減少反沖洗泵運轉時間的方法分析

2017-12-06 08:38:05魯建舒大慶油田有限責任公司第五采油廠

石油石化節能 2017年10期

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時間，不利于節能。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，實現了每座濾罐減少反沖洗時間5 min，降低了反沖洗泵運轉時率。按10座濾罐計算，每天節電30.8 kWh，達到節能的目的。

反沖洗強度；反沖洗時間；水流剪力；摩擦力

隨著油田開發進入到中后期，對注水質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量，但長時間反沖洗不但會增加反沖洗泵的運行時間，相應地也會增加回收水泵的運行時間，不利于節能。因此在保證反沖洗質量的前提下，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生影響。

水流與濾料表面產生水流剪力，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生摩擦力，通過摩擦力將濾料上的污油、雜質去除。

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，相應地顆粒上的污油受到的剪力也越大[3]。在實際生產中，反沖洗強度與水流剪力的關系為：初期隨著反沖洗強度的增大，水流剪力也相應增大；但隨著反沖洗強度的增大，濾層受水流沖擊作用發生膨脹，濾料顆粒間的孔隙也相應增大，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增大。因此，流過濾料顆粒孔隙的水所產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，按照規定反沖洗后濾罐過濾壓差應小于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，水質不合格需要反沖洗；沖洗20 min、26 h后水質不合格需要反沖洗。根據《中國石油天然氣股份有限公司注水開發油田水處理和注水系統地面生產管理規定》的要求，反沖洗周期的設定通常為12 h的整數倍，這樣以方便管理；因此，沖洗15 min與沖洗20 min都需要設定反沖洗周期24 h。