論作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)循環(huán)過濾沉淀池在油田節(jié)能減排中的應(yīng)用前景

1、典型案例分析申報(bào)表申報(bào)單位： 井下作業(yè)大隊(duì) 申報(bào)類別： 技術(shù)創(chuàng)新 單位申報(bào)名次：第 5 名案例名稱作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)循環(huán)過濾沉淀池在油田節(jié)能減排中的應(yīng)用前景提案人姚志剛操作人李旭光、蘇愿忠、王凱、袁海坤、張磊、杜長(zhǎng)征發(fā)布人李旭光應(yīng)用時(shí)間2007.7-2008.7應(yīng)用地點(diǎn)井下作業(yè)大隊(duì)案例簡(jiǎn)介及效果評(píng)價(jià)針對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)鉆化堵劑施工用水量大、且返出的含有固體顆粒及其他有害物質(zhì)的污水無法直接再利用的特點(diǎn)，探討其現(xiàn)場(chǎng)處理工藝和再利用的方法，提出了污水處理以“現(xiàn)場(chǎng)過濾、自然沉淀”為主體的工藝方法，研制的作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)循環(huán)過濾沉淀池成功應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)，并達(dá)到了節(jié)水減排的目的，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。該池子是在原有普通鐵池子

2、的基礎(chǔ)上改制而成的，容積為12m3。該池子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)涉及到了流體力學(xué)計(jì)算原理，后面將對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)介紹。池子內(nèi)部用5mm鋼板將其分割成了沉淀區(qū)和循環(huán)區(qū)兩工作區(qū)。這樣，在施工中，實(shí)現(xiàn)了水泥車上水管線與返出液管線的徹底分離，避免了返出的固體顆粒被水泥車直接吸入井內(nèi)的缺點(diǎn)。在沉淀區(qū)內(nèi)安裝了20目、60目、80目的三道濾網(wǎng)，這樣將沉淀區(qū)分割成了三個(gè)沉淀區(qū)塊，進(jìn)行分區(qū)沉淀。該池子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是實(shí)行分級(jí)過濾，延長(zhǎng)了循環(huán)路線。 在施工中，返出液經(jīng)過沉淀區(qū)三道濾網(wǎng)分別進(jìn)行過濾沉淀，過濾后的沖洗液進(jìn)入循環(huán)工作區(qū)，然后被水泥車吸走打入井內(nèi)。這樣就建立了初次沉淀過濾、第二次沉淀過濾、最后一次沉淀過濾再進(jìn)入循環(huán)工作區(qū)的循

3、環(huán)程序。在水泥車的作用下，返出液管線將攜帶著固體顆粒的返出液排入第一個(gè)沉淀區(qū)，在20目濾網(wǎng)的作用下將較大的固體顆粒攔在該區(qū)內(nèi)進(jìn)行初次沉淀。較小的固體顆粒隨液流進(jìn)入第二個(gè)沉淀區(qū)，在60目濾網(wǎng)的作用下將其攔在該區(qū)內(nèi)進(jìn)行第二次沉淀。最后更小的固體顆粒隨液流進(jìn)入第三個(gè)沉淀區(qū)進(jìn)行沉淀。經(jīng)測(cè)量，經(jīng)過三次過濾沉淀的沖洗液固體顆粒含量小于5ml/L，顆粒直徑小于0.1mm，水質(zhì)達(dá)到了技術(shù)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。2007年7月2008年7月，井下作業(yè)大隊(duì)共在現(xiàn)場(chǎng)使用循環(huán)過濾沉淀池105井次，效果明顯，平均單井使用水量?jī)H為20 m3。如7-293鉆塞歷時(shí)216小時(shí)，共計(jì)用水僅45 m3。在池子改造前，采用補(bǔ)充換液的辦法，這樣不

4、但造成了水資源的浪費(fèi)，還增加了污水排放的壓力。池子改造后，平均每口井可節(jié)約用水150 m3，全年共節(jié)約用水15750 m3，同時(shí)減少污水排放15750 m3。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，中原油田六個(gè)采油廠每年平均化堵鉆塞井達(dá)到了670井次，如果在整個(gè)油田推廣使用循環(huán)過濾沉淀池，僅作業(yè)鉆塞施工每年則可節(jié)約用水101250 m3，同時(shí)減少污水排放101250 m3，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。三級(jí)單位意見 （蓋章） 年 月 日評(píng)委會(huì)意見 年 月 日作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)循環(huán)過濾沉淀池在油田節(jié)能減排中的應(yīng)用前景 時(shí) 間：2007年2008年地 點(diǎn)：井下作業(yè)大隊(duì)提案人：姚志剛 操作人：李旭光 蘇愿忠 王凱 袁海坤 張磊 杜長(zhǎng)征 發(fā)布

5、人：李旭光一、問題的提出目前油水井?dāng)D堵工藝已成為增油上產(chǎn)的重要措施之一，隨著化堵井的增多，鉆塞任務(wù)越來越重。僅中原油田采油五廠擠堵鉆塞井每年平均就達(dá)到了96井次，且鉆塞井段較厚，一般厚度在一百米以上，鉆塞過程中，鉆塞液返排出大量的堵劑固體顆粒。傳統(tǒng)上，普遍采用12m3鐵池進(jìn)行循環(huán)沉淀，由于這種池子存在循環(huán)路線短，沉淀速度慢，隨著鉆塞液中固體顆粒的增多，大量的固體顆粒會(huì)被再次循環(huán)吸入井內(nèi)。這樣不但污染油層，還極易堵螺桿鉆，造成起鉆進(jìn)行二次鉆塞，甚至還有造成卡鉆等井下事故發(fā)生的危險(xiǎn)。因此，必須對(duì)池子里的污水及時(shí)進(jìn)行更換，這樣的做法，不但造成水資源的巨大浪費(fèi)，且大量的污水被拉走排放，增加了污水處理的

6、負(fù)擔(dān)。從根本上來說，需要以新技術(shù)，新工藝來減少這種水資源的浪費(fèi)。從目前來看，我國(guó)節(jié)能大行動(dòng)已經(jīng)全面的展開，相應(yīng)的政策要求也已經(jīng)出臺(tái)，對(duì)企業(yè)的要求與節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)提得更高。針對(duì)這種情況，我們研制了作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)循環(huán)過濾沉淀池，在現(xiàn)場(chǎng)得到了較好的應(yīng)用，且效果明顯。二、目的意義針對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)鉆化堵劑施工用水量大、且返出的含有固體顆粒及其他有害物質(zhì)的污水無法直接再利用的特點(diǎn)，探討其現(xiàn)場(chǎng)處理工藝和再利用的方法，提出了污水處理以“現(xiàn)場(chǎng)過濾、自然沉淀”為主體的工藝方法，研制的作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)循環(huán)過濾沉淀池成功應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)，并達(dá)到了節(jié)水減排的目的。三、案例內(nèi)容1、循環(huán)過濾沉淀池的結(jié)構(gòu)：該池子是在原有普通鐵池子的基礎(chǔ)上改制而成的，容積

7、為12m3。該池子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)涉及到了流體力學(xué)計(jì)算原理，后面將對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)介紹。池子內(nèi)部用5mm鋼板將其分割成了沉淀區(qū)和循環(huán)區(qū)兩工作區(qū)。這樣，在施工中，實(shí)現(xiàn)了水泥車上水管線與返出液管線的徹底分離，避免了返出的固體顆粒被水泥車直接吸入井內(nèi)的缺點(diǎn)。在沉淀區(qū)內(nèi)安裝了20目、60目、80目的三道濾網(wǎng)，這樣將沉淀區(qū)分割成了三個(gè)沉淀區(qū)塊，進(jìn)行分區(qū)沉淀。該池子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是實(shí)行分級(jí)過濾，延長(zhǎng)了循環(huán)路線。2、循環(huán)過濾沉淀池的沉淀原理及水力計(jì)算根據(jù)工程流體力學(xué)原理：當(dāng)液流的速度V液小于固體顆粒在水中的自由下沉速度V降時(shí)，固體顆粒就會(huì)得到有效沉淀。即：V固V降V液式中V固 固體顆粒在沉淀池中的沉淀速度，米/秒； V液

8、 液體在沉淀池中的流動(dòng)速度，米/秒； V降 固體顆粒在靜止的液體中的沉淀速度，米/秒。從上面公式可以看出，固體顆粒在池子中得到有效沉淀的條件是V液小于V降，也就是說要控制液體在池子中的流動(dòng)速度。在排量（要求排量達(dá)到25m3/h）不變的情況下，要實(shí)現(xiàn)這一目的，必須使液體在池子中的流動(dòng)面積滿足這一要求，在設(shè)計(jì)池子的時(shí)候我們考慮到了這一點(diǎn)。另外，還考慮到固體顆粒的沉淀需要時(shí)間，要想得到有效沉淀，必須使其沉淀時(shí)間小于液體在沉淀區(qū)流動(dòng)所需的時(shí)間。即T固T液T固H/V固式中H 沉淀池的深度，米；V固 固體顆粒在沉淀池中的沉淀速度，米/秒；T固 固體顆粒在沉淀池中的沉淀時(shí)間，秒。T液L/ V液式中L 液體在

9、沉淀區(qū)流動(dòng)的距離，米；V液 液體在沉淀池中的流動(dòng)速度，米/秒；T液 液體在沉淀區(qū)流動(dòng)所需的時(shí)間，秒。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，固體顆粒的自由沉降速度V降與其密度及其顆粒直徑有關(guān)，相同密度的固體顆粒，顆粒越大，沉降速度越快；相同直徑的固體顆粒，密度越大，沉降速度越快。目前堵劑水泥固體顆粒密度為3.15、石英砂的密度為2.65，因此相同顆粒直徑的堵劑水泥固體顆粒的沉降速度高于石英砂的沉降速度，由于施工中往往鉆堵劑及沖砂同時(shí)進(jìn)行，現(xiàn)場(chǎng)施工中沖出的砂粒直徑一般為0.4-0.8mm，現(xiàn)以顆粒直徑為0.4mm的石英砂在池子中的沉淀為例，對(duì)沉淀的沉淀效果進(jìn)行分析計(jì)算。密度為2.65的石英砂在水中的自由沉降速度平均顆粒直徑（

10、mm）自由沉降速度（m/s）平均顆粒直徑（mm）自由沉降速度（m/s）平均顆粒直徑（mm）自由沉降速度（m/s）平均顆粒直徑（mm）自由沉降速度（m/s）2.80.1911.040.0940.2300.02850.1120.00712.30.1670.760.0770.2000.02440.0800.00421.850.1470.510.0530.1560.01720.0550.00211.550.1270.400.0410.1260.01200.0320.00071.190.1050.300.0340.1160.00850.0010.00011、池子外圍尺寸：長(zhǎng)×寬×高6

11、m×2m×1m池子容積：6m×2m×1m12m3 池子中液流截面積：1m×1m1m2沉淀區(qū)距離：1m+5m=6m2、液流速度的計(jì)算：已知排量為25 m3/h，即1立方/144秒1m3水通過截面積為1m2的距離為：1m3÷1m21m所以，V液1米÷144秒0.006944米/秒從給出的石英砂自由沉降速度表中可以看出，V液（0.006944米/秒）大大低于它們的自由沉降速度V降，顆粒直徑大于0.112mm的砂子達(dá)到了沉淀?xiàng)l件。所以直徑為0.4-0.8mm的砂粒完全有條件在池子里沉淀。3、顆粒（直徑為0.4mm）沉淀時(shí)間T固與液流

12、通過沉淀區(qū)所需的時(shí)間T液的計(jì)算比較：T固H/V固1/0.041-0.0069441/0.03405630秒T液L/ V液6/0.006944864秒可以看出T固T液，顆粒直徑為0.4-0.8mm砂粒完全有時(shí)間在池子里沉淀。四、操作方法在施工中，返出液經(jīng)過沉淀區(qū)三道濾網(wǎng)分別進(jìn)行過濾沉淀，過濾后的沖洗液進(jìn)入循環(huán)工作區(qū)，然后被水泥車吸走打入井內(nèi)。這樣就建立了初次沉淀過濾、第二次沉淀過濾、最后一次沉淀過濾再進(jìn)入循環(huán)工作區(qū)的循環(huán)程序。在水泥車的作用下，返出液管線將攜帶著固體顆粒的返出液排入第一個(gè)沉淀區(qū)，在20目濾網(wǎng)的作用下將較大的固體顆粒攔在該區(qū)內(nèi)進(jìn)行初次沉淀。較小的固體顆粒隨液流進(jìn)入第二個(gè)沉淀區(qū)，在6

13、0目濾網(wǎng)的作用下將其攔在該區(qū)內(nèi)進(jìn)行第二次沉淀。最后更小的固體顆粒隨液流進(jìn)入第三個(gè)沉淀區(qū)進(jìn)行沉淀。經(jīng)測(cè)量，經(jīng)過三次過濾沉淀的沖洗液固體顆粒含量小于5ml/L，顆粒直徑小于0.1mm，水質(zhì)達(dá)到了技術(shù)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。該池子由于延長(zhǎng)了循環(huán)路線，并在兩個(gè)位置改變液流的方向，這樣，有助于固體顆粒的沉淀。在兩個(gè)變向位置分別裝有20目、60目濾網(wǎng)，80目濾網(wǎng)裝在最后一個(gè)沉淀區(qū)塊。采取分區(qū)沉淀的優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)使沉淀太擁擠，不至于堵塞濾網(wǎng)，有利于液流順利通過。設(shè)置濾網(wǎng)的另一個(gè)作用是避免因排量過大使固體顆粒來不及沉淀而被在次吸入井內(nèi)。經(jīng)過三次過濾沉淀，保證了入井液的清潔。五、效益評(píng)價(jià)2007年7月2008年7月，井下作業(yè)大隊(duì)

14、共在現(xiàn)場(chǎng)使用循環(huán)過濾沉淀池105井次，效果明顯，平均單井使用水量?jī)H為20 m3。如7-293鉆塞歷時(shí)216小時(shí)，共計(jì)用水僅45 m3。在池子改造前，采用補(bǔ)充換液的辦法，這樣不但造成了水資源的浪費(fèi)，還增加了污水排放的壓力。池子改造后，平均每口井可節(jié)約用水150 m3，全年共節(jié)約用水15750 m3，同時(shí)減少污水排放15750 m3。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，中原油田六個(gè)采油廠每年平均化堵鉆塞井達(dá)到了670井次，如果在整個(gè)油田推廣使用循環(huán)過濾沉淀池，僅作業(yè)鉆塞施工每年則可節(jié)約用水101250 m3，同時(shí)減少污水排放101250 m3，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。六、綜述水是人類生活生產(chǎn)中不可獲缺的寶貴自然財(cái)富，我國(guó)人均水資源擁有量只有2200立方米，僅為世界