渤海N油田降低回注水悬浮物粒径中值的实践探索

付立群，杨 浩，马 亮，卢轶宽

(中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津 300451)

0 引言

渤海N 油田于2007 年投产，经过多年的运行，设备的实际情况与ODP 设计出现了偏差，存在优化的空间。为了激发员工思考和解决平台难点问题的积极性和可能性，于2020 年成立攻关小组。

渤海N 油田CEPa 平台共有2 套污水处理系统，一套污水处理系统处理A平台、D平台原油分离出来的污水约6 000 m3/d，另外一套污水处理系统处理水源井产水约1 500 m3/d。2 套污水经过处理之后混合进入注水缓冲罐随之注入注水井。目前污水系统存在的主要问题是悬浮物较多且粒径较大，粒径中值普遍大于3 μm。该大粒径悬浮物注入地层会造成地层孔隙堵塞，注水不平衡，注水量减少等。

A、D 平台污水处理设备经多年运行，处理效果和当年ODP 设计出现了一定的偏差，为保证流程正常运行处理效果达到ODP 设计值，通过对污水系统管理制度创新、优化核桃壳操作程序、更换筛管、改造设备内部结构、改型化学药剂等治理手段和方法，将粒径中值降低为标准值，切实提高了注水水质。

1 课题选择

粒径中值是从样品中选取的一个粒径值，如果大于此粒度值的颗粒数占50%，小于此粒度值的颗粒数也占50%，就称这个粒度值为粒径中值。粒度是指颗粒尺度的大小，通常球体颗粒的粒度用直径表示，立方颗粒的粒度用边长表示。对不规则的颗粒，可将与该颗粒有相同行为的某一球体直径作为该颗粒的等效直径。粒度常用D50、D97、比表面积等指标表示。

小组成员对污水系统各个设备取样分别测得各样品粒径中值数据，见表1、表2、图1。

表1 WHPD平台各设备粒径中值数据表Tab.1 Data of median particle size of each equipment on WHPD platform

表2 CEPA平台各设备粒径中值数据表Tab.2 Data of median particle size of each equipment on CEPA platform

图1 粒径中值柱状图Fig.1 Histogram of median particle size

从图1 可以看出D平台污水设备处理效果无法达到标准粒径中值要求。对该情况进行调查研究，平台的污水系统存在以下几个方面的问题：

①污水系统化学药剂选型不合理、加注点和加注方式不合理。最初污水系统清水剂为05 型号，注入点为斜板除油器，油基清水剂为16A型号，注入点为生产计量管汇，2 种药剂混加有可能造成悬浮物增加，故通过药剂换型和改变化学药剂注入点的方法降低粒径中值。

②污水系统管理制度落后。最初油矿处理的污水只有本平台初始ODP 设计产量，后来由于产量增加，A 平台增加了气浮选器，又增加了D 平台污水处理设备，停用A 平台水力旋流器。针对该设备的更新和旧设备的停用，需要制定新的管理制度，重点设备重点监控。

③优化核桃壳操作程序。污水流程经过多年的运行，WHPD 平台核桃壳控制程序出现了较大改动，包括反洗、收油、过滤充水等步骤暂时无法实现自动功能，WHPD 平台核桃壳过滤器收油目前靠临时管线，收油过程对人工依赖较大，且收到的油要经过沟槽和开排，排量受到限制。

④核桃壳筛管的空隙过大。筛管空隙过大会造成滤料漏失，水质中出现很多悬浮物，空隙过小会使得核桃壳堵塞压差过大。故对于空隙的选择应该经过多次实验进行校对，找到最合适的孔隙值。

⑤改变设备内部构造。目前A 平台污水流程设备结构存在如下问题：斜板除油器处理能力已达瓶颈，内部结构相比D 平台斜板差距较大，还有改造空间；气浮选器刮渣机故障，底部由于是平底，排污受到局限。D 平台污水设备结构存在如下问题：注水缓冲罐收油效果不理想；开排泵和闭排泵经常需要清洗滤网，清罐的频率跟不上泥沙沉积的速度。

2 研究目标

2.1 设定目标

经过小组讨论和公司决策设定目标，将污水所含颗粒物粒径中值降低至2.5 μm 以下。

2.2 目标制定依据

根据作业公司各个同期建立的油矿污水粒径中值对比，本油田污水粒径中值还有下降的空间。同时目前海洋环境保护是重中之重，油田污水回注应该满足回注标准，降低颗粒物粒径，防止堵塞孔隙流道，保护海洋环境，提升注水质量。

3 要因确认及对策实施

通过对7 条末端因素进行分析整理，明确了确认内容、方法、标准，相关内容总结如表3 所示[1]。

表3 注水粒径中值影响因素分析Tab.3 Analysis of influencing factors of median particle size in reinjection water

针对确定的要因“化学药剂影响”“化学药剂注入点影响”“污水系统管理制度”“核桃壳过滤器操作步骤影响”“核桃壳筛管孔隙影响”“核桃壳过滤器滤料粒径影响”，分别提出了对策方案。

3.1 化学药剂影响

先停止清水剂05 型号运行一段时间，再停止清水剂378 型号运行一段时间，对比粒径中值数值，并进行取舍。

在要因分析中，对2 种药剂进行混合添加实验，验证结果显示2 种化学药剂会产生沉淀，故采取分别停止其中一种化学药剂的方法运行并进行对比。先停止清水剂378 型号，只投入清水剂05 型号，记录数据如表4 所示；后停止清水剂05 型号，只投入清水剂378 型号药剂，记录数据如表5 所示。

表4 粒径中值对比表(μm)Tab.4 Comparison of median particle size

表5 粒径中值对比表(μm)Tab.5 Comparison of median particle size

结果显示，只投入清水剂378 型号药剂运行一周后，注入水粒径中值基本能达到标准水平，较为稳定，效果明显，达到对策目标。

3.2 化学药剂注入点影响

A 平台污水系统改造利用闲置的化学药剂罐体和管线注入斜板除油器和气浮选器，检测污水系统粒径中值。

对A 平台化学药剂罐3617 和3618 进行清罐作业，加入清水剂378 型号药剂，调整注入浓度，对比只在D 平台加入清水剂378 型号粒径中值是否有所降低。实验阶段清水剂378 型号注入A 平台化学药剂的浓度如表6 所示。

表6 化学药剂浓度对照表Tab.6 Comparison of chemical concentration

从表6 可以看出，只投入清水剂378 型号药剂运行一周后，注入水粒径中值基本能达到标准水平，较为稳定，效果明显，达到对策目标。后期会调整D 平台清水剂378 型号化学药剂注入点，并在注水缓冲罐增加注入点，以进一步降低注入水粒径中值。

3.3 污水系统管理制度

摸索新的管理制度，优化技能培训，以老带新等实践经验传帮带。

在技能培训方面，针对目前污水处理流程中设备存在的问题进行归纳汇集，如对于目前核桃壳过滤器存在的问题，在操作方法上进行改进，制作课件和操作视频，规范操作程序。

在以老带新方面，发挥老员工和高技能员工的作用，对老员工以老带新传授经验实施绩效鼓励，对新员工污水系统运行维护进行定期考核，对于能够降低粒径中值的员工给予绩效鼓励。

经过一段时间对管理制度的更新，班组的污水治理能力得到显著提升。

3.4 核桃壳过滤器操作步骤影响

对A 平台和D 平台进行核桃壳改造，解决出现的收油和反洗的问题，重新调整反洗时间和步骤。

①A 平台和D 平台核桃壳过滤器收油管线需要外委施工来改造，目前项目已经提上日程，针对收油管线堵塞问题已经接入临时旁通管线。

②对反洗时长进行重新调整，如表7 所示。

表7 核桃壳反洗时长调整表Tab.7 Backwashing time adjustment of walnut shell filter

反洗时长的调整对于降低粒径中值起到了一定作用，配合其他措施的推进，降低注水粒径中值取得了显著效果。

3.5 核桃壳筛管孔隙影响

针对核桃壳筛管孔隙影响，采取更换新的大目数筛网的办法，运行一段时间后验证效果[3]。

“目”是指每平方英寸筛网上的孔眼数，如5 000 目是指每平方英寸上的孔眼是5 000 个。目数越高，孔眼越多，它同时表示能够通过筛网的粒径，目数越高，粒径越小。

粉体颗粒大小称颗粒粒度。由于颗粒形状很复杂，通常由筛分粒度、沉降粒度、等效体积粒度、等效表面积粒度表示。筛分粒度就是颗粒可以通过筛网的筛孔尺寸，以1 in(25.4 mm)宽度的筛网内的筛孔数表示，通过计算可知若想达到标准粒径中值水平，选择筛网的目数至少在5 000 目。

选取5 000 目筛网装入A 平台和D 平台核桃壳过滤器运行一段时间得到粒径中值如表8 所示，可以看出更换目数大的筛网取得了显著效果。

表8 目数与粒径中值对比表Tab.8 Comparison of mesh number and median particle size

3.6 桃壳过滤器滤料粒径影响

更换符合要求的滤料级配粒径，增强过滤效果。分别选取各种直径的滤料进行搭配使用，不同滤料粒径对应的粒径中值如表9 所示。可以看出选取小粒径的滤料会有效降低粒径中值，效果明显且长期有效[3]。

表9 滤料与粒径中值对比表Tab.9 Comparison of filter media and median particle size

4 效果确认

4.1 检查目标完成情况

此项目完成于2021 年1 月初，通过以上方法改进技术和运行1 个月后，记录参数如图2 所示。可看出改造后，运行一段时间粒径中值成功稳定在2.5 μm 左右。待后期完成外委施工之后，再进行日常监测。

图2 粒径中值柱状图Fig.2 Histogram of median particle size

4.2 经济效益

本次改造需要外委施工，改造总成本5 万元。

由于对策效果明显，注水水质得到了明显提升，间接减少了注水井维修的次数，维护了区域地层的压力平衡，保持了注水推进速度，为油田稳产提供了强劲动力。以3 年为期减少油井酸化频率，预计降本增效的收益至少50 万元。

效益：50 万元(收益)-5 万元(成本)＝45 万元

4.3 环保效益

此次活动实现了注入生产水粒径中值降低至2.5 μm，为海洋环境保护做出了贡献。

5 后续措施

通过对成果进行总结，制定了《污水系统操作手册》，更新了员工绩效激励制度，旨在使此次改造成果得到长期保持。

为跟踪巩固效果，对油田污水处理后形成的注入水进行粒径中值检测，结果如表10 所示。

从表10 可以看出，对策实施后注入生产水基本上粒径中值未超过2.5 μm，效果显著。