[发明专利]含聚污水过滤‐反冲洗参数优化设计装置及优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚合物驱油田地面配套工艺中，基于多介质级配过滤进行含聚采出水的深度处理技术，具体涉及含聚污水过滤‐反冲洗参数优化设计装置及优化方法。

背景技术

聚合物驱作为最普遍的三次采油技术已经在世界范围内的多数大型油田得到了广泛应用，由于该驱油方法的主要技术特征在于向注入水中加入水溶性高分子聚合物来增加驱替相的粘度，因此，在聚合物前缘推进过程中使油井不同程度受效时，相应采出水中便会有不同量的聚合物残留，这类采出水被称之为“含聚污水”。大庆油田结合多年的开发实践，统一界定了当采出污水中的聚合物浓度达到20mg/L时即为含聚污水（Li Jiexun（李杰训），Surface Engineer Technology of Polymer Flooding（聚合物驱油地面工程技术），2008）。这类污水经传统“两段式”处理（两级沉降、一级过滤）基本能达到含油、悬浮物均小于20mg/L的水质指标，进而在高渗透率油藏回注来满足油田开发生产的需要。然而，一方面，在当前高渗透率油藏开发基础上进一步多元化开发中、低渗透率油藏的背景下，随着油田综合含水率的逐年上升及聚合物驱工业化的应用，含聚污水的规模在不断增大，以大庆油田为例，在目前产量下每年有9×10⁷m³的含聚污水产生，这虽然看似在水源规模上足以应对油田清水资源宝贵、深度污水水源短缺的问题，但由于含聚污水的深度处理工艺技术尚不成熟，仍显著造成了油田整体水量失衡的问题，也就是说中、低渗透率油藏的注水需求量存在缺口，而油田地面系统中含聚污水则存在过剩，迫需对其进行有效的深度处理来应对水量失衡问题；另一方面，含聚污水的典型特性在于电负性增大、粘度升高、油珠粒径变小、水膜强度增加、乳化倾向性和稳定性增强，处理过程中面临着净化效果、设施污染、运行平稳性及经济合理性等多方面难题，同时随着含聚浓度升高所带来水质特性的复杂化，使这些问题的表现更为突出。

过滤作为悬浮液流经颗粒介质或表层层面进行固液（或液液）分离的过程，是微小颗粒向滤料介质表面的“输送”以及在滤料介质表面的“附着”的双重过程，也是实现污水深度处理的核心工艺。同时，过滤罐在运行过程中，从进水中去除的杂质会积聚在滤料层颗粒的表面和颗粒间的孔隙间，随着过滤罐继续运行，从水中去除的和贮集在滤床中的杂质会降低滤床的孔隙率，一方面造成通过滤罐的水头损失增加，另一方面使作用在积聚絮体上的剪切应力增加，导致总水头损失可能接近或等于水流按预定流量通过滤罐时所需的水头，或者絮体颗粒有可能漏入或穿透到过滤罐出水中，带来二次污染，使滤后水质超标（Liu Yang（刘扬），Oil & Gas Gathering and Transferring（油气集输），2015）。因此，相应于过滤工艺，与正常过滤水流的方向相反，以一定周期对过滤罐进行水反冲洗，将粘附在滤料颗粒上的污染物冲刷、剥落下来，并将其从过滤罐中排出，也是污水深度处理的通行做法及其工艺的关键。油田目前“两级过滤”的深度污水处理工艺及其运行参数界限是针对水驱采出水而构建、设计，当以含聚污水作为水源，且其含聚浓度升高时，不当的过滤‐反冲洗运行参数会直接影响到水质的处理指标、过滤设备的抗污染能力（如发生滤料板结）及其运行稳定性（如反冲洗压力攀高、反冲洗水量倍增），特别地，为了改善含聚污水的深度处理效果，继一次均质滤料过滤后，在二次过滤中采用多介质级配过滤已经成为了一种趋势（Zhao Hui（赵辉），Ji Ran（纪然），Environmental Protection of Chemical Industry（化工环保），2009，29（6）：526～529；China National Petroleum Corporation（中国石油天然气集团公司），Code for Design of Oil Field Produced Water Treatment（油田采出水处理设计规范），2007），但基于该过滤模式进行含聚污水的深度处理时，尚缺少考虑油田开发中含聚污水本身水质特性变化而对过滤‐反冲洗参数进行科学化优化设计的装置与方法，也无专门针对此的相关报道。因此，突破传统定型化的滤料填设或级配模式、定型化的滤速、定型化的反冲洗时间、反冲洗强度与周期，考虑实际油井不同受效、见聚阶段采出水质特性的变化与影响，建立多介质级配模式下高效过滤与反冲洗参数优化的试验装置，形成一套适用于含聚污水过滤‐反冲洗参数优化设计的试验方法，科学指导矿场含聚污水深度处理工程，已成为聚合物驱油田地面污水处理系统运行精细化、低碳化的一个亟待解决问题。