金剛砂精細(xì)過(guò)濾技術(shù)探討

【摘要】油田采用小顆粒濾料過(guò)濾技術(shù)可以達(dá)到低滲透油田要求的“8.3.2”水質(zhì)指標(biāo)，在借鑒油田常規(guī)砂濾基礎(chǔ)上，應(yīng)用細(xì)小顆粒金剛砂過(guò)濾技術(shù)，尋求達(dá)到特低滲透油田“5.1.1”水質(zhì)指標(biāo)的新途徑。在xx油田開展了金剛砂過(guò)濾技術(shù)試驗(yàn)，分析其濾罐結(jié)構(gòu)的配置，調(diào)整各項(xiàng)工藝參數(shù)，分析了不同工況過(guò)濾效果，并提出了認(rèn)識(shí)和建議，為完善油田注入水精細(xì)過(guò)濾技術(shù)提供可借鑒性經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】油田注入水；精細(xì)過(guò)濾；金剛砂；濾料

目前，油田注入水質(zhì)為了達(dá)到特低滲透油田要求的“1.1”指標(biāo)，水質(zhì)處理基本采用粗濾、精濾、超濾工藝，技術(shù)相對(duì)成熟。超濾膜分離技術(shù)的應(yīng)用，保證了出水水質(zhì)可以達(dá)到指標(biāo)要求，但也存在投資及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較高、不易管理維護(hù)等問(wèn)題。針對(duì)此情況，進(jìn)行了顆粒細(xì)小、比重大、機(jī)械強(qiáng)度高的金剛砂濾料過(guò)濾技術(shù)試驗(yàn)，主要以過(guò)濾表面積大來(lái)實(shí)現(xiàn)水質(zhì)高精度分離、以砂濾水處理設(shè)施結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、濾料抗污染性能強(qiáng)來(lái)達(dá)到高性價(jià)比的目的。

一、金剛砂濾料的特點(diǎn)

金剛砂濾料以鋁釩土、焦碳（無(wú)煙煤）為主要原料，在電弧爐內(nèi)經(jīng)高溫冶煉，燒結(jié)好之后再經(jīng)破碎、篩選、整形、水洗處理等工序制成。金剛砂濾料具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，硬度大，比重大，耐磨，高韌性等優(yōu)點(diǎn)，是新型的耐磨材料和凈水濾料。

二、試驗(yàn)情況

試驗(yàn)處理工藝為錳砂除鐵、精濾工藝。金剛砂過(guò)濾器進(jìn)水為錳砂濾罐出水，處理量為1.5m3/h。為了便于觀察濾料及配件的工況，過(guò)濾器外殼材質(zhì)采用透明的有機(jī)玻璃，規(guī)格為φ500×2000，集水濾帽孔隙0.25mm，濾層厚度660mm，濾料規(guī)格為金剛砂粒徑0.1～0.2mm、石英砂粒徑0.1～0.25mm、石英砂粒徑0.3～0.5mm。

過(guò)濾器連續(xù)運(yùn)行，在試驗(yàn)期間進(jìn)行了2種工況試驗(yàn)，觀察了過(guò)濾效果及濾料反洗再生效果。

1.不同濾速的過(guò)濾效果

第一階段試驗(yàn)的濾速為5.7-6.3m/h（流量1.0-1.1m3/h），濾料的級(jí)配及水質(zhì)處理效果如下。

過(guò)濾器濾料填裝級(jí)配表

層填料名稱及規(guī)格（mm）填料高度（mm）

1金剛砂0.1～0.2130

2石英砂0.1～0.25370

3石英砂0.3～0.5160

水質(zhì)處理效果：在過(guò)濾器進(jìn)水懸浮物含量平均3.1mg/L、粒徑中值平均2.1μm、含鐵量平均0.9mg/L的情況下，濾后水質(zhì)為：懸浮物含量平均1.7mg/L，粒徑中值平均1.2μm、含鐵量平均0.3mg/L。

第二階段試驗(yàn)采取了降低濾速，延長(zhǎng)處理水過(guò)濾持續(xù)時(shí)間，并在整體濾層厚度不變的情況下，增加金剛砂濾層厚度的措施，試驗(yàn)的濾速為3.5-4.0m/h（流量0.6-0.7m3/h），濾料的級(jí)配及水質(zhì)處理效果如下。

金剛砂過(guò)濾器濾料填裝級(jí)配表

層填料名稱及規(guī)格（mm）填料高度（mm）

1金剛砂0.1～0.2260

2石英砂0.1～0.25280

3石英砂0.3～0.5120

水質(zhì)處理效果：在過(guò)濾器進(jìn)水懸浮物含量最高5.5mg/L、懸浮物含量最低1.8mg/L、懸浮物含量平均3.6mg/L，粒徑中值1.5μm，含鐵量1.0mg/L的情況下；濾后水質(zhì)為：懸浮物含量最高1.3mg/L、懸浮物含量最低0.5mg/L、懸浮物含量平均0.8mg/L，粒徑中值最高1.1μm、粒徑中值最低0.8μm、粒徑中值平均0.9μm，含鐵量0.1mg/L。

2.反沖洗再生效果

試驗(yàn)的反洗水為常溫水，用變強(qiáng)度反洗，反洗周期24h，反洗時(shí)間25min，每次反洗分為排污、分離再生、沖洗等3個(gè)步驟。第一階段（濾速為5.7-6.3m/h）試驗(yàn)的反洗排污強(qiáng)度為5.2 l/m2.s、分離再生為9.8 l/m2.s、沖洗為14.5l/m2.s，每次反洗后，試驗(yàn)期間過(guò)濾時(shí)水頭損失基本保持在1m，較為穩(wěn)定。在第二階段（濾速為3.5-4.0m/h）調(diào)整了濾料級(jí)配后，在保持第一階段其它反洗參數(shù)不變的情況下，為了保證濾料膨脹高度，相應(yīng)調(diào)整了反洗強(qiáng)度，提高了2l/m2.s，每次反洗后，過(guò)濾時(shí)水頭損失基本在1.5m，較為穩(wěn)定。

濾料再生效果：在反洗周期24h，反洗時(shí)間25min、反洗強(qiáng)度在5.2-16.5 l/m2.s時(shí)，濾罐經(jīng)反洗后，在處理量相同時(shí)，水頭損失穩(wěn)定，并且出水水質(zhì)也較為穩(wěn)定，濾料再生較好；另外，試驗(yàn)期間每次反洗時(shí)，為了觀察濾料流失情況，在反洗出水取樣，水樣中未發(fā)現(xiàn)濾料。

三、結(jié)論

在現(xiàn)場(chǎng)小型試驗(yàn)中，對(duì)金剛砂過(guò)濾器不同的濾速及反沖洗工藝參數(shù)試驗(yàn)后，出水水質(zhì)基本達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，但其穩(wěn)定性還有待于進(jìn)一步觀察驗(yàn)證。金剛砂過(guò)濾器結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，易于管理，具有應(yīng)用價(jià)值，但是仍需繼續(xù)摸索過(guò)濾器的各項(xiàng)性能參數(shù)，為高精度水質(zhì)處理技術(shù)提供新的途徑。

參考文獻(xiàn)

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[2]苗承武.高效油氣集輸與處理技術(shù).北京：石油工業(yè)出版社，1997.1

[3]大慶油田地面工程技術(shù)座談會(huì)論文集.2001-2007

作者簡(jiǎn)介

時(shí)來(lái)元，2011年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）船舶與海洋工程專業(yè)，主要從事給排水設(shè)計(jì)工作。