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过滤器对油田采出水的原理与应用

作者:北京过滤器公司 来源:水处理过滤器 发布时间:2014-09-11

  油田根据油层条件不同队注入的水质要求也会不同,所以目前开发出多种过滤器运用在各油田中。但依然对过滤器的原理与性能还有很多需要了解研究的地方,尤其是对吸附在过滤器反洗过程中的作用需要更多的研究。现在针对油田采出水的特点,对过滤器的原理进行分析研究。并对其运用的方法和过滤器性能进行研究,帮助油田注水过滤器的研究,选用和技术开发。izX过滤器

  油田采出水的水质特点izX过滤器

  由于受到地质条件的影响和处理工艺的运用影响,不同的油田采出的水质的成分和性质会有很大的去别。油田采出水的成分主要包括:原油,总溶解固体(TDS),悬浮固体(ss) 和溶解气体。从注水的角度来看他们依然存在共同的地方,“含油”就是采出水的最大共同特点。izX过滤器

  注入层的渗流孔隙不能堵塞这是油藏对注入水水质的要求。针对不同渗透层对注水水质条件的要求,我国退出了石油天然气行业标准《SY/T5329—94碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》规定。izX过滤器

  采出水内的悬浮固体是造成注入水中地层堵塞的主要原因。采出水中悬浮固体的来源可以是多方面的,有来自地层的固体颗粒,如粘土等,也有细菌等微生物,还可能来自溶解固体和溶解气体的相互作用而生成的不溶物质,如碳酸钙、碳酸镁、硫酸钡、氧化铁和硫化铁等。另外,与堵塞相关的还有悬浮在水中处于分散状态的细小油滴。这些油滴是不稳定颗粒,可能聚并成大油滴,也可能分裂成更小的油滴。它们作为粘结剂与水中的细小的固体颗粒结合,会造成比较严重的地层堵塞,也会污染过滤设备。因此,通过运用过滤器来去除悬浮固体和油分是对回注的采出水进行去除杂质处理的重要步骤,使水质达到使用标准。izX过滤器

  过滤器在油田采出水中发挥的主要工作原理izX过滤器

  过滤是用滤料对分散的复杂的悬浮物进行阻拦而达到出水效果,并允许作为连续相的水通过来实现两相分离的过程。典型过滤设备的结构包括滤层和承托层,过滤介质对悬浮物的拦截作用可分为筛除作用和吸附作用。筛除作用是针对较大的悬浮颗粒,由于不能通过滤层而被截留在滤层的表层;而较小的悬浮颗粒尽管可以进入滤层,但这些颗粒在通过滤层时与过滤介质接触而被吸附在滤层中被滤除, 这就是吸附作用。对于象砂滤池等深床过滤器,如果出现滤除的颗粒要比滤层的空隙小,那么其工作原理在于吸附而非筛除。izX过滤器

过滤原理.jpg

  吸附是当过滤介质对悬浮颗粒产生很大的吸力并远远超出水流对悬浮颗粒的吸引。过滤介质对悬浮颗粒的吸力主要取决于过滤介质的材料性质和结构两个因素。材料性质因素是由于其化学性质产生的表面吸力;结构因素是由于多孔结构会强化吸附作用。当材料相同时,颗粒与介质表面接触面积越大则吸力越强,而过滤介质所形成的微孔,一方面迫使细小悬浮颗粒获得与过滤介质接触的机会,另一方面也使其接触面积成倍增加。这样,在过滤介质的孔隙内悬浮颗粒会受到足够大吸力,而同时孔隙内的水流一般处于层流状态,流速不会很大,对悬浮颗粒的曳力也就不大,这样就会产生较强的吸附作用。所以,制造更多更小的滤层空隙会更好的提高过滤精度,因为滤层孔隙的吸附作用对过滤悬浮颗粒的影响巨大。izX过滤器

  过滤器去除杂质,并把杂质吸附到自己体内,所以过滤器运行一定时间之后,杂质堆积过多,使其性能明显下降。主要表现在滤速的下降和过滤精度的降低。这时就需要进行反冲洗操作来清除截留物,恢复过滤性能。反冲洗的机理实际上是过滤的逆过程。对于筛除作用的截留物,只用过滤水流的逆向流动就可以清除;但对于吸附作用的截留物,则没有这么简单,因为即使反洗强度很大,逆向水流在孔隙内仍处于层流状态,曳力的大小受到一定限制,并不能完全改变吸附状态。因此,对于吸附截留物的清除必须针对具体过滤装置的吸附特点采取合适的脱附办法。一般说来,产生吸附作用的过滤介质的材料因素是不易改变的,只能通过改变过滤介质的结构因素,通常是通过解除其所形成的微孔隙来脱附。因而,能否解除滤层的孔隙是决定反洗效果的关键。油井采出水中的含油在过滤操作中可以被视为一种悬浮颗粒,但与固体颗粒相比,是不稳定的颗粒。分散的油滴容易分裂成更小的油滴,也容易聚并成更大的油滴,而且形状也很容易改变。因此,在过滤操作中,油滴严格说来是不能被筛除的,只能被吸附,或者是被吸附在筛除截留的固体颗粒中,或者被吸附在过滤介质中。油滴的吸附效应比固体颗粒更强,脱附去除就更加的困难。izX过滤器

  各种过滤器的结构特点与适用范围izX过滤器

  按过滤机理对其结构特点可涉及:滤层厚度,孔隙状态和空隙的大小。过滤器的工作机理:同时以筛除作用和吸附作用为主取决于滤层的厚度。因此在油田以吸附作用为主的深床过滤器实际应用得较多。但以吸附作用为主的过滤器反洗较难,脱附是这种过滤器反洗的关键,既取决于滤材对悬浮物的吸附强度,也取决于滤层孔隙的大小。如果把滤层孔隙状态在过滤时与反洗时保持不变的过滤器称为固定孔隙过滤器,而把在反洗时能改变过滤时孔隙状态的过滤器称为非固定孔隙过滤器,则固定孔隙过滤器的反洗要比非固定孔隙过滤器困难得多。一般固定孔隙过滤器不适合油采出水的过滤,因为水中含的油对很多过滤介质的吸附力很大,在固定在固定孔隙过滤器中脱附很难。izX过滤器

  油田使用的几种典型的过滤器izX过滤器

  1、 轻质滤料过滤器izX过滤器

  油田使用的轻质滤料过滤器主要是核桃壳过滤器,这种过滤器的基本结构和过滤原理与石英砂过滤器相同,区别是作为滤料的核桃壳的密度较小,一般在1.2 g/cm 左右。由于滤料较轻,反冲洗时在水流作用下滤层成为沸腾床,由滤料间隙形成的微孔被解除,吸附的悬浮物得以脱附。因此,这种过滤器属于非固定孔隙过滤器,反洗再生能力较强,过滤性能稳定,适合于中高渗透率地层水质要求的采出水过滤。izX过滤器

  2、 膜过滤器izX过滤器

  这种过滤器的核心原件是滤膜,这是一种制备在微孔承托层(支撑体) 上的布满更微小孔隙的薄膜。制作滤膜的材料有很多,分为有机膜(如聚砜中空纤维膜) 和无机膜(如陶瓷膜)。滤膜作为过滤原件其结构特点是滤层非常薄,因而它的过滤机理主要是筛除作用,吸附效应很小。因此,膜过滤器的过滤精度较高,粒径控制比较稳定,而且反冲洗容易恢复性能。不过如果水中含有油的话,则很容易堵塞而且不易反洗。对于一般固体悬浮物来说,大于膜孔的颗粒被截留(筛除) 在膜的表面,小于膜孔的颗粒通过膜孔,由于作为滤层的膜很薄,而不能对这些颗粒产生吸附,虽然承托层相对较厚,但其孔隙相对于膜孔较大,不足以产生吸附。这样只有筛除作用,所以很容易反洗清除。因此,含油污水会对膜过滤器形成堵塞,并且反洗困难。因而这种过滤器适合于低渗透率地层水质要求的清水过滤,而不适用于含油采出水的过滤。izX过滤器

  3、纤维介质过滤器izX过滤器

  是一种深床过滤器,滤层介质采用纤维材料,一般为合成纤维,常用的有纤维球和纤维束。这种过滤器的过滤机理是纤维介质在外力(水力或机械力) 作用下被压紧后形成微小的孔隙,主要产生吸附作用,将水中的悬浮物滤除。反洗时,解除压紧力使纤维滤材蓬松,被吸附的悬浮物脱附并在反洗水流的冲洗下被清除。由于纤维材料非常细,压紧后形成的孔隙也就非常小,因此过滤精度非常高,是比较理想的精细过滤器。不过,如果水中含油,则会非常麻烦。因为一般合成纤维都是亲油的,对油会有很强的吸附力,而油被吸附到纤维滤材上之后作为粘结剂将纤维滤材粘在一起,很难松开,反洗非常困难。这种过滤器适用于以清水作为水源的低渗透地层注水水质过滤。izX过滤器

  4、 石英砂过滤器izX过滤器

  石英砂过滤器是一种典型的深床过滤器,其结构特点是滤层较厚,过滤介质石英砂的密度较大,滤床比较稳定。石英砂过滤器工作的机理主要是吸附作用,而筛除作用是次要的。由于滤床在反冲洗时是固定的,属于固定孔隙过滤器,被吸附在滤层中的微小颗粒脱附比较困难,因此用反洗来恢复过滤性能的效果有限,使用一段时间后过滤性能会严重下降,往往需要更换滤料。这种过滤器一般应用在对水质要求相对不高的清水过滤。izX过滤器

  过滤器在油田采出水中的运用,减少了才有过程中遇到的很多的困难问题,使采油进展的更加的顺利,质地更好。目前过滤器依然在不断的开发和研究中,争取在技术上有更大的突破。izX过滤器

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