,实现滤料上粗下细的分配,充分发挥整个料层过滤截流作用,具体填料见表1。
3 应用
为了研究新型滤罐的过滤和反冲洗效果,在大庆油田第四采油厂三元驱污水处理站采用搅拌式多介质过滤器进行了现场试验。
3. 1 滤罐反冲洗效果
搅拌式多介质过滤器可在较低反冲洗强度下将滤料清洗干净,从根本上解决了原石英砂过滤器的滤料板结和滤料流失等问题,同时反冲洗压力升高情况得到了有效改善,从而保证了反冲洗能够提供足够的水量,对于重质滤料,足够的水量是反洗的决定因素,新型过滤器反冲洗压力和水量见图3。从图中可见反冲洗压力稳定,始终维持在0·17 mPa~0·22 mPa之间,同时400 m3/h以上的水量保证了滤料的冲洗。较低的压力有利于设施防护,高强度的水流有利于滤料的反洗,而搅拌强化了滤料脱附所需的脱附力。粘附在滤料表层的油污和悬浮物得到了彻底的清洗,图2表示了滤料的清洗效果,反洗后滤料较之普通过滤器反洗的滤料干净,且彼此分散,说明滤罐反冲洗效果好。同时过滤器反冲洗控制采用了变频控制器,改造后的滤罐反冲洗阻力小,因此反冲洗过程中要达到改造前相同水量条件下,反冲洗水泵功率远远小于改造前,能够降低电能,减少投资。
3. 2 过滤效果研究
为了进一步研究搅拌式多介质过滤器处理效果,在大庆油田采油四厂杏二中污水站进行了新建两座滤罐,分别为一、二级,研究了两级搅拌式多介质过滤器处理效果。其结果如图4、图5所示,从图中可见,来水含油量平均30 mg/L,含悬浮物50 mg/L条件下经微絮凝悬浮污泥工艺处理后其出水含油平均达到1·63 mg/L,含油去除率平均达到90·78%,悬浮物含量平均达到12·09 mg/L,悬浮物去除率平均达到73·31%。其主要原因在于改造后过滤器改善反冲洗效能,能够有效破坏滤料的板结层,降低反冲洗压力,一般反冲洗压力在0·18 mpa~0·22 mpa间,低压力保证了大强度的水洗,同时搅拌作用增加了滤料间的碰撞摩擦,能够将滤料表层粘附的物质冲洗干净,滤料实现彻底反冲洗,干净滤料有利于过滤的进行,从而保证了过滤的效果。
4 结论
搅拌式多介质过滤器有效解决了原有石英砂过滤器存在的反冲洗憋压、跑料的问题,提高了滤后水水质,结论如下:
1、搅拌式多介质过滤器有效解决了原过滤器反冲洗憋压、跑料的问题,同时搅拌作用能有效破坏滤料的板结层,特别在冷输期,提高反冲洗效果,而高效的反冲洗是过滤得以保证的基础。
2、搅拌式多介质过滤提高了过滤精度,总滤后水质含油达到2 mg/L以下,几乎为0。平均油的去除率在99%。悬浮物含量在20 mg/L左右,去除率平均在77%。而未改造罐出水油和悬浮物平均分别为12 mg/L和20 mg/L,改造后油和悬浮物的去除率较之未改造前分别提高10%和50%。
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