付立群，楊 浩，馬 亮，盧軼寬

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司 天津 300451)

0 引言

渤海N 油田于2007 年投產(chǎn)，經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行，設(shè)備的實(shí)際情況與ODP 設(shè)計(jì)出現(xiàn)了偏差，存在優(yōu)化的空間。為了激發(fā)員工思考和解決平臺(tái)難點(diǎn)問(wèn)題的積極性和可能性，于2020 年成立攻關(guān)小組。

渤海N 油田CEPa 平臺(tái)共有2 套污水處理系統(tǒng)，一套污水處理系統(tǒng)處理A平臺(tái)、D平臺(tái)原油分離出來(lái)的污水約6 000 m3/d，另外一套污水處理系統(tǒng)處理水源井產(chǎn)水約1 500 m3/d。2 套污水經(jīng)過(guò)處理之后混合進(jìn)入注水緩沖罐隨之注入注水井。目前污水系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題是懸浮物較多且粒徑較大，粒徑中值普遍大于3 μm。該大粒徑懸浮物注入地層會(huì)造成地層孔隙堵塞，注水不平衡，注水量減少等。

A、D 平臺(tái)污水處理設(shè)備經(jīng)多年運(yùn)行，處理效果和當(dāng)年ODP 設(shè)計(jì)出現(xiàn)了一定的偏差，為保證流程正常運(yùn)行處理效果達(dá)到ODP 設(shè)計(jì)值，通過(guò)對(duì)污水系統(tǒng)管理制度創(chuàng)新、優(yōu)化核桃殼操作程序、更換篩管、改造設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)、改型化學(xué)藥劑等治理手段和方法，將粒徑中值降低為標(biāo)準(zhǔn)值，切實(shí)提高了注水水質(zhì)。

1 課題選擇

粒徑中值是從樣品中選取的一個(gè)粒徑值，如果大于此粒度值的顆粒數(shù)占50%，小于此粒度值的顆粒數(shù)也占50%，就稱(chēng)這個(gè)粒度值為粒徑中值。粒度是指顆粒尺度的大小，通常球體顆粒的粒度用直徑表示，立方顆粒的粒度用邊長(zhǎng)表示。對(duì)不規(guī)則的顆粒，可將與該顆粒有相同行為的某一球體直徑作為該顆粒的等效直徑。粒度常用D50、D97、比表面積等指標(biāo)表示。

小組成員對(duì)污水系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備取樣分別測(cè)得各樣品粒徑中值數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1、表2、圖1。

表1 WHPD平臺(tái)各設(shè)備粒徑中值數(shù)據(jù)表Tab.1 Data of median particle size of each equipment on WHPD platform

表2 CEPA平臺(tái)各設(shè)備粒徑中值數(shù)據(jù)表Tab.2 Data of median particle size of each equipment on CEPA platform

圖1 粒徑中值柱狀圖Fig.1 Histogram of median particle size

從圖1 可以看出D平臺(tái)污水設(shè)備處理效果無(wú)法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)粒徑中值要求。對(duì)該情況進(jìn)行調(diào)查研究，平臺(tái)的污水系統(tǒng)存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：

①污水系統(tǒng)化學(xué)藥劑選型不合理、加注點(diǎn)和加注方式不合理。最初污水系統(tǒng)清水劑為05 型號(hào)，注入點(diǎn)為斜板除油器，油基清水劑為16A型號(hào)，注入點(diǎn)為生產(chǎn)計(jì)量管匯，2 種藥劑混加有可能造成懸浮物增加，故通過(guò)藥劑換型和改變化學(xué)藥劑注入點(diǎn)的方法降低粒徑中值。

②污水系統(tǒng)管理制度落后。最初油礦處理的污水只有本平臺(tái)初始ODP 設(shè)計(jì)產(chǎn)量，后來(lái)由于產(chǎn)量增加，A 平臺(tái)增加了氣浮選器，又增加了D 平臺(tái)污水處理設(shè)備，停用A 平臺(tái)水力旋流器。針對(duì)該設(shè)備的更新和舊設(shè)備的停用，需要制定新的管理制度，重點(diǎn)設(shè)備重點(diǎn)監(jiān)控。

③優(yōu)化核桃殼操作程序。污水流程經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行，WHPD 平臺(tái)核桃殼控制程序出現(xiàn)了較大改動(dòng)，包括反洗、收油、過(guò)濾充水等步驟暫時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)功能，WHPD 平臺(tái)核桃殼過(guò)濾器收油目前靠臨時(shí)管線，收油過(guò)程對(duì)人工依賴(lài)較大，且收到的油要經(jīng)過(guò)溝槽和開(kāi)排，排量受到限制。

④核桃殼篩管的空隙過(guò)大。篩管空隙過(guò)大會(huì)造成濾料漏失，水質(zhì)中出現(xiàn)很多懸浮物，空隙過(guò)小會(huì)使得核桃殼堵塞壓差過(guò)大。故對(duì)于空隙的選擇應(yīng)該經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行校對(duì)，找到最合適的孔隙值。

⑤改變?cè)O(shè)備內(nèi)部構(gòu)造。目前A 平臺(tái)污水流程設(shè)備結(jié)構(gòu)存在如下問(wèn)題：斜板除油器處理能力已達(dá)瓶頸，內(nèi)部結(jié)構(gòu)相比D 平臺(tái)斜板差距較大，還有改造空間；氣浮選器刮渣機(jī)故障，底部由于是平底，排污受到局限。D 平臺(tái)污水設(shè)備結(jié)構(gòu)存在如下問(wèn)題：注水緩沖罐收油效果不理想；開(kāi)排泵和閉排泵經(jīng)常需要清洗濾網(wǎng)，清罐的頻率跟不上泥沙沉積的速度。

2 研究目標(biāo)

2.1 設(shè)定目標(biāo)

經(jīng)過(guò)小組討論和公司決策設(shè)定目標(biāo)，將污水所含顆粒物粒徑中值降低至2.5 μm 以下。

2.2 目標(biāo)制定依據(jù)

根據(jù)作業(yè)公司各個(gè)同期建立的油礦污水粒徑中值對(duì)比，本油田污水粒徑中值還有下降的空間。同時(shí)目前海洋環(huán)境保護(hù)是重中之重，油田污水回注應(yīng)該滿足回注標(biāo)準(zhǔn)，降低顆粒物粒徑，防止堵塞孔隙流道，保護(hù)海洋環(huán)境，提升注水質(zhì)量。

3 要因確認(rèn)及對(duì)策實(shí)施

通過(guò)對(duì)7 條末端因素進(jìn)行分析整理，明確了確認(rèn)內(nèi)容、方法、標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)內(nèi)容總結(jié)如表3 所示[1]。

表3 注水粒徑中值影響因素分析Tab.3 Analysis of influencing factors of median particle size in reinjection water

針對(duì)確定的要因“化學(xué)藥劑影響”“化學(xué)藥劑注入點(diǎn)影響”“污水系統(tǒng)管理制度”“核桃殼過(guò)濾器操作步驟影響”“核桃殼篩管孔隙影響”“核桃殼過(guò)濾器濾料粒徑影響”，分別提出了對(duì)策方案。

3.1 化學(xué)藥劑影響

先停止清水劑05 型號(hào)運(yùn)行一段時(shí)間，再停止清水劑378 型號(hào)運(yùn)行一段時(shí)間，對(duì)比粒徑中值數(shù)值，并進(jìn)行取舍。

在要因分析中，對(duì)2 種藥劑進(jìn)行混合添加實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證結(jié)果顯示2 種化學(xué)藥劑會(huì)產(chǎn)生沉淀，故采取分別停止其中一種化學(xué)藥劑的方法運(yùn)行并進(jìn)行對(duì)比。先停止清水劑378 型號(hào)，只投入清水劑05 型號(hào)，記錄數(shù)據(jù)如表4 所示；后停止清水劑05 型號(hào)，只投入清水劑378 型號(hào)藥劑，記錄數(shù)據(jù)如表5 所示。

表4 粒徑中值對(duì)比表(μm)Tab.4 Comparison of median particle size

表5 粒徑中值對(duì)比表(μm)Tab.5 Comparison of median particle size

結(jié)果顯示，只投入清水劑378 型號(hào)藥劑運(yùn)行一周后，注入水粒徑中值基本能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)水平，較為穩(wěn)定，效果明顯，達(dá)到對(duì)策目標(biāo)。

3.2 化學(xué)藥劑注入點(diǎn)影響

A 平臺(tái)污水系統(tǒng)改造利用閑置的化學(xué)藥劑罐體和管線注入斜板除油器和氣浮選器，檢測(cè)污水系統(tǒng)粒徑中值。

對(duì)A 平臺(tái)化學(xué)藥劑罐3617 和3618 進(jìn)行清罐作業(yè)，加入清水劑378 型號(hào)藥劑，調(diào)整注入濃度，對(duì)比只在D 平臺(tái)加入清水劑378 型號(hào)粒徑中值是否有所降低。實(shí)驗(yàn)階段清水劑378 型號(hào)注入A 平臺(tái)化學(xué)藥劑的濃度如表6 所示。

表6 化學(xué)藥劑濃度對(duì)照表Tab.6 Comparison of chemical concentration

從表6 可以看出，只投入清水劑378 型號(hào)藥劑運(yùn)行一周后，注入水粒徑中值基本能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)水平，較為穩(wěn)定，效果明顯，達(dá)到對(duì)策目標(biāo)。后期會(huì)調(diào)整D 平臺(tái)清水劑378 型號(hào)化學(xué)藥劑注入點(diǎn)，并在注水緩沖罐增加注入點(diǎn)，以進(jìn)一步降低注入水粒徑中值。

3.3 污水系統(tǒng)管理制度

摸索新的管理制度，優(yōu)化技能培訓(xùn)，以老帶新等實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)傳幫帶。

在技能培訓(xùn)方面，針對(duì)目前污水處理流程中設(shè)備存在的問(wèn)題進(jìn)行歸納匯集，如對(duì)于目前核桃殼過(guò)濾器存在的問(wèn)題，在操作方法上進(jìn)行改進(jìn)，制作課件和操作視頻，規(guī)范操作程序。

在以老帶新方面，發(fā)揮老員工和高技能員工的作用，對(duì)老員工以老帶新傳授經(jīng)驗(yàn)實(shí)施績(jī)效鼓勵(lì)，對(duì)新員工污水系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)進(jìn)行定期考核，對(duì)于能夠降低粒徑中值的員工給予績(jī)效鼓勵(lì)。

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間對(duì)管理制度的更新，班組的污水治理能力得到顯著提升。

3.4 核桃殼過(guò)濾器操作步驟影響

對(duì)A 平臺(tái)和D 平臺(tái)進(jìn)行核桃殼改造，解決出現(xiàn)的收油和反洗的問(wèn)題，重新調(diào)整反洗時(shí)間和步驟。

①A 平臺(tái)和D 平臺(tái)核桃殼過(guò)濾器收油管線需要外委施工來(lái)改造，目前項(xiàng)目已經(jīng)提上日程，針對(duì)收油管線堵塞問(wèn)題已經(jīng)接入臨時(shí)旁通管線。

②對(duì)反洗時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行重新調(diào)整，如表7 所示。

表7 核桃殼反洗時(shí)長(zhǎng)調(diào)整表Tab.7 Backwashing time adjustment of walnut shell filter

反洗時(shí)長(zhǎng)的調(diào)整對(duì)于降低粒徑中值起到了一定作用，配合其他措施的推進(jìn)，降低注水粒徑中值取得了顯著效果。

3.5 核桃殼篩管孔隙影響

針對(duì)核桃殼篩管孔隙影響，采取更換新的大目數(shù)篩網(wǎng)的辦法，運(yùn)行一段時(shí)間后驗(yàn)證效果[3]。

“目”是指每平方英寸篩網(wǎng)上的孔眼數(shù)，如5 000 目是指每平方英寸上的孔眼是5 000 個(gè)。目數(shù)越高，孔眼越多，它同時(shí)表示能夠通過(guò)篩網(wǎng)的粒徑，目數(shù)越高，粒徑越小。

粉體顆粒大小稱(chēng)顆粒粒度。由于顆粒形狀很復(fù)雜，通常由篩分粒度、沉降粒度、等效體積粒度、等效表面積粒度表示。篩分粒度就是顆?？梢酝ㄟ^(guò)篩網(wǎng)的篩孔尺寸，以1 in(25.4 mm)寬度的篩網(wǎng)內(nèi)的篩孔數(shù)表示，通過(guò)計(jì)算可知若想達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)粒徑中值水平，選擇篩網(wǎng)的目數(shù)至少在5 000 目。

選取5 000 目篩網(wǎng)裝入A 平臺(tái)和D 平臺(tái)核桃殼過(guò)濾器運(yùn)行一段時(shí)間得到粒徑中值如表8 所示，可以看出更換目數(shù)大的篩網(wǎng)取得了顯著效果。

表8 目數(shù)與粒徑中值對(duì)比表Tab.8 Comparison of mesh number and median particle size

3.6 桃殼過(guò)濾器濾料粒徑影響

更換符合要求的濾料級(jí)配粒徑，增強(qiáng)過(guò)濾效果。分別選取各種直徑的濾料進(jìn)行搭配使用，不同濾料粒徑對(duì)應(yīng)的粒徑中值如表9 所示。可以看出選取小粒徑的濾料會(huì)有效降低粒徑中值，效果明顯且長(zhǎng)期有效[3]。

表9 濾料與粒徑中值對(duì)比表Tab.9 Comparison of filter media and median particle size

4 效果確認(rèn)

4.1 檢查目標(biāo)完成情況

此項(xiàng)目完成于2021 年1 月初，通過(guò)以上方法改進(jìn)技術(shù)和運(yùn)行1 個(gè)月后，記錄參數(shù)如圖2 所示?？煽闯龈脑旌?，運(yùn)行一段時(shí)間粒徑中值成功穩(wěn)定在2.5 μm 左右。待后期完成外委施工之后，再進(jìn)行日常監(jiān)測(cè)。

圖2 粒徑中值柱狀圖Fig.2 Histogram of median particle size

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

本次改造需要外委施工，改造總成本5 萬(wàn)元。

由于對(duì)策效果明顯，注水水質(zhì)得到了明顯提升，間接減少了注水井維修的次數(shù)，維護(hù)了區(qū)域地層的壓力平衡，保持了注水推進(jìn)速度，為油田穩(wěn)產(chǎn)提供了強(qiáng)勁動(dòng)力。以3 年為期減少油井酸化頻率，預(yù)計(jì)降本增效的收益至少50 萬(wàn)元。

效益：50 萬(wàn)元(收益)-5 萬(wàn)元(成本)＝45 萬(wàn)元

4.3 環(huán)保效益

此次活動(dòng)實(shí)現(xiàn)了注入生產(chǎn)水粒徑中值降低至2.5 μm，為海洋環(huán)境保護(hù)做出了貢獻(xiàn)。

5 后續(xù)措施

通過(guò)對(duì)成果進(jìn)行總結(jié)，制定了《污水系統(tǒng)操作手冊(cè)》，更新了員工績(jī)效激勵(lì)制度，旨在使此次改造成果得到長(zhǎng)期保持。

為跟蹤鞏固效果，對(duì)油田污水處理后形成的注入水進(jìn)行粒徑中值檢測(cè)，結(jié)果如表10 所示。

從表10 可以看出，對(duì)策實(shí)施后注入生產(chǎn)水基本上粒徑中值未超過(guò)2.5 μm，效果顯著。