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快开过滤器

在油田使用的过滤器尽管五花八门,但按过滤机理对其结构特点进行分析主要涉及滤层厚度、孔隙大小和孔隙状态。过滤器的工作机理是以筛除作用为主还是以吸附作用为主取决于滤层的厚度。滤层相对较薄的过滤器主要是筛除作用;而滤层较厚的过滤器则以吸附作用为主。过滤器的精度取决于滤层孔隙的大小,但在同样大小孔隙的情况下,吸附作用的过滤精度远大于筛除作用,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。由于水中含的油对大多数过滤介质的吸附强度都很大,在固定孔隙过滤器中脱附非常困难,所以固定孔隙过滤器一般说来不适合含油采出水的过滤。 
    现对油田使用的几种典型的过滤器分析如下: 
    1.石英砂过滤器 (快开过滤器)
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。 
    2.轻质滤料过滤器 
油田使用的轻质滤料快开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1.2g/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。 
    3.微孔陶瓷过滤器 
这种过滤器的过滤原件是烧结而成的多孔陶瓷管,它的本体既作为滤层也作为承托层。这种过滤介质的特点是孔隙均匀且稳定,对较大的悬浮物有筛除作用,而对较小的悬浮物有吸附作用。反冲洗是通过逆向流和横向流对过滤介质进行冲刷,对筛除物的清除效果较好,而对吸附物的清除效果则不明显,因而容易造成堵塞。这种过滤器适合中等渗透率地层水质的清水过滤。用于含油的采出水过滤时,过滤原件的反洗再生比较困难,需要加人清洗剂并采用气吹等办法,反洗工艺非常复杂。 
    4.膜过滤器 
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。国内外许多研究者曾基于陶瓷材料的亲水性质而寄希望于用陶瓷膜处理采出水,但经过研究后,普遍认为膜污染问题仍然很难解决。膜污染是非常复杂的问题,但有一点是可以肯定的,即污染物中有机物的大量存在是确定无疑的,不过一般往往关注膜本身而较少考虑承托层。。。按照吸附机理并结合膜层和承托层的孔隙特征来分析,可以解释为什么膜过滤针对清水不易堵塞而对于含油污水极易堵塞。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。而对于水中的油来说,由于油滴的不稳定性,大于膜孔的油滴不一定被筛除,因为可能分裂成小于膜孔的油滴而通过膜孔,尽管它们能穿过膜本身,但在承托层中可以聚结成大的油滴而被承托层的微孔吸附,而且无法脱附。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。 
    5.纤维介质过滤器 
这也是一种深床过滤器,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。目前已得到比较成功的应用。此外,国内一些研究单位(如江汉机械研究所)正在研究不亲油纤维以及纤维改性技术,目的是将这种过滤器用于含油的采出水过滤,目前已取得了很大的进展。如果能将纤维材料本身对油的吸附力减小到足够的程度,纤维介质过滤器,尤其是纤维束过滤器将会成为低渗透油田采出水回注水质过滤的理想设备。
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