递进式井口精细过滤器设计及原理

摘要：针对低渗透油藏采出水回注工艺中存在的水质问题，设计了一套适合低渗透油藏注水的递进式精细过滤装置，该装置以深床过滤和金属膜表面截留分离原理为基础，以递进式双级不同规格的滤芯组合为依托，经过现场试验进行优化改进研制而成。该装置对悬浮物的截留起到关键作用，是注水进入井底的最后一道地面保障，需大规模应用此装置以保障在低渗透油藏回注中稳定注水。

关键词：低渗透油藏;递进式精细过滤装置;分离原理;滤芯组合;现场试验;地面保障

目前采用注水采油工艺的油田，需要经过净化处理的高压水，通常净化工作在注水泵站进行，但是净化水经过长距离的输送至井口的时候，其中非常有可能会混有一些杂质，因此需要进行过滤，目前用于注水井口的过滤器，在过滤时习惯使用高压气体清理过滤网中的杂质清除，容易对过滤网造成损坏，一般的注水井口过滤器不便于清理，容易影响过滤器正常使用，在一定程度上给过滤工作带来不便，所以需要一种油田注水井口过滤器。国内外应用较多的井口处理装置采用圆筒形、单级过滤方式[1-5]，滤网孔径的大小极易受到来水水质粒径中值的限制，如果滤网孔径过大则无法过滤小直径的固体杂质，影响过滤效果和泵的使用寿命;如果滤网孔径过小则容易被油泥、固体杂质等堵塞，导致过滤器流量降低，无法满足流量要求。为了解决过滤器精度和注水量达标之间的矛盾，设计一款过滤精度高、注水周期长的递进式精细过滤器。

1设计思路

设计理念是消除过滤器内在矛盾，首先保证过滤精度以达到注水标准要求，低渗透油藏注水水质粒径中值必须达到《碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法》SY/T 5329[6]规定的相关要求;其次为了最大程度的延长注水周期，设计了递进式双级不同规格的滤芯组合以保证注水压力差最小，同时递进式逐级提高水质质量;最后设计滤芯清洗一体机，以保证快速、有效的对滤芯进行清洗。

2结构

一种油田注水井口过滤器，包括支撑腿，所述支撑腿的表面固定连接有壳体，所述壳体的表面螺纹连接有第一固定螺栓，所述壳体的表面通过第一固定螺栓固定连接有密封盖，所述壳体的内壁固定连接有第一支撑板，所述第一支撑板的表面固定连接有支撑杆，所述支撑杆的表面固定连接有电机，所述电机的输出轴通过联轴器固定连接有螺纹杆，所述螺纹杆的一端贯穿并延伸至第一支撑板的底部，所述螺纹杆的表面螺纹连接有螺纹管，所述螺纹管的一端固定连接有挤压板，所述壳体的内壁开设有滑槽，所述滑槽的内壁滑动连接有连接块，所述挤压板的表面与连接块的表面固定连接，所述第一支撑板的表面螺纹连接有第二固定螺栓，所述第一支撑板的表面通过第二固定螺栓固定连接有第一连接板，所述第一连接板的表面固定连接有第一过滤板，所述壳体的内壁固定连接有第二支撑板，所述第二支撑板的表面螺纹连接有第三固定螺栓，所述第二支撑板的表面通过第三固定螺栓固定连接有第二连接板，所述第一连接板的表面固定连接有过滤网，所述过滤网远离第一连接板的一端与第二连接板的表面固定连接，所述壳体的表面开设有进水口，所述进水口的内壁固定连接有进水管，所述壳体的表面开设有出水口，所述出水口的内壁固定连接有出水管。递进式精细过滤器由管体、闸门、压力表、取样阀以及排污阀组成（如图1）。管体由壳体和两级滤芯组成，采取直滤式去除悬浮物的方式。核心技术是滤芯（如图2），滤芯采用不锈钢金属丝烧结管，具有耐腐蚀、高强度、过滤精度高、易于清洗、滤材卫生洁净、丝网不脱落等特性。滤芯共有五层结构，分别为保护层、过滤层、分散层以及双层骨架，该种滤材既有稳定的过滤精度又有较高的强度与刚度，对抗压强度要求高及过滤粒度要求均一的场合是一种理想的过滤材料。具备以下有益效果：

（1）该油田注水井口过滤器，当需要使用过滤装置时，启动电机，电机带动螺纹杆转动，螺纹杆带动螺纹管向下压，螺纹管带动挤压板向下压，第一过滤板和第二过滤板重合增加过滤面积，过滤网受挤压缩小过滤空间，达到了便于控制和调节过滤装置的效果。

（2）该油田注水井口过滤器，当需要清洗过滤装置时，启动电机，电机带动螺纹杆转动，螺纹杆带动螺纹管向上升，螺纹管带动挤压板向上升，第一过滤板和第二过滤板分离，过滤网被拉伸，过滤空隙增大，从进水管输入清洗的高压水冲洗过滤网、第一过滤板和第二过滤板，清洗后的污水经出水管排出，达到了便于清洗过滤装置的效果，从而有效的解决了一般的注水井口过滤器不便于清理，容易影响过滤器正常使用，在一定程度上给过滤工作带来不便的问题。

在一定的注水压力作用下，关闭①闸门，打开②和③闸门，注入水按照精细过滤器的方向逐级依次通过一级、二级滤芯，將水中的悬浮物阻止在滤芯的外部，处理过的水从滤芯内部流入井内，从而改善井口注水水质（如图3）。

3特点

该精细过滤器的技术特点主要包括体积小、安装方便、操作简单;可拆卸清洗、更换方便;采用国内先进的金属分子筛网，性能优;耐高温、耐高压、耐腐蚀;滤芯杂质附着力小，孔眼不易堵塞。

4工作原理

递进式精细过滤器是综合深床过滤和金属膜表面截留分离原理而研制成的应用于油田注水终端净化水质的设备，用过滤介质（金属膜）对作为分散相的悬浮物进行拦截而允许作为连续相的水通过来实现两相分离的过程。其有效作用是能有效降低注入水中悬浮物含量、含油量等物质，控制注入水中固体颗粒的粒径中值，改善注水水质，防止地层污染。

5 认识及建议

递进式精细过滤器是针对注水现状对低渗透油藏注水井口设计的一种精滤装置，对水中悬浮物的截留起到关键作用，是注水从地面进入井底的最后一道保障，一方面可有效将悬浮物拦截在井口，避免悬浮物进一步进入地层;另一方面可避免注水管线二次污染物进入地层造成堵塞[7]。

参考文献：

[1]郭伟.超滤+反渗透+三效蒸发器污水处理工艺在天然气处理终端的应用[J].石油工程建设，2015，41（4）：59-61.

[2]王钢，张瑾，王建玺.高效含油污水净化新工艺[J].石油钻采工艺，1996，18（2）：83-89.

[3]朱之锦，任福生，刘艳平，等.PTI-500精细过滤器的应用[J].油气田地面工程，2002（02）：58.

[4]靳丽芳，谢云波，王延生.超高压注水井口过滤技术研究[J].油气田地面工程，2010（08）：35-36.

[5]张朝栋.浅谈注水井井口精细过滤器及应用[J].中国石油和化工标准与质量，2012.32（1）：226-227.

[6]SY/T 5329-94.碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法.

[7]刘祥臣.油田回注水二次污染的解决办法[J].油气田地面工程，2013，32（11）：109.

作者简介：

陈国泉，男，工程师，大学本科，2009年毕业于中国地质大学（武汉），长期从事油田化学研究工作。