几种过滤器在油田中的应用

摘要：给出了油田常用过滤器即双向压力式过滤器、核桃壳过滤罐、改性纤维球过滤罐、石英砂过滤罐和双层滤料过滤器等五种类型，主要通过吸附、絮凝、沉淀、截流等机理去除水中杂质，使经过滤处理后的污水得到净化，达到注水水质的要求，注入地层。

关键词：过滤过滤器过滤工艺

过滤技术是使液体通过一定的过滤介质（如石英砂滤料、核桃壳滤料、改性纤维球滤料、RO膜等）时，把所含的固体颗粒或有害物质分离出来的一种技术，过滤工艺是污水处理中的重要环节。其工作机理是采用过滤方式去除污水中的杂质的过程是一个复杂而又多种机理共同作用的结果，从性质分为吸附、絮凝、沉淀、截流（也称筛滤）等作用。

一、过滤器分类

1.1双向压力式过滤器

在处理含油污水方面应用初期曾发挥了较大作用，其内部结构是由上进水管、筛筐、出水筛管、出水集水管、筛管支撑、下进水集水管、下进水配水管等部分组成，采用滤罐上、下按1.5：1的比例同时进水，从滤罐中部出水。与单向压力式滤罐相比具有滤速高，过滤水量大的特点，在运行过程中双向压力式滤罐逐渐暴露出诸多弊病。

（1）首先由于该滤罐设计中存在严重缺陷，上下进水、中间出水工艺使滤罐中部筛管、集水管、配水管在正常运行时及反冲洗状态下受到不同的水流冲击。

（2）采出污水含聚后，介质粘度增大，滤料的流动性变差，细菌的大量繁殖使滤料表面形成一层附着膜，造成反冲洗时流体对滤罐内部筛管等附件产生的推力增大。

（3）双向过滤罐其内部结构先后进行了4次改进，但由于经过改进后的筛管，中间穿有芯管，加强自身强度，但过水量相对减少，同时，污水中过高的聚合物含量，使滤罐阻力增大，过滤效果变差，过滤压力提高。

（4）由于原本设计与罐壁或支撑之间仅有几个厘米距离的筛管，有些便紧贴在罐壁或支撑上，由于工艺强度不够，将筛管直接焊在支撑或罐壁上，或是将集水管、支撑工艺直接与罐体焊在一起，这就加剧了筛管等工艺部分弯曲断裂的机率。

（5）双向过滤器4次改进均将重点放在工艺加固上，降低了原有结构的强度，更容易造成内部结构损坏。

1.2核桃壳过滤器

核桃壳过滤器具有滤速高、过滤通量大，滤料吸附能力强、除油效果好，反冲洗强度低、效果好等特点，适用于一级过滤。由罐体、搅拌系统、滤料、进出水管线等组成，滤料依靠直接拦截、惯性拦截和表面吸附等机理去除水中含油和机械杂质。过滤方式与石英砂过滤器相同，所不同的是核桃壳滤罐内未装填垫料层，而是直接将滤罐内的集水管、筛管以下100mm处用水泥全部密封，反冲洗时当滤罐内反冲洗强度达到最大台阶时，搅拌器开始工作，搅拌叶桨不断旋转，被滤罐底部水流冲起的滤料在反冲洗时被搅拌器充分搅动，上下翻滚，达到充分清洗滤料的目的，其工作原理类似洗衣机，滤料反冲洗效果相对较好，但该过滤工艺存在一定弊病，与石英砂过滤器相比增加了机械搅拌装置，过滤器结构复杂，但对悬浮固体的去除效果差，远不如双层滤料过滤器，往往导致滤后污水中悬浮物固体颗粒超标，该过滤器适合在一级过滤上应用，重点去除剩余油，而不适合应用在去除悬浮固体的二级过滤上。

（1）首先该滤罐不设垫料层，而采用水泥砂浆进行填充。

（2）核桃壳滤料所选用的是野生山核桃壳，与石英砂滤料相比其材质比重相对较轻，但成品滤料棱角分明，棱角在水流冲击及相互摩擦之下，逐渐变得圆滑，但产生的碎屑会堵塞筛管，导致过滤罐运行压力升高，或进入净化水中，造成滤后污水中悬浮物含量升高，加速了滤料的损耗，每年都需要定期填补。

（3）核桃壳滤料属于亲水性物质，水的湿润性使滤料表面接触面增大，而使原油与滤料接触面减少，具有高滤速，截油能力强的特性，但在反冲洗水流及搅拌器的作用下，顶部被污染的滤料由于质量加重，而逐渐沉入滤料层底部，而底部未被污染的滤料，比重相对较轻，逐渐升到滤料层上部，滤料上下位置的不断移动，逐步造成整个滤罐内的滤料短时间内迅速被污染，大大缩短了滤料更新周期。

（4）核桃壳滤料污染速度相对较快，需定期采用“助洗剂”对滤料进行清洗，运行成本相对较高。

1.3改性纤维球过滤器

污水含聚后，原有石英沙过滤罐已无法满足低渗透层的二次加密井所要求的悬浮物颗粒≤3mg/L的技术参数，为进一步提高深度污水处理站滤后水质，满足低渗透层注入要求，促进注水效果，提高原油采收率，某矿新建的某深度污水处理站二次过滤器便采用改性纤维球过滤器。

（1）改性纤维球滤料是针对含油污水处理研制开发的新型过滤材料，该种纤维球由特种材料经过改性制成，是应用纤维所特有的吸附特性，过滤出污水中的原油及悬浮固体颗粒。纤维丝经过改性处理，对油及悬浮物具有较强的吸附能力，改性纤维球为新型结扎方式，纤维球呈柔性、孔隙可变，改性纤维丝丝径细，比表面积大，运行时滤层孔隙率沿水流方向逐渐变小，形成比较理想的上大下小的孔隙分布状态，截污能力增强，过滤效果相对较好，改性的纤维丝具有亲水疏油性，对油及悬浮物吸附能力强、反洗再生性能好，滤速高，可达25-30m/h，适宜含聚污水的精细过滤。

（2）改性纤维球滤罐分为压紧式（GRY型）、非压紧式（GR型）两种结构，过滤器由罐体、搅拌系统、滤料、滤料压紧装置、进出水管线、反洗管线等组成，过滤时根据过滤精度和系统压差，调整压紧装置的压紧量，滤料也是依靠直接拦截、惯性拦截和表面吸附等机理去除水中含油和机械杂质。与核桃壳过滤罐相同，反冲洗时搅拌叶桨不断旋转，滤料上下翻滚，罐内类似洗衣机一样，反冲洗效果相对较好。

（3）改性纤维球滤罐采用独特的滤料压紧装置，可将滤层压紧到良好状态。

（4）与石英砂过滤器相比，增加了机械搅拌及压紧装置，过滤器结构复杂。

（5）改性纤维球滤料属于手工结扎方式，使用一段时间纤维丝在过滤及反冲洗过程中出现脱落散化现象，在一定程度上增加了滤后污水中悬浮物含量，影响过滤效果。

（6）改性纤维球滤料使用寿命相对较短约5年，每年需进行一定数量的补充，约5%左右。

1.4石英砂过滤器

石英砂压力过滤器在目前聚驱含油污水处理站全部应用，是油田水处理系统应用最较广泛的过滤设备，

（1）石英砂过滤器具有结构简单，维护管理简单，操作简单、运行管理方便，污水处理效果好等优点。

（2）滤罐工作时，通过石英砂滤层祛除杂质，反冲洗时，将滤料层截留的杂质通过水流的搅动、冲洗以及滤料之间的摩擦，使杂质从滤料上脱离，达到滤料再生目的。

（3）石英砂过滤器属于正向过滤，存在滤层纳污能力小、滤速低两个缺点，存在“表层过滤现象”下部90%的滤层基本没有发挥过滤作用。

（4）石英砂过滤器反冲洗强度控制要求非常严格，强度过低，滤料不能悬浮和膨胀，使滤料层冲洗不干净。反冲洗强度过大，滤料之间的摩擦机会减少，也冲不干净，而且还将导致滤料流失。

（5）石英砂过滤器易出现罐体上部存留空气或污水析出气，致使过滤器内不是满水状态，造成过滤罐部水不均匀，影响处理效果。

1.5双层滤料过滤器

（1）双层滤料过滤器属于正向过滤器，具有滤层纳污能力强，操作简单、运行管理方便，污水处理效果好等特点，尤其适用于深度污水处理。

（2）双层滤料过滤器的滤层具有反粒度的特点，减轻了单层滤料正向过滤时出现的纳污能力低、“表层过滤”和滤速低的不足，

（3）双层滤料过滤器存在反冲洗效果相对较差，易出现滤料表面板结现象。

（4）双层滤料过滤器也存在易出现罐体上部存留空气或污水析出气，致使过滤器内不是满水状态，造成过滤罐部水不均匀，影响处理效果。

二、注意事项

（1）过滤罐正常运行中应注意观察滤罐反冲洗流量及进出口压差，应采用变频反冲洗调速技术，应定期监测过滤罐进、出水水质状况，加强反冲洗操作、调整加药量等措施。

（2）过滤罐正常运行一段时间应定期开罐检查，发现问题应及时处理。

（3）过滤罐结构设计中，设计人员在参考相应理论计算同时，应尽量降低过滤罐的运行负荷，提高过滤效果。在滤罐施工、监造、验收过程中，要严格执行相关规程，按照设计要求的粒径规格、填装高度进行滤料逐层填装，避免出现滤料冻结、水流冲击混层的现象。

三、结束语

根据处理水质的特点，选用不同类型的过滤器在提高过滤罐的过滤速度的同时，努力提高过滤罐的截污能力，使滤后污水水质得到改善。深入研讨各类污水的过滤特性，按照经济指标对各类过滤器进行使用效果评价，逐步淘汰不适合目前污水水质处理的过滤器，确保过滤后的含油污水能够达到油田地层回注的各项指标。

参考文献：

[1] 陈涛平，胡靖邦.石油工程[M].北京：石油工业出版社，2000.