魯建舒（大慶油田有限責任公司第五采油廠）

減少反沖洗泵運轉(zhuǎn)時間的方法分析

魯建舒（大慶油田有限責任公司第五采油廠）

目前油田普遍使用壓力濾罐對采出水進行過濾，為了提高水處理效果必須定期對過濾罐進行反沖洗。理論上反沖洗時間越長，清洗效果越好，但反沖洗時間過長會增加反沖洗泵運轉(zhuǎn)時間，不利于節(jié)能。通常核桃殼濾罐的反沖洗時間要求為20 min。通過摸索合理的反沖洗強度，使沖洗水流剪力與摩擦力達到最佳范圍，實現(xiàn)了每座濾罐減少反沖洗時間5 min，降低了反沖洗泵運轉(zhuǎn)時率。按10座濾罐計算，每天節(jié)電30.8 kWh，達到節(jié)能的目的。

反沖洗強度；反沖洗時間；水流剪力；摩擦力

隨著油田開發(fā)進入到中后期，對注水質(zhì)量的要求變得越來越高，目前油田普遍使用濾罐對油田采出水進行處理，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。延長反沖洗時間可以保證反沖洗質(zhì)量，但長時間反沖洗不但會增加反沖洗泵的運行時間，相應(yīng)地也會增加回收水泵的運行時間，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間是降低機泵運行時率，降低能耗的重要手段。

1 沖洗機理

用水對濾料進行沖洗，使濾料清潔，并達到較好的過濾效果。主要有二種機理對其產(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。

由沖洗的二種機理可知：當水流剪力以及濾料之間摩擦力的合力達到最大時，沖洗效果最好，其所需的反沖洗時間也最少；而反沖洗強度的設(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度，減少反沖洗泵的運行時間[2]。

2 反沖洗強度與反沖洗時間的關(guān)系

反沖洗強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]。在實際生產(chǎn)中，反沖洗強度與水流剪力的關(guān)系為：初期隨著反沖洗強度的增大，水流剪力也相應(yīng)增大；但隨著反沖洗強度的增大，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速度將會達到極限值，水流剪力也不會繼續(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度的增大而線性增大，而是初期平穩(wěn)上升；當沖洗強度上升到一定值后，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度增大時，隨著顆粒的膨脹顆粒間的空隙增大，顆粒之間的碰撞、摩擦概率會逐漸減少；因此，在反沖洗強度增大到一定程度后，污油所受摩擦力會下降，沖洗效果也會下降[4]。

由以上分析可知：當反沖洗強度處于合理區(qū)間時，濾料顆粒間的孔隙大小適當，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，縮減反沖洗時間，減少反沖洗泵運行時間[5]。

3 減少反沖洗泵運行時間的方法

對某站的核桃殼濾罐進行試驗，按照規(guī)定反沖洗后濾罐過濾壓差應(yīng)小于0.05 MPa，達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（即反沖洗強度）和反沖洗時間的關(guān)系曲線（圖1、圖2）。

圖1 反沖洗后濾罐壓差達到0.05 MPa

圖2 反沖洗后濾罐壓差達到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間逐漸減少；當反沖洗流量超過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間也延長；因此，核桃殼濾罐反沖洗合理的流量為200 m3/h，即反沖洗強度為7.9 L/(s·m2)。在該強度下反沖洗，沖洗15 min后濾罐壓差達到0.05 MPa，沖洗20 min后濾罐壓差達到0.04 MPa；由此可以確定，在反沖洗強度為7.9 L/(s·m2)條件下，反沖洗時間為15 min就能保證反沖洗質(zhì)量。

在反沖洗流量為200 m3/h，即反沖洗強度為7.9 L/(s·m2)條件下，沖洗15 min與沖洗20 min對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度為7.9 L/(s·m2)時，單罐反沖洗時間為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間普遍設(shè)定為20 min[6]，因此，可以實現(xiàn)每座核桃殼濾罐減少反沖洗泵運行時間5 min。

4 調(diào)整后的節(jié)能效果

根據(jù)試驗結(jié)果，對該站的核桃殼濾罐進行了反沖洗參數(shù)調(diào)整（表1），提高了反沖洗強度，減少了反沖洗時間，有效降低了電能消耗。

表1 調(diào)整前后的反沖洗參數(shù)

該站反沖洗泵電動機功率為37 kW，工頻運轉(zhuǎn)，每個罐減少運行時間5 min，共10個濾罐，即實現(xiàn)每天反沖洗泵少運行50 min，節(jié)電30.8 kWh。

5 結(jié)論

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

2）通過實驗，核桃殼濾罐最佳的反沖洗強度為7.9 L/(s·m2)，當達到該值時，水流剪力與顆粒間摩擦力最大。

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

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

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

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

[3]沈軍.氣水反沖洗機理的探討[J].中國給水排水，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.油氣集輸與礦場加工[M].2版.東營:中國石油大學出版社，2006：580-584.

[6]岳秀萍.水處理濾料與填料[M].北京:化學工業(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，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任公司第五采油廠，163513。