為了提高油田注水處理精度, 進(jìn)一步提高油田開發(fā)效益, 對比分析了油田現(xiàn)用幾種纖維過濾器的結(jié)構(gòu)及過濾、反洗原理, 在此基礎(chǔ)上提出一種新型波輪式過濾器的設(shè)計(jì)方案。該新型過濾器利用波輪的正反轉(zhuǎn)產(chǎn)生水力振蕩, 提高纖維球?yàn)V料的反洗效果, 最大限度減輕對濾料的傷害, 并可節(jié)約大量反洗清水, 還實(shí)現(xiàn)了過濾、反洗、壓緊程度的全自動(dòng)控制, 可完全滿足油田采出液精細(xì)過濾要求。

近幾年來, 我國油田相繼進(jìn)入開發(fā)后期, 對老油田的注水量以及注水水質(zhì)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(dòng)用的低滲透儲量占60%以上, 所以進(jìn)一步提高油田注入水水質(zhì), 采用更先進(jìn)的精細(xì)過濾技術(shù), 對開發(fā)低滲透油田、提高原油產(chǎn)量具有重要意義。

目前國內(nèi)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(dá)到低滲透油田注水水質(zhì)指標(biāo)要求。實(shí)踐證明, 要進(jìn)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(jīng)濟(jì)實(shí)用, 技術(shù)上也完全可行。筆者對這類過濾器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對比分析, 設(shè)計(jì)出一種新型結(jié)構(gòu)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(jié)約反洗用水等特點(diǎn)。油田現(xiàn)用纖維過濾器技術(shù)分析11纖維球過濾器纖維球過濾器有非壓緊式和機(jī)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(qiáng), 過濾精度不高, 其過濾水質(zhì)指標(biāo): 進(jìn)口水質(zhì)含油質(zhì)量濃度≤50 mg/L, 懸浮物質(zhì)量濃度≤50 mg/L, 出口水質(zhì)含油質(zhì)量濃度≤10 mg/L, 懸浮物質(zhì)量濃度≤5 mg/L,一般用作粗過濾器。

該型過濾器過濾時(shí)濾液高進(jìn)低出, 反洗時(shí)反洗水低進(jìn)高出, 反洗水不間斷, 清水消耗量大; 攪拌槳葉采用標(biāo)準(zhǔn)直葉片或斜葉片, 對濾料傷害大, 槳葉一般不反轉(zhuǎn), 使纖維球和水流同向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng), 導(dǎo)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(chǎn)廠家開發(fā)出各種結(jié)構(gòu)的帶壓緊機(jī)構(gòu)的纖維球過濾器作為二級精細(xì)過濾器; 該過濾器過濾水質(zhì)指標(biāo): 進(jìn)口水含油質(zhì)量濃度≤30 mg/L, 懸浮物質(zhì)量濃度≤30 mg/L, 出口水含油質(zhì)量濃度≤5 mg/L, 懸浮物質(zhì)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(xiàn)介紹2種油田使用的這種過濾器。

①壓緊機(jī)構(gòu)上置式纖維球過濾器: 此上部壓緊式纖維球過濾器結(jié)構(gòu)見圖2。該過濾器上部采用液缸或螺旋帶動(dòng)壓盤上下運(yùn)動(dòng), 過濾時(shí)下行壓緊纖維球, 反洗時(shí)上行松開濾料。攪拌機(jī)構(gòu)放到下部, 依靠攪拌葉片旋轉(zhuǎn)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(shí)濾液高進(jìn)低出, 反洗時(shí)反洗水低進(jìn)高出, 反洗水不間斷, 清水消耗量大。攪拌槳葉的設(shè)計(jì)也采用標(biāo)準(zhǔn)直葉片或斜葉片, 不反轉(zhuǎn)。此結(jié)構(gòu)在反洗開始時(shí)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(jī)構(gòu)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(dòng)機(jī)及減速器, 下部安裝伸縮液缸。過濾時(shí)濾液高進(jìn)低出, 反洗時(shí)反洗水低進(jìn)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(shí)下部液缸中活塞收縮, 帶動(dòng)托盤、連桿、壓盤下行, 壓緊濾料; 反洗開始時(shí)活塞伸出, 帶動(dòng)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(shí)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(zhuǎn)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(fèi)量大; 葉片對濾料傷害大。由于過濾時(shí)壓盤壓緊濾料, 液壓系統(tǒng)需長時(shí)間保壓, 所以系統(tǒng)有一定的故障率, 液路系統(tǒng)需經(jīng)常保養(yǎng)維護(hù)。若無一定的保壓, 則濾料壓緊程度不夠, 達(dá)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(jié)構(gòu)原因, 反洗不徹底,機(jī)構(gòu)較復(fù)雜, 故障率較高, 結(jié)構(gòu)需進(jìn)一步改進(jìn)。有生產(chǎn)廠家嘗試在反洗方面擯棄攪拌葉片, 從罐壁側(cè)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(bào)道。

　 近幾年來該過濾器在油田的應(yīng)用中取得了很好的精細(xì)過濾效果。該過濾器過濾水質(zhì)指標(biāo): 進(jìn)口水質(zhì)含油質(zhì)量濃度≤30 mg/L, 懸浮物質(zhì)量濃度 ≤30mg/L, 出口水質(zhì)含油質(zhì)量濃度≤5 mg/L, 懸浮物質(zhì)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(shí), 反洗水從上進(jìn)水口進(jìn)入濾罐, 從下部流出; 下部升降電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)通過螺旋帶動(dòng)下托盤下行, 松開纖維束; 上部電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)上濾盤交替正反轉(zhuǎn), 濾料在水中受到較大的水流沖刷。過濾時(shí)上部旋轉(zhuǎn)停止, 下部升降電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)下托盤上行, 壓緊纖維束。濾液從下部進(jìn)入, 從上部流出。纖維束過濾器水力沖刷力強(qiáng), 反洗效果非常好, 這就保證了過濾精度的長期穩(wěn)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(shí)濾盤邊緣部分纖維束的磨損較嚴(yán)重, 上部電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)功率要求較大。下部空間大, 會導(dǎo)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(yīng)用前景。

在設(shè)計(jì)上纖維球被限制在壓盤和波輪之間。上部采用旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)通過螺旋傳動(dòng)帶動(dòng)壓盤做往復(fù)運(yùn)動(dòng), 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(shí), 反洗水從下部進(jìn)入罐內(nèi), 從上部流出, 罐內(nèi)充滿清水后進(jìn)出口閥門關(guān)閉; 同時(shí)壓盤上行松開濾料, 下部電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn), 帶動(dòng)大波輪交替正反轉(zhuǎn), 從而帶動(dòng)罐內(nèi)靜止清水迅速正反轉(zhuǎn), 使濾料受到較大的水力振蕩沖刷。此過程重復(fù)數(shù)次, 直至濾料洗凈。過濾時(shí)濾液高進(jìn)低出,波輪停止旋轉(zhuǎn), 壓盤下行壓緊纖維球, 其壓緊程度由編碼器預(yù)先控制。

在罐壁上也可設(shè)計(jì)捕集管, 以收集散纖維。根據(jù)纖維散落多少?zèng)Q定濾料的添加和更換。該過濾器實(shí)現(xiàn)了過濾、反洗及壓緊的完全自動(dòng)化控制和調(diào)節(jié), 通過編碼器及控制系統(tǒng)控制上部旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)和角度, 從而控制壓盤的行程, 所有控制均在一個(gè)控制面板上實(shí)現(xiàn)。這種新型波輪式纖維球過濾器結(jié)構(gòu)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(shí)現(xiàn)在水中快速造旋, 故其轉(zhuǎn)速不高且反轉(zhuǎn)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(jié)約清水, 這在水資源稀缺的北方地區(qū)具有很大的環(huán)保意義和經(jīng)濟(jì)意義。與前述纖維束過濾器相比, 在同等排量下, 旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)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。