论作业现场循环过滤沉淀池在油田节能减排中的应用前景.doc

典型案例分析申报表申报单位： 井下作业大队 申报类别： 技术创新 单位申报名次：第 5 名案例名称作业现场循环过滤沉淀池在油田节能减排中的应用前景提案人姚志刚操作人李旭光、苏愿忠、王凯、袁海坤、张磊、杜长征发布人李旭光应用时间2007.7-2008.7应用地点井下作业大队案例简介及效果评价针对作业现场钻化堵剂施工用水量大、且返出的含有固体颗粒及其他有害物质的污水无法直接再利用的特点，探讨其现场处理工艺和再利用的方法，提出了污水处理以“现场过滤、自然沉淀”为主体的工艺方法，研制的作业现场循环过滤沉淀池成功应用于现场，并达到了节水减排的目的，取得了良好的经济效益和社会效益。该池子是在原有普通铁池子的基础上改制而成的，容积为12m3。该池子的结构设计涉及到了流体力学计算原理，后面将对此进行详细介绍。池子内部用5mm钢板将其分割成了沉淀区和循环区两工作区。这样，在施工中，实现了水泥车上水管线与返出液管线的彻底分离，避免了返出的固体颗粒被水泥车直接吸入井内的缺点。在沉淀区内安装了20目、60目、80目的三道滤网，这样将沉淀区分割成了三个沉淀区块，进行分区沉淀。该池子的结构特点是实行分级过滤，延长了循环路线。 在施工中，返出液经过沉淀区三道滤网分别进行过滤沉淀，过滤后的冲洗液进入循环工作区，然后被水泥车吸走打入井内。这样就建立了初次沉淀过滤、第二次沉淀过滤、最后一次沉淀过滤再进入循环工作区的循环程序。在水泥车的作用下，返出液管线将携带着固体颗粒的返出液排入第一个沉淀区，在20目滤网的作用下将较大的固体颗粒拦在该区内进行初次沉淀。较小的固体颗粒随液流进入第二个沉淀区，在60目滤网的作用下将其拦在该区内进行第二次沉淀。最后更小的固体颗粒随液流进入第三个沉淀区进行沉淀。经测量，经过三次过滤沉淀的冲洗液固体颗粒含量小于5ml/L，颗粒直径小于0.1mm，水质达到了技术规定标准。2007年7月2008年7月，井下作业大队共在现场使用循环过滤沉淀池105井次，效果明显，平均单井使用水量仅为20 m3。如7-293钻塞历时216小时，共计用水仅45 m3。在池子改造前，采用补充换液的办法，这样不但造成了水资源的浪费，还增加了污水排放的压力。池子改造后，平均每口井可节约用水150 m3，全年共节约用水15750 m3，同时减少污水排放15750 m3。据不完全统计，中原油田六个采油厂每年平均化堵钻塞井达到了670井次，如果在整个油田推广使用循环过滤沉淀池，仅作业钻塞施工每年则可节约用水101250 m3，同时减少污水排放101250 m3，具有广阔的推广应用前景。三级单位意见 （盖章） 年 月 日评委会意见 年 月 日作业现场循环过滤沉淀池在油田节能减排中的应用前景 时 间：2007年2008年地 点：井下作业大队提案人：姚志刚 操作人：李旭光 苏愿忠 王凯 袁海坤 张磊 杜长征 发布人：李旭光一、问题的提出目前油水井挤堵工艺已成为增油上产的重要措施之一，随着化堵井的增多，钻塞任务越来越重。仅中原油田采油五厂挤堵钻塞井每年平均就达到了96井次，且钻塞井段较厚，一般厚度在一百米以上，钻塞过程中，钻塞液返排出大量的堵剂固体颗粒。传统上，普遍采用12m3铁池进行循环沉淀，由于这种池子存在循环路线短，沉淀速度慢，随着钻塞液中固体颗粒的增多，大量的固体颗粒会被再次循环吸入井内。这样不但污染油层，还极易堵螺杆钻，造成起钻进行二次钻塞，甚至还有造成卡钻等井下事故发生的危险。因此，必须对池子里的污水及时进行更换，这样的做法，不但造成水资源的巨大浪费，且大量的污水被拉走排放，增加了污水处理的负担。从根本上来说，需要以新技术，新工艺来减少这种水资源的浪费。从目前来看，我国节能大行动已经全面的展开，相应的政策要求也已经出台，对企业的要求与节能标准提得更高。针对这种情况，我们研制了作业现场循环过滤沉淀池，在现场得到了较好的应用，且效果明显。二、目的意义针对作业现场钻化堵剂施工用水量大、且返出的含有固体颗粒及其他有害物质的污水无法直接再利用的特点，探讨其现场处理工艺和再利用的方法，提出了污水处理以“现场过滤、自然沉淀”为主体的工艺方法，研制的作业现场循环过滤沉淀池成功应用于现场，并达到了节水减排的目的。三、案例内容1、循环过滤沉淀池的结构：该池子是在原有普通铁池子的基础上改制而成的，容积为12m3。该池子的结构设计涉及到了流体力学计算原理，后面将对此进行详细介绍。池子内部用5mm钢板将其分割成了沉淀区和循环区两工作区。这样，在施工中，实现了水泥车上水管线与返出液管线的彻底分离，避免了返出的固体颗粒被水泥车直接吸入井内的缺点。在沉淀区内安装了20目、60目、80目的三道滤网，这样将沉淀区分割成了三个沉淀区块，进行分区沉淀。该池子的结构特点是实行分级过滤，延长了循环路线。2、循环过滤沉淀池的沉淀原理及水力计算根据工程流体力学原理：当液流的速度V液小于固体颗粒在水中的自由下沉速度V降时，固体颗粒就会得到有效沉淀。即：V固V降V液式中V固 固体颗粒在沉淀池中的沉淀速度，米/秒； V液 液体在沉淀池中的流动速度，米/秒； V降 固体颗粒在静止的液体中的沉淀速度，米/秒。从上面公式可以看出，固体颗粒在池子中得到有效沉淀的条件是V液小于V降，也就是说要控制液体在池子中的流动速度。在排量（要求排量达到25m3/h）不变的情况下，要实现这一目的，必须使液体在池子中的流动面积满足这一要求，在设计池子的时候我们考虑到了这一点。另外，还考虑到固体颗粒的沉淀需要时间，要想得到有效沉淀，必须使其沉淀时间小于液体在沉淀区流动所需的时间。即T固T液T固H/V固式中H 沉淀池的深度，米；V固 固体颗粒在沉淀池中的沉淀速度，米/秒；T固 固体颗粒在沉淀池中的沉淀时间，秒。T液L/ V液式中L 液体在沉淀区流动的距离，米；V液 液体在沉淀池中的流动速度，米/秒；T液 液体在沉淀区流动所需的时间，秒。根据实验，固体颗粒的自由沉降速度V降与其密度及其颗粒直径有关，相同密度的固体颗粒，颗粒越大，沉降速度越快；相同直径的固体颗粒，密度越大，沉降速度越快。目前堵剂水泥固体颗粒密度为3.15、石英砂的密度为2.65，因此相同颗粒直径的堵剂水泥固体颗粒的沉降速度高于石英砂的沉降速度，由于施工中往往钻堵剂及冲砂同时进行，现场施工中冲出的砂粒直径一般为0.4-0.8mm，现以颗粒直径为0.4mm的石英砂在池子中的沉淀为例，对沉淀的沉淀效果进行分析计算。密度为2.65的石英砂在水中的自由沉降速度平均颗粒直径（mm）自由沉降速度（m/s）平均颗粒直径（mm）自由沉降速度（m/s）平均颗粒直径（mm）自由沉降速度（m/s）平均颗粒直径（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、池子外围尺寸：长宽高6m2m1m池子容积：6m2m1m12m3 池子中液流截面积：1m1m1m2沉淀区距离：1m+5m=6m2、液流速度的计算：已知排量为25 m3/h，即1立方/144秒1m3水通过截面积为1m2的距离为：1m31m21m所以，V液1米144秒0.006944米/秒从给出的石英砂自由沉降速度表中可以看出，V液（0.006944米/秒）大大低于它们的自由沉降速度V降，颗粒直径大于0.112mm的砂子达到了沉淀条件。所以直径为0.4-0.8mm的砂粒完全有条件在池子里沉淀。3、颗粒（直径为0.4mm）沉淀时间T固与液流通过沉淀区所需的时间T液的计算比较：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，颗粒直径为0.4-0.8mm砂粒完全有时间在池子里沉淀。四、操作方法在施工中，返出液经过沉淀区三道滤网分别进行过滤沉淀，过滤后的冲洗液进入循环工作区，然后被水泥车吸走打入井内。这样就建立了初次沉淀过滤、第二次沉淀过滤、最后一次沉淀过滤再进入循环工作区的循环程序。在水泥车的作用下，返出液管线将携带着固体颗粒的返出液排入第一个沉淀区，在20目滤网的作用下将较大的固体颗粒拦在该区内进行初次沉淀。较小的固体颗粒随液流进入第二个沉淀区，在60目滤网的作用下将其拦在该区内进行第二次沉淀。最后更小的固体颗粒随液流进入第三个沉淀区进行沉淀。经测量，经过三次过滤沉淀的冲洗液固体颗粒含量小于5ml/L，颗粒直径小于0.1mm，水质达到了技术规定标准。该池子由于延长了循环路线，并在两个位置改变液流的方向，这样，有助于固体颗粒的沉淀。在两个变向位置分别装有20目、60目滤网，80目滤网装在最后一个沉淀区块。采取分区沉淀的优点是不会使沉淀太拥挤，不至于堵塞滤网，有利于液流顺利通过。设置滤网的另一个作用是避免因排量过大使固体颗粒来不及沉淀而被在次吸入井内。经过三次过滤沉淀，保证了入井液的清洁。五、效益评价2007年7月2008年7月，井下作业大队共在现场使用循环过滤沉淀池105井次，效果明显，平均单井使用水量仅为20 m3。如7-293钻塞历时216小时，共计用水仅45 m3。在池子改造前，采用补充换液的办法，这样不但造成了水资源的浪费，还增加了污水排放的压力。池子改造后，平均每口井可节约用水150 m3，全年共节约用水15750 m3，同时减少污水排放15750 m3。据不完全统计，中原油田六个采油厂每年平均化堵钻塞井达到了670井次，如果在整个油田推广使用循环过滤沉淀池，仅作业钻塞施工每年则可节约用水101250 m3，同时减少污水排放101250 m3，具有广阔的推广应用前景。六、综述水是人类生活生产中不可获缺的宝贵自然财富，我国人均水资源拥有量只有2200立方米，仅为世界平均水