【摘要】：核桃殼深床過濾工藝因其具有濾速高和濾床截油能力強(qiáng)的特點(diǎn),而被油田廣泛應(yīng)用。但隨著注聚開發(fā)在油田的推廣應(yīng)用,致使油田污水中聚合物濃度大幅度提高,這對(duì)核桃殼濾料的反沖洗再生帶來極大地影響,主要表現(xiàn)在過濾效率降低、濾料再生不徹底、濾料流失、濾床過度膨脹和反沖洗壓力高等問題。為解決這個(gè)問題,研究將旋流場加載于濾床的水力反沖洗過程,構(gòu)建基于旋流場和重力場耦合的復(fù)合場反沖洗體系,提出一種復(fù)合場動(dòng)態(tài)反沖洗濾料再生的新方法。研究基于旋流場理論和水力反沖洗理論構(gòu)建復(fù)合場動(dòng)態(tài)反沖洗模型。通過模型實(shí)驗(yàn)分析反沖洗強(qiáng)度、復(fù)合場作用和反沖洗時(shí)間的本構(gòu)關(guān)系,建立復(fù)合場動(dòng)態(tài)反沖洗的新方法。探討反沖洗強(qiáng)度、反沖洗時(shí)間、聚合物濃度、水質(zhì)沖擊和溶液粘度等因素對(duì)復(fù)合場動(dòng)態(tài)反沖洗濾料再生性能的影響規(guī)律;構(gòu)建雙濾床批次過濾作用函數(shù),求解雙濾床動(dòng)態(tài)反沖洗的控制面;分析濾料反沖洗再生機(jī)制;確定理論反沖洗時(shí)間。同時(shí),提出顆粒濾床過濾精度的概念,并建立不同機(jī)制作用的顆粒理論精度函數(shù)。結(jié)果表明,復(fù)合場動(dòng)態(tài)反沖洗模式對(duì)濾料反洗再生程度影響最大,反沖洗強(qiáng)度影響次之。復(fù)合場動(dòng)態(tài)反沖洗模式條件下,提高反沖洗強(qiáng)度濾床截留油去除率呈上升趨勢,當(dāng)反沖洗強(qiáng)度8.8L/s·m~2和反沖洗時(shí)間15min時(shí),單濾床和Φ0.80~1.20mm/Φ0.30~0.50mm核桃殼/石英砂濾床截留油去除率基本穩(wěn)定,為96.0%以上,濾料表面油去除率98.9%以上,濾床反沖洗再生徹底。同時(shí)經(jīng)水質(zhì)沖擊、現(xiàn)場污染濾料、外加高濃度聚合物、現(xiàn)場老化聚合物、反沖洗水聚合物粘度變化和濾床結(jié)構(gòu)耦合作用等情況綜合評(píng)價(jià),復(fù)合場動(dòng)態(tài)反沖洗模式適應(yīng)性強(qiáng)。即使在極端條件下,仍可以獲得優(yōu)良反沖洗效果,反洗后濾床截留油去除率為90.0%以上。此外,復(fù)合場動(dòng)態(tài)反沖洗模式對(duì)污水聚合物濃度具有較好適應(yīng)性,當(dāng)聚合物濃度大于400mg/L時(shí),反沖洗強(qiáng)度10.0 L/s·m~2和反沖洗時(shí)間20min時(shí),濾床截留油去除率為86.7%以上,濾床仍然可以獲得良好的反沖洗效果。假設(shè)濾床層依濾料顆粒成層排布,在沉淀機(jī)制作用下懸浮顆粒發(fā)生多次沉淀分離作用,其最不利條件的過濾精度函數(shù)為(?);同時(shí),假設(shè)濾料顆粒緊密排列,顆粒間形成多維孔隙,依據(jù)編織纖維攔截作用建立濾床顆粒攔截機(jī)制作用的過濾精度函數(shù)為(?);此外,懸浮顆粒受到范德華力、靜電力和毛細(xì)力疊加的粘附作用力,以及濾床內(nèi)水流的剪切力作用,在合力作用下獲得捕獲懸浮顆粒粒徑的極小值,即微觀機(jī)制的過濾精度為(?)當(dāng)L/d值1500和過濾速度12.0m/h條件下,沉淀機(jī)制、攔截和粘附機(jī)制的濾床過濾精度分別為4.08μm、2.57μm和0.84μm;此外,實(shí)驗(yàn)表明濾床結(jié)構(gòu)及其耦合作用對(duì)濾床過濾效能影響較大,增加核桃殼濾床厚度,有利于提高油過濾效率,同時(shí)增加石英砂濾床厚度,有利于提高懸浮物過濾效率。聚合物濃度小于200mg/L時(shí),Φ0.80~1.20mm×950mm/Φ0.30~0.50mm×750mm核桃殼/石英砂復(fù)合濾床,油和懸浮物去除率為94.3%和79.7%。聚合物濃度為400mg/L時(shí),油和懸浮物去除率為95.8%和78.3%,聚合物濃度對(duì)其過濾效能影響較小。假設(shè)非理想實(shí)際濾床按濾料粒徑線性堆積排列,其最不利條件的批次過濾作用力方程為(?)當(dāng)濾料顆粒粒徑0d_j2,批次過濾方程為減函數(shù)。因此,非理想實(shí)際濾床批次過濾作用力最大層是濾床最上層,則動(dòng)態(tài)反沖洗過程的控制層是濾床最上層,即濾床最上層沖洗干凈,整個(gè)濾床即可獲得良好反洗再生�；趶�(fù)合場內(nèi)顆粒間碰撞和水流阻力作用,建立復(fù)合場動(dòng)態(tài)反沖洗水力梯度函數(shù)為(?),獲得復(fù)合場動(dòng)態(tài)反沖洗水力梯度為G=2028.6s~(-1),遠(yuǎn)大于單獨(dú)水洗和氣洗的水力梯度。同時(shí),以反沖洗過程中主反應(yīng)區(qū)污染物為研究對(duì)象,建立復(fù)合場動(dòng)態(tài)反沖洗理論時(shí)間的本構(gòu)函數(shù)為(?)確定復(fù)合場理論反沖洗時(shí)間為15~18min,經(jīng)模型實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,理論分析正確。同時(shí),工業(yè)化試驗(yàn)表明復(fù)合場動(dòng)態(tài)反沖洗技術(shù)具有較高過濾和濾料再生效能,其油和懸浮物去除率為86.9%以上,反洗后濾料表面油去除率為96.89%以上,取得了較好工業(yè)化試驗(yàn)成果。復(fù)合場動(dòng)態(tài)反沖洗技術(shù)豐富和發(fā)展了濾料的水力反沖洗方法,為解決油田聚驅(qū)污水濾料反沖洗再生提供一種新的途徑和方法,并為解決其他輕質(zhì)濾床的濾料反洗再生問題提供借鑒意義。
【圖文】：

Auto-ShellTM核桃殼過濾器結(jié)構(gòu)示意圖

Hydromation核桃殼過濾器結(jié)構(gòu)示意圖
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：X741

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本文編號(hào)：2640643