過濾器濾芯的使用范圍

現(xiàn)在使用的過濾器盡管五花八門，但按過濾機(jī)理對其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(jī)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(shí)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(qiáng)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(shí)與反洗時(shí)保持不變的過濾器稱為固定孔隙過濾器，而把在反洗時(shí)能改變過濾時(shí)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(qiáng)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(diǎn)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(jī)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(shí)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(shí)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1.2g／cm左右。由于濾料較輕，反沖洗時(shí)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(qiáng)，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(diǎn)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(shí)，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(jī)膜（如聚砜中空纖維膜）和無機(jī)膜（如陶瓷膜）。濾膜作為過濾原件其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是濾層非常薄，因而它的過濾機(jī)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(diǎn)是可以肯定的，即污染物中有機(jī)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(jī)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?yàn)榭赡芊至殉尚∮谀た椎挠偷味ㄟ^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(jī)理是纖維介質(zhì)在外力（水力或機(jī)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(shí)，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?yàn)橐话愫铣衫w維都是親油的，對油會有很強(qiáng)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(jī)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。