為了提高油田注水處理精度, 進一步提高油田開發效益, 對比分析了油田現用幾種纖維過濾器的結構及過濾、反洗原理, 在此基礎上提出一種新型波輪式過濾器的設計方案。該新型過濾器利用波輪的正反轉產生水力振蕩, 提高纖維球濾料的反洗效果, 最大限度減輕對濾料的傷害, 并可節約大量反洗清水, 還實現了過濾、反洗、壓緊程度的全自動控制, 可完全滿足油田采出液精細過濾要求。

近幾年來, 我國油田相繼進入開發后期, 對老油田的注水量以及注水水質要求越來越高。在新探儲量中, 我國新探明低滲透及特低滲透儲量占總儲量的70%左右, 全國未動用的低滲透儲量占60%以上, 所以進一步提高油田注入水水質, 采用更先進的精細過濾技術, 對開發低滲透油田、提高原油產量具有重要意義。

目前國內油田注水用的過濾器主要有石英砂過濾器、核桃殼過濾器、纖維球過濾器及少量纖維束過濾器。石英砂過濾器、核桃殼過濾器對污水處理精度不高, 難以達到低滲透油田注水水質指標要求。實踐證明, 要進一步提高污水處理效果和過濾精度, 采用壓緊纖維過濾器既經濟實用, 技術上也完全可行。筆者對這類過濾器的結構進行了對比分析, 設計出一種新型結構的過濾器, 該型過濾器具有反洗徹底、對濾料傷害小、過濾精度高和節約反洗用水等特點。油田現用纖維過濾器技術分析11纖維球過濾器纖維球過濾器有非壓緊式和機械壓緊式2種。

(1) 非壓緊式纖維球過濾器　該型過濾器濾料較散亂, 緊密度不高, 抗污能力不強, 過濾精度不高, 其過濾水質指標: 進口水質含油質量濃度≤50 mg/L, 懸浮物質量濃度≤50 mg/L, 出口水質含油質量濃度≤10 mg/L, 懸浮物質量濃度≤5 mg/L,一般用作粗過濾器。

該型過濾器過濾時濾液高進低出, 反洗時反洗水低進高出, 反洗水不間斷, 清水消耗量大; 攪拌槳葉采用標準直葉片或斜葉片, 對濾料傷害大, 槳葉一般不反轉, 使纖維球和水流同向旋轉運動, 導致反洗水對濾料沖洗力不大, 濾料不易洗凈。

(2) 壓緊式纖維球過濾器　為提高過濾精度,過濾器生產廠家開發出各種結構的帶壓緊機構的纖維球過濾器作為二級精細過濾器; 該過濾器過濾水質指標: 進口水含油質量濃度≤30 mg/L, 懸浮物質量濃度≤30 mg/L, 出口水含油質量濃度≤5 mg/L, 懸浮物質量濃度≤3 mg /L, 視壓緊程度及來液污染程度, 過濾精度還可提高。現介紹2種油田使用的這種過濾器。

①壓緊機構上置式纖維球過濾器: 此上部壓緊式纖維球過濾器結構見圖2。該過濾器上部采用液缸或螺旋帶動壓盤上下運動, 過濾時下行壓緊纖維球, 反洗時上行松開濾料。攪拌機構放到下部, 依靠攪拌葉片旋轉攪拌。壓盤采用篩板, 取代了原非壓緊式的配水篩管, 下部仍采用篩管或篩板集水。同非壓緊式一樣, 過濾時濾液高進低出, 反洗時反洗水低進高出, 反洗水不間斷, 清水消耗量大。攪拌槳葉的設計也采用標準直葉片或斜葉片, 不反轉。此結構在反洗開始時攪拌葉片對纖維球傷害更大, 可能造成大量纖維球破壞形成散纖維, 濾料易流失, 纖維易堵塞機構間隙; 反洗水對濾料沖刷力不大, 濾料同樣不易洗凈, 使過濾精度下降, 使用效果不理想。

該過濾器上部安裝攪拌電動機及減速器, 下部安裝伸縮液缸。過濾時濾液高進低出, 反洗時反洗水低進高出, 反洗水不間斷。壓盤及濾盤均采用篩板, 纖維球被限制在壓盤和濾盤之間, 過濾開始時下部液缸中活塞收縮, 帶動托盤、連桿、壓盤下行, 壓緊濾料; 反洗開始時活塞伸出, 帶動托盤、連桿、壓盤上行, 松開濾料, 依靠葉片攪拌反洗。該過濾器由于下部安裝液缸, 故整體高度較高; 同時由于活塞行程的限制, 反洗空間不大, 濾料不能充分釋放, 故反洗不夠徹底。采用葉片單向旋轉攪拌的方式反洗, 水流對濾料的沖刷力同樣不大, 反洗不夠徹底; 清水耗費量大; 葉片對濾料傷害大。由于過濾時壓盤壓緊濾料, 液壓系統需長時間保壓, 所以系統有一定的故障率, 液路系統需經常保養維護。若無一定的保壓, 則濾料壓緊程度不夠, 達不到過濾精度要求。

壓緊式纖維球過濾器的過濾精度較高, 但由于結構原因, 反洗不徹底,機構較復雜, 故障率較高, 結構需進一步改進。有生產廠家嘗試在反洗方面擯棄攪拌葉片, 從罐壁側向直接泵水反洗, 可減輕對濾料的傷害。但過濾及反洗效果如何未見報道。

　 近幾年來該過濾器在油田的應用中取得了很好的精細過濾效果。該過濾器過濾水質指標: 進口水質含油質量濃度≤30 mg/L, 懸浮物質量濃度 ≤30mg/L, 出口水質含油質量濃度≤5 mg/L, 懸浮物質量濃度≤3 mg/L, 粒徑≤2μm[ 1, 2 ] 。該過濾器濾料采用長1 m 的纖維, 捆扎成束,固定在上濾盤。上濾盤起布水的作用。反洗開始時, 反洗水從上進水口進入濾罐, 從下部流出; 下部升降電動機啟動通過螺旋帶動下托盤下行, 松開纖維束; 上部電動機帶動上濾盤交替正反轉, 濾料在水中受到較大的水流沖刷。過濾時上部旋轉停止, 下部升降電動機帶動下托盤上行, 壓緊纖維束。濾液從下部進入, 從上部流出。纖維束過濾器水力沖刷力強, 反洗效果非常好, 這就保證了過濾精度的長期穩定。不足之處是更換濾料不方便, 需用吊車開罐取出濾料; 同時濾盤邊緣部分纖維束的磨損較嚴重, 上部電動機啟動時功率要求較大。下部空間大, 會導致過濾器整體高度較高。

從上述油田注水過濾器的分析可以看出, 如果解決了反洗問題, 壓緊式纖維球過濾器具有很好的推廣應用前景。

在設計上纖維球被限制在壓盤和波輪之間。上部采用旋轉電動機通過螺旋傳動帶動壓盤做往復運動, 下部波輪承托。壓盤和波輪盤上均勻布滿布水孔, 起到布水的作用。反洗時, 反洗水從下部進入罐內, 從上部流出, 罐內充滿清水后進出口閥門關閉; 同時壓盤上行松開濾料, 下部電動機旋轉, 帶動大波輪交替正反轉, 從而帶動罐內靜止清水迅速正反轉, 使濾料受到較大的水力振蕩沖刷。此過程重復數次, 直至濾料洗凈。過濾時濾液高進低出,波輪停止旋轉, 壓盤下行壓緊纖維球, 其壓緊程度由編碼器預先控制。

在罐壁上也可設計捕集管, 以收集散纖維。根據纖維散落多少決定濾料的添加和更換。該過濾器實現了過濾、反洗及壓緊的完全自動化控制和調節, 通過編碼器及控制系統控制上部旋轉軸的旋轉圈數和角度, 從而控制壓盤的行程, 所有控制均在一個控制面板上實現。這種新型波輪式纖維球過濾器結構簡單, 不易出故障。反洗充分利用水力振蕩, 反洗徹底; 采用大波輪可實現在水中快速造旋, 故其轉速不高且反轉容易、迅速, 波輪葉片較平滑, 使其對纖維球的傷害最小。由于在反洗過程中間斷使用反洗清水,比原來的反洗方式節約清水, 這在水資源稀缺的北方地區具有很大的環保意義和經濟意義。與前述纖維束過濾器相比, 在同等排量下, 旋轉電動機功率大為減小, 更換濾料比纖維束過濾器方便得多, 整體高度也較低。