減少反沖洗泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的方法分析

魯建舒（大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠）

減少反沖洗泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的方法分析

魯建舒（大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠）

目前油田普遍使用壓力濾罐對(duì)采出水進(jìn)行過濾，為了提高水處理效果必須定期對(duì)過濾罐進(jìn)行反沖洗。理論上反沖洗時(shí)間越長(zhǎng)，清洗效果越好，但反沖洗時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)增加反沖洗泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，不利于節(jié)能。通常核桃殼濾罐的反沖洗時(shí)間要求為20 min。通過摸索合理的反沖洗強(qiáng)度，使沖洗水流剪力與摩擦力達(dá)到最佳范圍，實(shí)現(xiàn)了每座濾罐減少反沖洗時(shí)間5 min，降低了反沖洗泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)率。按10座濾罐計(jì)算，每天節(jié)電30.8 kWh，達(dá)到節(jié)能的目的。

反沖洗強(qiáng)度；反沖洗時(shí)間；水流剪力；摩擦力

隨著油田開發(fā)進(jìn)入到中后期，對(duì)注水質(zhì)量的要求變得越來越高，目前油田普遍使用濾罐對(duì)油田采出水進(jìn)行處理，處理合格后再回注地層。為了保證濾罐的過濾效果，濾罐反沖洗是最為重要的措施。延長(zhǎng)反沖洗時(shí)間可以保證反沖洗質(zhì)量，但長(zhǎng)時(shí)間反沖洗不但會(huì)增加反沖洗泵的運(yùn)行時(shí)間，相應(yīng)地也會(huì)增加回收水泵的運(yùn)行時(shí)間，不利于節(jié)能。因此在保證反沖洗質(zhì)量的前提下，確定合理的反沖洗時(shí)間是降低機(jī)泵運(yùn)行時(shí)率，降低能耗的重要手段。

1 沖洗機(jī)理

用水對(duì)濾料進(jìn)行沖洗，使濾料清潔，并達(dá)到較好的過濾效果。主要有二種機(jī)理對(duì)其產(chǎn)生影響。

水流與濾料表面產(chǎn)生水流剪力，通過剪力將濾料表面的油污去除[1]。

在沖洗過程中，濾料顆粒間會(huì)相互碰撞摩擦而產(chǎn)生摩擦力，通過摩擦力將濾料上的污油、雜質(zhì)去除。

由沖洗的二種機(jī)理可知：當(dāng)水流剪力以及濾料之間摩擦力的合力達(dá)到最大時(shí)，沖洗效果最好，其所需的反沖洗時(shí)間也最少；而反沖洗強(qiáng)度的設(shè)定就直接決定了水流剪力和摩擦力的大小。因此，可以通過確定最佳的反沖洗強(qiáng)度，減少反沖洗泵的運(yùn)行時(shí)間[2]。

2 反沖洗強(qiáng)度與反沖洗時(shí)間的關(guān)系

反沖洗強(qiáng)度是指在反沖洗過程中，單位面積濾層所通過水流量，它的單位是L/（s·m2）。在沖洗過程中，濾料顆粒表面有水流通過，從而產(chǎn)生剪力；顆粒上的污油受到剪力被水流帶走，而剪力的大小是由濾料顆粒與水流之間的相對(duì)速度決定的。在水流量不變的情況下，濾料顆粒之間的空隙越小，濾料顆粒與水流之間的相對(duì)速度也越大，相應(yīng)地顆粒上的污油受到的剪力也越大[3]。在實(shí)際生產(chǎn)中，反沖洗強(qiáng)度與水流剪力的關(guān)系為：初期隨著反沖洗強(qiáng)度的增大，水流剪力也相應(yīng)增大；但隨著反沖洗強(qiáng)度的增大，濾層受水流沖擊作用發(fā)生膨脹，濾料顆粒間的孔隙也相應(yīng)增大，濾料顆粒與水流的相對(duì)速度將會(huì)達(dá)到極限值，水流剪力也不會(huì)繼續(xù)增大。因此，流過濾料顆?？紫兜乃a(chǎn)生的水流剪力并不是隨著沖洗強(qiáng)度的增大而線性增大，而是初期平穩(wěn)上升；當(dāng)沖洗強(qiáng)度上升到一定值后，水流剪力基本不再上升。其次在沖洗過程中，污油受到的摩擦力在反沖洗強(qiáng)度增大時(shí)，隨著顆粒的膨脹顆粒間的空隙增大，顆粒之間的碰撞、摩擦概率會(huì)逐漸減少；因此，在反沖洗強(qiáng)度增大到一定程度后，污油所受摩擦力會(huì)下降，沖洗效果也會(huì)下降[4]。

由以上分析可知：當(dāng)反沖洗強(qiáng)度處于合理區(qū)間時(shí)，濾料顆粒間的孔隙大小適當(dāng)，附著在濾料顆粒上的污油受到的剪力和摩擦力的合力才能達(dá)到最大值，濾料顆粒上的污油才能被快速剝離；只有反沖洗強(qiáng)度設(shè)定合理才能在保證反沖洗效果的前提下，縮減反沖洗時(shí)間，減少反沖洗泵運(yùn)行時(shí)間[5]。

3 減少反沖洗泵運(yùn)行時(shí)間的方法

對(duì)某站的核桃殼濾罐進(jìn)行試驗(yàn)，按照規(guī)定反沖洗后濾罐過濾壓差應(yīng)小于0.05 MPa，達(dá)到該壓差說明濾料顆粒上油污被基本沖洗干凈。選取1座濾罐，將沖洗后濾罐壓差控制在0.05 MPa和0.04 MPa兩種情況下，觀察反沖洗流量（即反沖洗強(qiáng)度）和反沖洗時(shí)間的關(guān)系曲線（圖1、圖2）。

圖1 反沖洗后濾罐壓差達(dá)到0.05 MPa

圖2 反沖洗后濾罐壓差達(dá)到0.04 MPa

由圖1、圖2可知：最初隨著反沖洗流量增大，濾料被沖洗干凈所需的時(shí)間逐漸減少；當(dāng)反沖洗流量超過200 m3/h后，濾料膨脹度增大，顆粒之間的摩擦力下降，水流剪力與摩擦力的合力也逐漸下降，濾料被沖洗干凈所需的反沖洗時(shí)間也延長(zhǎng)；因此，核桃殼濾罐反沖洗合理的流量為200 m3/h，即反沖洗強(qiáng)度為7.9 L/(s·m2)。在該強(qiáng)度下反沖洗，沖洗15 min后濾罐壓差達(dá)到0.05 MPa，沖洗20 min后濾罐壓差達(dá)到0.04 MPa；由此可以確定，在反沖洗強(qiáng)度為7.9 L/(s·m2)條件下，反沖洗時(shí)間為15 min就能保證反沖洗質(zhì)量。

在反沖洗流量為200 m3/h，即反沖洗強(qiáng)度為7.9 L/(s·m2)條件下，沖洗15 min與沖洗20 min對(duì)反沖洗周期的影響如圖3、圖4所示。

由圖3、圖4可知，沖洗15 min與沖洗20 min對(duì)反沖洗周期的影響不大。沖洗15 min、24 h后，水質(zhì)不合格需要反沖洗；沖洗20 min、26 h后水質(zhì)不合格需要反沖洗。根據(jù)《中國(guó)石油天然氣股份有限公司注水開發(fā)油田水處理和注水系統(tǒng)地面生產(chǎn)管理規(guī)定》的要求，反沖洗周期的設(shè)定通常為12 h的整數(shù)倍，這樣以方便管理；因此，沖洗15 min與沖洗20 min都需要設(shè)定反沖洗周期24 h。

圖3 沖洗15 min濾后水變化情況

圖4 沖洗20 min濾后水變化情況

通過以上分析，核桃殼濾罐的反沖洗強(qiáng)度為7.9 L/(s·m2)時(shí)，單罐反沖洗時(shí)間為15 min就可以保證反沖洗質(zhì)量。目前油田核桃殼濾罐單罐反沖洗時(shí)間普遍設(shè)定為20 min[6]，因此，可以實(shí)現(xiàn)每座核桃殼濾罐減少反沖洗泵運(yùn)行時(shí)間5 min。

4 調(diào)整后的節(jié)能效果

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)該站的核桃殼濾罐進(jìn)行了反沖洗參數(shù)調(diào)整（表1），提高了反沖洗強(qiáng)度，減少了反沖洗時(shí)間，有效降低了電能消耗。

表1 調(diào)整前后的反沖洗參數(shù)

該站反沖洗泵電動(dòng)機(jī)功率為37 kW，工頻運(yùn)轉(zhuǎn)，每個(gè)罐減少運(yùn)行時(shí)間5 min，共10個(gè)濾罐，即實(shí)現(xiàn)每天反沖洗泵少運(yùn)行50 min，節(jié)電30.8 kWh。

5 結(jié)論

1）當(dāng)沖洗的水流剪力與摩擦力的合力作用最大時(shí)，濾料所需反沖洗時(shí)間最少；當(dāng)反沖洗強(qiáng)度設(shè)定為最佳值才能在保證反沖洗效果的前提下，減少反沖洗泵運(yùn)行時(shí)間。

2）通過實(shí)驗(yàn)，核桃殼濾罐最佳的反沖洗強(qiáng)度為7.9 L/(s·m2)，當(dāng)達(dá)到該值時(shí)，水流剪力與顆粒間摩擦力最大。

3）在反沖洗強(qiáng)度為7.9 L/(s·m2)條件下，沖洗15 min與20 min對(duì)反沖洗周期無太大影響，濾罐還是需要每天進(jìn)行反沖洗。

4）通過調(diào)整，反沖洗時(shí)間確定為15 min，反沖洗泵少運(yùn)行5min，單罐每天實(shí)現(xiàn)節(jié)電3.08kWh，全站可實(shí)現(xiàn)每天節(jié)電30.8 kWh。

[1]滕小利.油田回注水精細(xì)過濾器反沖洗機(jī)理研究[D].北京：中國(guó)石油大學(xué)（北京），2004.

[2]凌霄.曝氣生物濾池反沖洗關(guān)鍵因子的確定及機(jī)理淺析題名[J].給水排水，2005，31（10）：19-23.

[3]沈軍.氣水反沖洗機(jī)理的探討[J].中國(guó)給水排水，1989，11（2）：9-10.

[4]余一剛.泵洗式核桃殼過濾器濾料再生技術(shù)在塔河油田的應(yīng)用[J].油氣田地面工程，2004，23（1）：54-54.

[5]馮叔初.油氣集輸與礦場(chǎng)加工[M].2版.東營(yíng):中國(guó)石油大學(xué)出版社，2006：580-584.

[6]岳秀萍.水處理濾料與填料[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2010：24-27.

2017-05-02

（編輯 李珊梅）

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.10.012

魯建舒，2011年畢業(yè)于東北石油大學(xué)，從事注水管理工作，E-mail：lujianshu9@163.com，地址：黑龍江省大慶市大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠，163513。