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各種過濾器的結(jié)構(gòu)特點與適用范圍
在油田使用的過濾器盡管五花八門，但按過濾機理對其結(jié)構(gòu)特點進(jìn)行分析主要涉及濾層厚度、孔隙大小和孔隙狀態(tài)。過濾器的工作機理是以篩除作用為主還是以吸附作用為主取決于濾層的厚度。濾層相對較薄的過濾器主要是篩除作用；而濾層較厚的過濾器則以吸附作用為主。過濾器的精度取決于濾層孔隙的大小，但在同樣大小孔隙的情況下，吸附作用的過濾精度遠(yuǎn)大于篩除作用，因此在油田以吸附作用為主的深床過濾器實際應(yīng)用得較多。但以吸附作用為主的過濾器反洗較難，脫附是這種過濾器反洗的關(guān)鍵，既取決于濾材對懸浮物的吸附強度，也取決于濾層孔隙的大小。
如果把濾層孔隙狀態(tài)在過濾時與反洗時保持不變的過濾器稱為固定孔隙過濾器， 而把在反洗時能改變過濾時孔隙狀態(tài)的過濾器稱為非固定孔隙過濾器，則固定孔隙過濾器的反洗要比非固定孔隙過濾器困難得多。由于水中含的油對大多數(shù)過濾介質(zhì)的吸附強度都很大，在固定孔隙過濾器中脫附非常困難，所以固定孔隙過濾器一般說來不適合含油采出水的過濾。
現(xiàn)對油田使用的幾種典型的過濾器分析如下：
1．石英砂過濾器 ’
石英砂過濾器是一種典型的深床過濾器，其結(jié)構(gòu)特點是濾層較厚， 過濾介質(zhì)石英砂的密度較大，濾床比較穩(wěn)定。石英砂過濾器工作的機理主要是吸附作用，而篩除作用是次要的。由于濾床在反沖洗時是固定的，屬于固定孔隙過濾器，被吸附在濾層中的微小顆粒脫附比較困難，因此用反洗來恢復(fù)過濾性能的效果有限，使用一段時間后過濾性能會嚴(yán)重下降，往往需要更換濾料。這種過濾器一般應(yīng)用在對水質(zhì)要求相對不高的清水過濾。
2．輕質(zhì)濾料過濾器
油田使用的輕質(zhì)濾料過濾器主要是核桃殼過濾器，這種過濾器的基本結(jié)構(gòu)和過濾原理與石英砂過濾器相同，區(qū)別是作為濾料的核桃殼的密度較小，一般在1．2 g／cm 左右。由于濾料較輕，反沖洗時在水流作用下濾層成為沸騰床，由濾料間隙形成的微孔被解除，吸附的懸浮物得以脫附。因此，這種過濾器屬于非固定孔隙過濾器，反洗再生能力較強，過濾性能穩(wěn)定，適合于中高滲透率地層水質(zhì)要求的采出水過濾 。
3．微孔陶瓷過濾器
這種過濾器的過濾原件是燒結(jié)而成的多孔陶瓷管，它的本體既作為濾層也作為承托層。這種過濾介質(zhì)的特點是孔隙均勻且穩(wěn)定，對較大的懸浮物有篩除作用，而對較小的懸浮物有吸附作用。反沖洗是通過逆向流和橫向流對過濾介質(zhì)進(jìn)行沖刷，對篩除物的清除效果較好，而對吸附物的清除效果則不明顯， 因而容易造成堵塞。這種過濾器適合中等滲透率地層水質(zhì)的清水過濾。用于含油的采出水過濾時，過濾原件的反洗再生比較困難，需要加人清洗劑并采用氣吹等辦法，反洗工藝非常復(fù)雜 。
4．膜過濾器
這種過濾器的核心原件是濾膜，這是一種制備在微孔承托層(支撐體) 上的布滿更微小孔隙的薄膜。制作濾膜的材料有很多，分為有機膜(如聚砜中空纖維膜) 和無機膜(如陶瓷膜)。濾膜作為過濾原件其結(jié)構(gòu)特點是濾層非常薄，因而它的過濾機理主要是篩除作用，吸附效應(yīng)很小。因此，膜過濾器的過濾精度較高，粒徑控制比較穩(wěn)定，而且反沖洗容易恢復(fù)性能。不過如果水中含有油的話，則很容易堵塞而且不易反洗。國內(nèi)外許多研究者曾基于陶瓷材料的親水性質(zhì)而寄希望于用陶瓷膜處理采出水，但經(jīng)過研究后，普遍認(rèn)為膜污染問題仍然很難解決。膜污染是非常復(fù)雜的問題，但有一點是可以肯定的， 即污染物中有機物的大量存在是確定無疑的，不過一般往往關(guān)注膜本身而較少考慮承托層。。 。按照吸附機理并結(jié)合膜層和承托層的孔隙特征來分析，可以解釋為什么膜過濾針對清水不易堵塞而對于含油污水極易堵塞。對于一般固體懸浮物來說，大于膜孔的顆粒被截留(篩除) 在膜的表面，小于膜孔的顆粒通過膜孔，由于作為濾層的膜很薄，而不能對這些顆粒產(chǎn)生吸附，雖然承托層相對較厚，但其孔隙相對于膜孔較大，不足以產(chǎn)生吸附。這樣只有篩除作用，所以很容易反洗清除。而對于水中的油來說，由于油滴的不穩(wěn)定性，大于膜孔的油滴不一定被篩除，因為可能分裂成小于膜孔的油滴而通過膜孔，盡管它們能穿過膜本身，但在承托層中可以聚結(jié)成大的油滴而被承托層的微孔吸附，而且無法脫附。因此，含油污水會對膜過濾器形成堵塞，并且反洗困難。因而這種過濾器適合于低滲透率地層水質(zhì)要求的清水過濾，而不適用于含油采出水的過濾。
5．纖維介質(zhì)過濾器
這也是一種深床過濾器，濾層介質(zhì)采用纖維材料，一般為合成纖維，常用的有纖維球和纖維束。這種過濾器的過濾機理是纖維介質(zhì)在外力(水力或機械力) 作用下被壓緊后形成微小的孔隙，主要產(chǎn)生吸附作用，將水中的懸浮物濾除。反洗時，解除壓緊力使纖維濾材蓬松，被吸附的懸浮物脫附并在反洗水流的沖洗下被清除。由于纖維材料非常細(xì)，壓緊后形成的孔隙也就非常小，因此過濾精度非常高，是比較理想的精細(xì)過濾器。不過，如果水中含油，則會非常麻煩。因為一般合成纖維都是親油的，對油會有很強的吸附力，而油被吸附到纖維濾材上之后作為粘結(jié)劑將纖維濾材粘在一起，很難松開，反洗非常困難。這種過濾器適用于以清水作為水源的低滲透地層注水水質(zhì)過濾。目前已得到比較成功的應(yīng)用。此外， 國內(nèi)一些研究單位(如江漢機械研究所) 正在研究不親油纖維以及纖維改性技術(shù)， 目的是將這種過濾器用于含油的采出水過濾， 目前已取得了很大的進(jìn)展。如果能將纖維材料本身對油的吸附力減小到足夠的程度，纖維介質(zhì)過濾器，尤其是纖維束過濾器將會成為低滲透油田采出水回注水質(zhì)過濾的理想設(shè)備。
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