大慶油田采出水低溫處理技術

宋承毅 古文革 陳忠喜（大慶油田工程有限公司）

大慶油田采出水低溫處理技術

宋承毅 古文革 陳忠喜（大慶油田工程有限公司）

處理溫度的降低對采出水處理系統影響最大的是濾料再生效果，常規的單獨水反沖洗方式已不能滿足污水低溫處理的生產需要。大慶油田特高含水期實施低溫采出水處理過程中，通過采用核桃殼濾罐變強度反沖洗、砂濾罐氣水反沖洗以及提溫反沖洗等技術進行的試驗，開發出適宜的低溫濾料反沖洗技術和運行參數，解決了制約采出液低溫集輸處理技術推廣應用的瓶頸。研制的高效低溫破乳劑解決了在原油凝固點附近進行油水破乳的技術難題，降低了脫后污水的含油量，實現了低溫條件下的油水分離。

采出水 低溫處理 濾料再生

大慶油田地處寒帶，冬季長達半年，所產原油的 凝 固 點 高達 33～35 ℃ 左 右，由于 油 井 出 油 溫 度普遍低于原油凝固點，其采出液的集輸處理長期采用摻熱水加熱升溫工藝，大量的油田氣被用作燃料氣燒掉。自上世紀80年代中期以來，大慶油田先后在薩南油田、杏南油田、杏北油田、薩北油田、喇嘛甸油田開展了較大規模的油井不加熱集油及采出液低溫集輸與處理技術研究，特別是“十五”期間在薩北油田開展的聯合站系統特高含水采出液低溫集輸處理工藝及其配套技術現場試驗，攻克了油井定量摻低溫水、采出液低溫破乳脫水、含油污水低溫處理的技術難關，形成了一整套低投入、高效益、完善成熟的地面系統低溫運行節氣技術體系，并使該技術的適用范圍逐漸從單井、計量站、轉油站擴大到了油田地面工程系統的最大單元——聯合站 系 統[1]。 其 中 ， 低 溫 污 水 處 理 是 整 個 系 統 的 重 要環節，通過溫度對污水處理系統的影響分析，制定和實施了相應的技術對策，實現了低溫工況下的油田采出水達標處理。

1 溫度的降低對污水處理的影響

由于采出液低溫集輸規模的擴大及溫度界限的降低，致使進入聯合站的采出液溫度越來越低，給污水處理帶來的難度及問題已經越發明顯，污水系統出現來水含油增加、沉降效果變差、濾料污染及過濾罐損壞數量增多現象，甚至出現水質處理不達標。

1.1過濾罐濾料污染加劇

實施低溫污水處理后，連續監測過濾罐反沖洗結束前后的終止壓差和起始壓差變化，在采用低溫水進行一段時間的濾料再生后，壓差呈上升趨勢，試驗數據見圖1。

圖1 過濾壓差變化曲線

可以看出，反沖洗后的過濾起始壓差與試驗前相比明顯增高，說明由于濾料再生不徹底，使得濾罐的起始壓差逐步升高，同時，在經過一個周期的過濾后，過濾終止壓差也相應增高。

另 外 ，杏 南 油 田 2010年 3月 大 面 積推 廣 實 施 低溫集輸與處理技術，7座聯合站所轄的 15座污水站進站溫度降到33～30 ℃，污水水質出現波動，水質不合格情況增多，開罐檢查發現濾料污染和過濾罐損壞現象嚴重。

1.2污水站來水水質變差

大慶薩北油田北Ⅱ-2含油污水處理站處理工藝為二級沉降加一級核桃殼過濾，對比實施低溫含油污水處理前后含油量可以看出，進入低溫處理階段，北Ⅱ-2污水站來水含油量明顯高于試驗前，由試 驗 前 的 平 均 94.0mg/L 增 加 到 146mg/L， 增 加 了55.3%；來水懸浮固體含量也同樣高于試驗前，由試 驗 前 的 平 均 42.1mg/L 增 加 到 61.4mg/L， 增 加 了45.8%。

1.3過濾負荷加重

進入過濾系統的水質與低溫污水處理試驗前相比 ， 進 水 平 均 含 油 量 由 試 驗 前 的 51.6mg/L 增 加 到61.9mg/L， 增 加 了 20.0% ； 進 水 平 均 懸 浮 固 體 含 量由 試 驗 前 的 32.4mg/L 增 加 到 39.6mg/L， 增 加 了22.2%。

2 解決對策

針對低溫污水處理出現的濾料污染嚴重、來水水質變差、過濾負荷加劇等問題，通過長期攻關研究，研制出了高效低溫破乳劑以及適用于核桃殼濾罐的變強度反沖洗技術和適用于石英砂濾罐的氣水反沖洗技術，使制約低溫污水處理的技術難題得以解決。

2.1顆粒濾料的低溫再生技術

2.1.1 變強度反沖洗技術

變強度反沖洗首先是用小沖洗強度，充分發揮濾料間的碰撞摩擦作用，加速濾料間相互摩擦以及表層板結的破碎，使濾料表面的污染物迅速剝離，再利用大強度水沖洗，加強水力剪切作用，進行濾料漂洗，使污染物排出過濾罐。該技術強化了碰撞作用和水力剪切作用，增強了各階段的效果，是單一強度水反沖洗無法做到的。

北 Ⅱ-2 含 油 污 水 處 理 站 共 有 12 座 φ3.2m 核 桃殼過濾罐，在實施低溫運行之前均采用單一強度反沖 洗 ， 即 用 強 度 為 8L/（m2· s）的 濾 后 水 反 洗 20 min，同時輔助機械攪拌。通過近幾年的實際應用發現，采用該反沖洗參數不利于核桃殼濾料的充分流化以及表層板結的破碎，經常出現跑料現象，影響了濾料的再生質量和出水水質。因此，在實施低溫運行之后，對該站的核桃殼過濾罐進行了參數調整，采用變強度方式進行濾料反沖洗，調整后的反沖 洗 參 數 為 ： 前 15min 用 強 度 為 3.5L/（m2·s）的濾后水反洗，同時輔助機械攪拌；然后，關閉機械攪 拌 ， 用 強 度 為 7L/（m2· s）的 濾 后 水 反 洗 15 min。

反沖洗參數調整后，過濾周期結束后板結的濾層得以充分破碎和流化，避免了濾料由于膨脹高度過大造成的跑料現象，試驗取得了較好的效果。

試驗結果表明，采用調整后的反沖洗參數，由于每一次的反洗效果較徹底，使每一次濾料再生后的起始壓差均能降到一個較低的水平（低溫過濾運行 4 個 半 月 ， 起 始 壓 差 均 保 持 在 10kPa以 下）。 說明采用先小強度反洗后再大強度反洗的核桃殼濾料再生工藝，可以解決核桃殼正常過濾狀況下的低溫濾料再生問題。

2.1.2 氣水反沖洗技術

氣水反沖洗再生方式是用高速的氣體沖擊剝落和去除粘附在濾料上的污染物，同時高速的氣體能夠徹底擊碎濾料污染塊，將擊碎的破碎污染物沖起來帶出罐外；因此氣水反沖洗再生能夠去除污染濾料上的表面粘附物，且具有溫度影響小的特點。

圖2是采油二廠南五區三元污水處理站污染濾料采用常規水洗再生烘干后的照片，濾料呈整體團塊狀態，說明濾料沒有達到再生效果；圖3是南五區氣水反沖洗再生后的濾料烘干照片，濾料呈現流砂狀態，濾料再生徹底。

圖2 常規水洗烘干后的濾料

圖3 氣水反洗烘干后的濾料

南五區三元污水處理站用常規水洗再生一年以上已經嚴重污 染 （污 染 成 分 總 量 占 濾 料 的 14.7%）的濾料，再經過15次氣水反沖洗后，污染濾料中的核心成分非濾料粉末狀物質和有機物大幅度減少，見表1。

可見，氣水反沖洗技術可有效解決砂濾罐反沖洗不徹底的難題，是低溫濾料再生的關鍵技術之一。

表1 二種再生方式的濾料污染成分分析數據

2.1.3 提溫反沖洗技術

單 獨 將 反 沖 洗 水 由 低 溫 30～35 ℃ 升 高 到60℃，對過濾濾料進行提溫熱洗，提溫反沖洗試驗情況見表2。

表2 濾料提溫熱洗（60 ℃）和常規反沖洗（40 ℃）濾料分析數據

數據表明，常規反沖洗前后濾料含油量下降0.34%， 去 除 率 僅 為 3.34% ， 含 雜 量 下 降 0.42%， 去除 率 為 11.57%，濾 料 再 生 效 果 差，說明 反 沖 洗 時 油污和雜質仍粘附在濾料上，且不能隨反沖洗水一起外排。而提溫熱洗后，濾料含油量、含雜量分別下降 7.32% 、 1.77% ， 去 除 率 分 別 為 74.4% 和 55.1% ，與常規反沖洗相比，濾料含油量、含雜量去除率分別 提 高 了 71.1%和 43.5%。

濾料的提溫反沖洗適用于核桃殼、石英砂、纖維球等各種類型過濾罐的低溫濾料再生。

2.2高效低溫破乳劑的研制

近年來國內外研發的低溫破乳劑多數是針對稠油低溫脫水開展的，而針對石蠟基原油研發的低溫破乳劑較少，特別是圍繞高含水采出液和接近原油凝固點的低溫破乳劑還沒有研發出來。因此，高效低溫破乳劑的研制對降低大慶油田低溫脫水聯合站或轉油站原油脫水溫度和破乳劑用量，以及降低原油脫水生產成本具有重要意義。

該低溫破乳劑是針對石蠟基原油研制的，是一種適用于高含水原油采出液的低溫型原油破乳劑，該劑主要由多種表面活性劑復合而成，低溫條件下具有良好的潤濕性能和足夠的絮凝與聚結能力，能在低溫條件下較快地分散到高含水原油采出液中，從而達到快速破乳和油水分離的效果。現場試驗結果 表 明 ， 破 乳 溫 度 由 40 ℃ 降 至 35 ℃ 左 右 ， 在 保 持加藥量不變的情況下，游離水脫除水相含油量降到平均 219mg/L， 油 相含水量 6%，外 輸 油 含水量 平均值 0.18%，各項脫水技術指標合格，取得了較好的脫水效果和經濟效益。

2.3優化系統運行

1）破乳劑 加 藥點前 移，提 高 破乳效 果 。在 破乳劑投加量不變的基礎上，將破乳劑加藥點遷移至轉油站，通過管道破乳，延長破乳時間，提高破乳效果，以改善污水站來水水質，降低污水處理難度。

2）適量投加絮凝劑，提高沉降和過濾效果。由于污水中細小的懸浮固體增多，過濾罐的截留作用相對變差，通過在污水沉降處理段投加一定量的絮凝劑，使污水中的細小微粒通過絮凝的吸附、捕捉、電中和等作用，形成微絮狀物，以增加污水中懸浮固體的顆粒粒徑，進而提高沉降分離效果；同時，進入后續過濾后，形成微絮凝過濾，通過提高濾層過濾精度，達到改善過濾效果的目的。

3）根據濾 料 污染狀 況，調 整 反沖洗 次 數。 由于實施低溫污水處理后，過濾負荷加劇，濾料污染的可能性加大，可根據濾層壓差的變化，縮短濾料反沖洗周期，加密反沖洗次數。若濾料污染嚴重，可在反沖洗水中投加濾料清洗劑，實施濾料化學再生，但投加濾料清洗劑將對出水水質產生不利影響。

4）加強沉降設備收油管理，提高沉降空間。實施低溫污水處理后，由于系統運行溫度在原油凝固點附近，造成沉降設備收油困難，特別是在冬季運行時，收油更加困難。因此，應利用夏季運行的有利條件，及時收油；冬季運行時，根據油層厚度，可適當提溫收油，以減少油層厚度，保證油水分離的有效空間。

3 結論

1）通過多 年 科研攻 關和工 業 化現場 試 驗， 大慶油田形成了一整套低溫采出水處理工藝技術，使含 油 污 水 由 40 ℃ 左 右 降 至 34～36 ℃ ， 利 用 現 有 工藝條件通過簡單的工藝改造，實現油田采出水在原油凝固點附近的低溫達標處理。

2）通過過 濾 罐反沖 洗系統 改 造，采 用 變強 度反沖洗、氣水反沖洗以及提溫反沖洗等技術，使各類過濾罐滿足低溫運行及低溫再生的需求。

3）研 制 的低 溫 破 乳 劑 DE1036 解 決了 在 原 油 凝固點附近進行油水破乳的技術難題，降低了脫后污水的含油量，實現了低溫條件下的油水分離。同時，通過破乳劑加藥點前移至轉油站，增加了破乳時間，提高了破乳效果。

4）通 過 適量投 加 絮凝劑 ， 在提 高 沉降分 離 效果的同時，在過濾罐形成微絮凝過濾，提高了過濾精度，改善了過濾效果。

[1]宋承毅,古文革,舒志明.大慶油田采出液低溫集輸處理工藝技術研究與應用[J].石油石化節能,2012,2(12):8.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.006.001

2013-03-02）

宋承毅，教授級高級工程師，1982年畢業于華東石油學院油氣儲運專業，獲學士學位，1997年畢業于大慶石油學院化工機械專業，獲碩士學位，中國石油天然氣集團公司高級技術專家 ， 長 期 從 事 采 出 液 低 溫 集 輸 與 處 理 工 藝 技 術 研 究 工 作 ， E-mail：songchengyi@petrochina.com.cn， 地 址 ： 黑 龍 江 省 大 慶 市 讓 胡 路 區 西苑街42號，163712。