油田注水过滤介质渗滤特性时变规律研究

摘要

油田注水对水质有严格的要求，过滤是保证水质的重要水处理环节。研究过滤介质的过滤机理、过滤性能，在保证水质的前提下提高滤速、减少损耗有助于提高油田产能，降低成本，增加经济效益。滤料颗粒的大小和表面物理化学特征、滤层厚度和微观孔隙结构、原水特性和滤速、反洗再生方法和工艺等，都是影响过滤效果的重要因素。论文主要针对核桃壳、无烟煤、石英砂三种油田常用滤料，开展了大量的理论、实验和数值模拟研究。 通过研究三种滤料物理结构和化学特征，发现它们的颗粒表面粗糙度、比表面积、润湿性、表面的负电性等属性都有差别，这意味着三种滤料在过滤中对原油、悬浮固体颗粒等污染物的去除有不同的效果。核桃壳滤料表面结构及物理化学特征，使其具有良好的除油性能和易于反洗的特性。 通过实验对核桃壳滤料的粒径、厚度、滤速对其过滤性能的影响做了研究，得到在保证滤层厚度的基础上，适当减小粒径，有助于更好的保证水质；滤层厚度越厚过滤效果越好，周期越长；滤速越小，过滤效果越好。并通过简单的数值模拟对实验结果进行了验证。 反洗过程中滤料颗粒表面污染物的去除会同时受到水流剪切力和颗粒之间以及颗粒与固体表面之间碰撞摩擦的多重影响。实验得到反洗水流强度4.0L/（m2·s），叶片转速为120rpm时搅拌反洗具有最好的反洗效果，搅拌反洗10min左右便可以达到90%的污染物去除率。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究目的及意义

1.2 国内外研究现状

11.2.1 污水过滤技术研究现状

1.2.2 污水过滤机理的研究现状

1.2.3 滤料的应用与发展现状

1.3 主要研究内容

1.4 本文的创新点及技术路线

1.4.1 本文的创新点

1.4.2 技术路线

第二章 滤料性能及影响因素研究

2.1 滤料结构及特征参数

2.1.1 滤料表面结构

2.1.2 滤层孔隙特征

2.1.3 比表面积和密度

2.1.4 孔隙率测定

2.1.5 滤料颗粒表面物化特性

2.2 滤料粒径对过滤的影响

2.2.1 滤料的粒径、滤层厚度选择的理论分析

2.2.2滤料粒径与滤层厚度研究

2.3 滤料渗滤特性的影响因素分析

2.3.1 实验设备及方法

2.3.2 滤料的粒径、滤层厚度对过滤性能的影响

2.3.3 滤速对过滤性能的影响

2.3.4 滤料过滤的合理周期研究

2.4 本章小结

第三章 滤料除污效果评价

3.1 滤料对悬浮固体颗粒物的过滤特征

3.1.1 悬浮固体颗粒物滤除效果

3.1.2 滤层属性参数的变化

3.2 核桃壳滤料除油效果

3.3 聚合物和乳化油含量对过滤的影响

3.3.1 含聚及含油污水

3.3.2 乳化油含量对滤料过滤性能的影响

3.3.3 聚合物对过滤的影响

3.3.4 乳化油和聚合物对不同滤料性能的影响

3.4 本章小结

第四章 核桃壳滤料反冲洗实验研究

4.1 反洗方式及机理

4.2 核桃壳滤料反洗实验

4.2.1 搅拌反冲洗强度确定

4.2.2 搅拌反冲洗转速的确定

4.2.3 搅拌时间对反洗效果的影响

4.3 本章小结

第五章 过滤过程数值模拟

5.1 数学模型的建立与求解

5.1.1 数学模型

5.1.2 定解条件

5.1.3 模型的差分格式

5.2 数值模拟的结果分析

5.3 软件编写与应用

5.4 本章小结

结论

参考文献

致谢