CN106556678B - 一种油田注入水精细化预处理模拟实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种油田注入水精细化预处理模拟实验方法，该方法包括以下步骤：(1)将药剂注入输送油田注入水的管道中，油田注入水和药剂在管道中混合后送入斜管除油器进行油、水、泥渣分离，并收集分离后的水相；所述药剂包括水处理剂和/或离子调整剂；(2)将所述水相送入过滤器中进行过滤处理，并收集滤液；(3)所述滤液经离子交换器处理后，得到油田注入水精细化预处理后的水样；(4)对所述水样进行测试，分析测试结果。本发明提供的油田注入水精细化预处理模拟实验方法可以用来研究不同水处理剂的净水效果，污水停留时间对斜管除油器分离效率的影响，各种过滤介质在不同流速情况下的过滤效果等。

Description

一种油田注入水精细化预处理模拟实验方法

技术领域

本发明属于油水分离技术领域，具体涉及一种油田注入水精细化预处理模拟实验方法。

背景技术

我国绝大部分油田采用注水开发的模式，一方面是为了补充地层能量；一方面是为了减少污水外排对环境以及生命安全的影响。随着石油开采的进程，采出原油的含水率不断增加，油水分离后产生大量的油田污水。为了提高现场设备的水处理效率，需要研究不同药剂、不同工艺下设备的除油效果以及水处理能力。同时，据最新研究成果表明，通过调整油田注入水的离子类型以及离子浓度可以较大幅度提高石油采收率。因此需要一种既具备高效率处理油田污水能力又具备调整注入水离子类型和离子浓度的模拟实验方法，用来评价不同药剂、不同工艺条件下注入水的精细化处理效果。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种油田注入水精细化预处理模拟实验方法。

为达到上述目的，本发明提供了一种油田注入水精细化预处理模拟实验方法，该方法包括以下步骤：

(1)将药剂注入输送油田注入水的管道中，油田注入水和药剂在管道中混合后送入斜管除油器进行油、水、泥渣分离，并收集分离后的水相；所述药剂包括水处理剂和/或离子调整剂；

(2)将所述水相送入过滤器中进行过滤处理，并收集滤液；

(3)所述滤液经离子交换器处理后，得到油田注入水精细化预处理后的水样；

(4)对所述水样进行测试，分析测试结果。

在上述油田注入水精细化预处理模拟实验方法中，优选地，在所述步骤(1)中，油田注入水的流速为5-60mL/min，油田注入水和药剂在管道中混合的时间为60-300s；进一步优选地，所述药剂是以药剂溶液的形式注入输送油田污水的管道中，药剂溶液的注入速度为0.005-10mL/min。

在上述油田注入水精细化预处理模拟实验方法中，优选地，在所述步骤(2)中，水相进入过滤器的压力为0.5-2MPa；水相的流速为5-60mL/min；水相在过滤器中的停留时间为10-30s。

在上述油田注入水精细化预处理模拟实验方法中，优选地，在所述步骤(3)中，所述离子交换器为钙镁离子交换器。

在上述油田注入水精细化预处理模拟实验方法中，步骤(4)中对水样进行测试，可以采用本领域的常规方法，具体分析项目根据需要设定即可。

在上述油田注入水精细化预处理模拟实验方法中，优选地，该方法还包括对水处理剂的成分及浓度进行调整，并通过模拟实验的结果评价不同水处理剂的净水效果的步骤。

在上述油田注入水精细化预处理模拟实验方法中，优选地，该方法还包括对油田注入水流速和斜管除油器中斜板的倾斜角度进行调整，并通过模拟实验的结果评价油田注入水停留时间对斜管除油器分离效率的影响的步骤。

在上述油田注入水精细化预处理模拟实验方法中，优选地，该方法还包括对油田注入水流速和过滤器中滤料成分进行调整，并通过模拟实验的评价各种过滤介质在不同流速情况下的过滤效果的步骤。

在上述油田注入水精细化预处理模拟实验方法中，优选地，该方法还包括对过滤器中的滤料粒径值、级配比和填充方式进行调整，并通过模拟实验的结果评价不同滤料粒径值、级配比和填充方式对过滤效率的影响的步骤。

在上述油田注入水精细化预处理模拟实验方法中，可以使用以下油田注入水精细化预处理模拟实验装置进行实验，该装置具有以下结构：该装置包括进水系统、加药系统、斜管除油系统、过滤及离子交换系统和微机控制系统；其中，进水系统与斜管除油系统连通；加药系统与连通进水系统和斜管除油系统的管线连通；斜管除油系统与过滤及离子交换系统连通；进水系统、加药系统、斜管除油系统、过滤及离子交换系统分别与微机控制系统连接。这种油田注入水精细化预处理模拟实验装置既能高效率处理油田污水，同时又能调整注入水离子类型和离子浓度，因此，能够实现在室内条件下便捷、经济的评价不同药剂、不同工艺条件下注入水的精细化处理效果。对于上述油田注入水精细化预处理模拟实验装置，本领域技术人员可以根据需要设置必要的管路和阀门(手动球阀、电磁阀、单向阀等)，例如，为了安全需要设置安全回路或安全阀；为了取样需要设置取样管线或取样阀门；各容器可以设置排净阀门，密封容器可以设置放空阀等。另外，管路、控制阀门(电磁阀)以及数据采集元件(流量计、液位计等)的具体设置，最好能尽可能的满足微机控制系统的自动化控制。

在上述方法中，优选地，该方法中使用的油田注入水精细化预处理模拟实验装置的结构为：进水系统包括污水槽和污水提升泵，所述污水槽与污水提升泵连通，所述污水提升泵与斜管除油系统连通；加药系统包括至少一组加药单元，各加药单元之间采用并列方式连接；斜管除油系统包括斜管除油器、污油槽、水槽和过滤增压泵；所述斜管除油器的出水口与水槽连通，所述水槽与过滤增压泵连通；斜管除油器的污油排出口和排净口分别与污油槽连通；过滤及离子交换系统包括过滤单元、离子交换单元以及滤后水槽，过滤单元和离子交换单元之间采用并联或串联连接后再与滤后水槽连通；所述过滤单元包括至少一个过滤器，各过滤器之间采用串联连通或并联连接；所述离子交换单元包括至少一个离子交换器，各离子交换器之间采用串联连通或并联连接。其中，过滤及离子交换系统中使用的过滤器和离子交换器均可以选自本领域常规的实验室设备，但是为了便于模拟实验中对处理过程的观察，过滤器和离子交换器的外壳最好由透明材料制成。在过滤及离子交换系统中，过滤单元和离子交换单元并不一定要同时使用，实验人员可以根据需要仅使用其中一个单元，或者两个单元同时使用。过滤单元与离子交换单元最好设置为既可以实现串联工作，又可以实现并联工作的连接方式，以便根据实验需求灵活调整。过滤器中滤料的粒径值、级配比和填充方式可以评价需要进行调整；离子交换器可以为钙镁离子交换器，也可以为用于调整其他离子浓度的离子交换器。

在上述方法中，优选地，油田注入水精细化预处理模拟实验装置的结构为：加药单元包括加药槽、标定柱和加药泵；加药槽分别与标定柱和加药泵连通，加药泵与连通进水系统和斜管除油系统的管线连通，加药槽内设置有液位探测器，在加药槽分别与加药泵和标定柱连通的管路上，分别设置有手动球阀，在加药泵与连通进水系统和斜管除油系统的管线上设置有单向阀；斜管除油器的进水口之前设置有电动阀，在所述斜管除油器的外部设置有连通进水口和出水口的管线，在该管线上设置有电动阀；水槽中设置有液位探测器，在水槽与过滤增压泵连通的管路上依次设置有单向阀和过滤阀，在过滤增压泵的出水管路上设置有单向阀；过滤及离子交换系统还包括反冲单元，反冲单元中的反冲洗水泵的入口与滤后水槽连通，出口与过滤器的出水口连通，过滤器的入水口设置有与滤后水槽连通的管路。

在上述方法中，优选地，油田注入水精细化预处理模拟实验装置的过滤及离子交换系统的具体设置方式为：(1)过滤单元的具体连接方式为：过滤及离子交换系统的入水管线上设置有两条分别与第一过滤器和第二过滤器的入口端相连通的支路，在支路上分别设置有电磁阀；第一过滤器和第二过滤器的出口端分别设置有与过滤单元出水总管连通的支路，在支路上分别设置有电磁阀，在出口端与电磁阀连通的管线上还设置有取样支路，在取样支路上设置有取样阀；在第一过滤器和第二过滤器的外部，分别设置有连通入口端和出口端的支路，在支路上设置有压差计，在压差计的两端分别设置有手动球阀；第一过滤器和第二过滤器的顶部分别设置有排气阀。(2)反冲洗单元的具体连接方式为：反冲洗水泵的进水端与滤后水槽连通，在连通的管路上设置有手动球阀；反冲洗水泵的出水端分别与第一过滤器和第二过滤器的出口端相连通，在连通的管路上分别设置有电磁阀；第一过滤器和第二过滤器的入口端分别设置有与滤后水槽连通的管路，在管路上分别设置有电磁阀；在反冲洗水泵的出水端还设置有与滤后水槽直接连通的安全支路，在安全支路上设置有安全阀。(3)离子交换单元的具体连接方式为：过滤单元出水总管与离子交换器的入口端连通；离子交换器出口端与滤后水槽连通，在连通的管路上设置有手动球阀；离子交换器的顶部设施有排气阀；离子交换器的入水管线上设置有与过滤及离子交换系统的入水管线连通的支路，在支路上设置有电磁阀；离子交换器的出水管线上设置有过滤单元出水总管连通的支路，在支路上设置有电磁阀。

在上述方法中，优选地，为了便于观察实验情况油田注入水精细化预处理模拟实验装置中的污水槽、加药槽、斜管除油器、过滤器或离子交换器的外壳可以采用透明材料制成。

在上述方法中，优选地，油田注入水精细化预处理模拟实验装置的斜管除油系统中使用的斜管除油器可以采用如下设计：斜管除油器包括本体、进水端盖、出水端盖和斜板组件；进水端盖和出水端盖分别设置于本体的两端，并与本体密封连接；进水端盖设置有用于定位斜板组件的第一限位件；出水端盖设置有用于定位斜板组件的第二限位件；斜板组件置于本体内部，包括支撑件和斜板；支撑件包括用于放置斜板的孔板以及用于支撑孔板的第一支脚和第二支脚，第一支脚通过第一限位件固定于进水端盖，第二支脚通过第二限位件固定于出水端盖。在本发明提供的一种优选实施方式中，斜管除油器的本体由透明材质制成。该斜管除油器采用了一种易于更换具有不同倾斜角度的斜板的设计，使得不同斜板倾角下对油水分离效果的研究变得简单易行。由于采用限位件的方式固定斜板，而且本体采用的是两端开口设计，因此，在更换斜板时，将端盖的任意一端或两端同时打开，都能顺利的使第一限位件和/或第二限位件与第一支脚和/或第二支脚进行分离，从而方便地取出斜板(也可以将斜板组件整个取出)。该斜管除油器中的第一限位件、第二限位件、第一支脚、第二支脚可以采用本领域的常规方式，最好能尽量选则既易于限位固定又易于分离的方式。该斜管除油器中，斜板组件将本体的内部空间分割为上部进水空间、中部斜板空间以及下部出水空间，油田污水依次流经上部进水空间、中部斜板空间、下部出水空间。斜板组件中的斜板可以理解为本领域中熟知的斜板填料或斜管填料。较常规的，斜板的顶面和底面一般为平面状，斜板置于孔板上，并通过第一支脚和第二支脚可以固定于装置内部，必要时可以在支撑件上设置水流通道，以满足进出水的要求。另外，除了第一支脚和第二支脚外，必要时可以设置其他的辅助性支撑部件；针对孔板，也可以设置相应的用于固定斜板的固定部件以及增加承重性能的部件。

在上述斜管除油器的一种优选实施方式中，斜管除油系统中使用的斜管除油器的第一限位件和第二限位件为定位销，斜板组件的第一支脚和第二支脚上分别设置有与定位销形状相适配的通孔。

在上述斜管除油器的一种优选实施方式中，斜管除油系统中使用的斜管除油器的进水端盖采用如下设计：进水端盖上设置有进水口、第一挡板和第二挡板；其中，进水口设置于进水端盖封闭端，进水端盖内壁沿进水方向依次设置有用于限制进水流向的第一挡板和第二挡板；第一挡板由进水端盖的顶部向下延伸至其底边低于进水口的位置，第一挡板的顶边和侧边分别与进水端盖的内壁密封连接；第二挡板由进水端盖的底部向上延伸至其顶边高于第一挡板底边的位置，第二挡板的底边和侧边分别与出水端盖的内壁密封连接。优选地，斜管除油器进水端盖的排净口可以采用如下设计：进水端盖的底部设置有第一排净口，第一排净口位于第一挡板和第二挡板形成的水流通道的底部。在本发明提供的一种优选实施方式中，斜管除油器进水端盖的第一限位件设置于第二挡板上。

在上述斜管除油器的一种优选实施方式中，斜管除油系统中使用的斜管除油器的出水端盖采用如下设计：出水端盖上设置有出水口、第三挡板、J型导流管、排渣导管和出渣口；其中，出水口设置于出水端盖封闭端；第三挡板整体与出水端盖的内壁密封连接，且在第三挡板的底部开有通孔；J型导流管设置于第三挡板和出水端盖封闭端之间，J型导流管的底部水平段与第三挡板的通孔连通，顶部竖直管段的端部位于出水口的上方；出渣口设置于出水端盖封闭端，并位于出水口上方，出渣口与排渣导管的一端连通，排渣导管的另一端穿过第三挡板并延伸至斜板组件上方。优选地，斜管除油器出水端盖的排净口和排空口可以采用如下设计：出水端盖的底部设置有第二排净口和第三排净口，第二排净口和第三排净口分别位于第三挡板的两侧；出水端盖的顶部设置有排空口，排空口位于第三挡板与出水端盖封闭端之间。进一步优选地，斜管除油器的出水端盖上还可以设置第四挡板，沿水流方向上第四挡板设置于第三挡板之前；第四挡板由出水端盖的底部向上延伸至其顶边与支撑件的孔板齐平的位置，第四挡板的底边和侧边分别与出水端盖的内壁密封连接，且在第四挡板的底部开有用于出水的通孔。在本发明提供的一种优选实施方式中，斜管除油器出水端盖的第二限位件设置于第四挡板上。

在上述斜管除油器的一种优选实施方式中，斜管除油系统中使用的斜管除油器的进水端盖、本体和出水端盖的连接方式为：进水端盖敞口端和出水端盖敞口端分别设置有用于包裹本体端部的外延部，所述外延部内设置有密封圈和垫片。另外，在斜管除油器的端盖外部还可以增设用于增强连接强度的紧固件，具体为：所述进水端盖和出水端盖的外壁设置有用于增强连接强度的紧固件；所述紧固件包括至少两组相适配的连接拉杆和固定部。例如，在出水端盖和进水端盖外壁对称的设置四组固定部以及相应的连接拉杆；另外，在进水端盖和出水端盖上还可以设置悬挂部，便于室内模拟实验中对斜管除油器的固定。

在上述斜管除油器的一种优选实施方式中，斜管除油系统中使用的斜管除油器的斜板中水流通道的角度(斜板的倾斜角度)为30°-60°，优选为50°。另外，斜管除油器的体积不易过大，将其水平长度控制在100mm-600mm(优选为270-330mm)，竖直高度控制在50mm-400mm(优选为90-120mm)比较合适；相应的，斜板的垂直高度控制在46-55mm较合适。在本发明提供的一种优选实施方式中，斜管除油器的本体为圆柱状，所述进水端盖和出水端盖设计为与本体相适配的圆弧状。

在上述油田注入水精细化预处理模拟实验方法中，用于模拟实验的油田注入水可以为油田污水、注入海水以及用于油田注入的所有水源井水。

本发明提供的油田注入水精细化预处理模拟实验方法可以用来研究不同水处理剂的净水效果，污水停留时间对斜管除油器分离效率的影响，各种过滤介质在不同流速情况下的过滤效果，不同滤料粒径值、级配比和填充方式对过滤效率的影响，不同离子调整剂和不同使用浓度对注入水离子类型及浓度的影响。

附图说明

图1为实施例1中油田注入水精细化预处理模拟实验装置的连接示意简图；

图2为实施例1中进水系统的结构示意图；

图3为实施例1中加药系统的结构示意图；

图4为实施例1中斜管除油系统的结构示意图；

图5为实施例1中过滤和离子交换系统的结构示意图；

图6为实施例1斜管除油器的剖面结构示意图(不包括紧固件)；

图7为实施例1斜管除油器的立体结构示意图；

图8为实施例1斜管除油器进水端盖的结构示意图；

图9为实施例1斜管除油器出水端盖的结构示意图；

附图标号说明：

101污水槽，102污水提升泵，103搅拌器，104温控探头，105第一液位探测器，106第一过滤阀，107第一单向阀，108流量计，201第一加药槽，202第一标定柱，203第一加药泵，204第二液位探测器，205第二单向阀，206第二加药槽，207第二标定柱，208第二加药泵，209第三液位探测器，210第三单向阀，301斜管除油器，302污油槽，303水槽，304第三液位探测器，305第二过滤阀，306过滤增压泵，401第一过滤器，402滤后水槽，403第四液位探测器，404反冲洗水泵，405第二过滤器，406钙镁离子交换器；

3001筒体，3002进水端盖，3003出水端盖，3004螺杆，3005斜板组件，3006螺帽，3007密封圈，3008垫片，3009螺栓，3010悬挂部，3201进水口，3202第一挡板，3203第二挡板，3204第一排净口，3205进水端盖定位销，3301出水口，3302出渣口，3303第三挡板，3304J型导流管，3305排渣导管，3306排空口，3307第二排净口，3308第三排净口，3309第四挡板，3310出水端盖定位销，3311固定脚，3501斜板，3502孔板，3503第一支脚，3504第二支脚。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征，目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例1

本实施例提供了一种油田注入水精细化预处理模拟实验装置(图1为该装置的连接示意简图)，该装置包括进水系统，加药系统，斜管除油系统，过滤及离子交换系统和微机控制系统；其中，进水系统与斜管除油系统连通；加药系统与连通进水系统和斜管除油系统的管线连通；斜管除油系统与过滤及离子交换系统连通；进水系统，加药系统，斜管除油系统，过滤及离子交换系统分别与微机控制系统连接；具体地：

进水系统(结构示意图如图2所示)包括污水槽101(透明材料制成)和污水提升泵102，污水槽101的出水口与污水提升泵102的入水口连通，污水提升泵102的出水口与斜管除油系统中斜管除油器301的入水口连通；污水槽101内设置有搅拌器103，温控探头104和第一液位探测器105，在污水槽101与污水提升泵102连通的管路上依次设置有手动球阀和第一过滤阀106，在污水提升泵102与斜管除油系统连通的管路上依次设置有第一单向阀107和流量计108；该进水系统中还设置有安全回路，安全回路的一端伸入污水槽101中，另一端连接在流量计108之后，在安全回路上设置有安全阀；在流量计108之前还设置有与安全回路连通的支路，在支路上设置有手动球阀。

加药系统(结构示意图如图3所示)包括至少两组加药单元，两组药单元之间采用并列方式连接；第一加药单元包括第一加药槽201(透明材料制成)，第一标定柱202和第一加药泵203；第一加药槽201内设置有第二液位探测器204，并分别设置有与第一标定柱202和第一加药泵203连通的管线，两个管线上分别设置有手动球阀；第一加药泵203的出水管线上设置有第二单向阀205，该出水管线与斜管除油器301的入水管线连通；第二加药单元包括第二加药槽206(透明材料制成)，第二标定柱207，第二加药泵208，第三液位探测器209，第三单向阀210，具体设置方式与第一加药单元相同。

斜管除油系统(结构示意图如图4所示)包括斜管除油器301，污油槽302(透明材料制成)，水槽303(透明材料制成)和过滤增压泵306；在斜管除油器301的进水口之前设置有电动阀，其出水口与水槽303连通，水槽303与过滤增压泵306连通；斜管除油器的污油排出口和排净口分别与污油槽303连通；水槽303中设置有第三液位探测器304，在水槽33与过滤增压泵306连通的管路上依次设置有单向阀和第二过滤阀305，在过滤增压泵306的出水管路上设置有单向阀；在斜管除油器的外部还设置有连通进水口和出水口的管线，在该管线上设置有电动阀；

斜管除油系统中的斜管除油器301(图6为斜管除油器的剖面示意图，图7为斜管除油器的立体结构示意图)的具体结构为：包括筒体3001，进水端盖3002，出水端盖3003，螺杆3004，斜板组件3005，螺帽3006，密封圈3007，垫片3008，螺栓3009，悬挂部3010；其中，筒体3001由透明玻璃制成；进水端盖3002和出水端盖3003分别设置于筒体3001的两端，并与筒体3001密封连接；

进水端盖3002(图8为进水端盖的结构示意图)上设置有进水口3201，第一挡板3202，第二挡板3203，第一排净口3204，进水端盖定位销3205以及用于包裹筒体3001的外延部；其中，进水口3201设置于进水端盖3002的封闭端中部，进水端盖3002内壁沿进水方向依次设置有第一挡板3202和第二挡板3203；第一挡板3202由进水端盖的顶部向下延伸至其底边低于进水口3201的位置，第一挡板3202的顶边和侧边分别与进水端盖3002的内壁密封连接；第二挡板3203由进水端盖3002的底部向上延伸至其顶边高于第一挡板3202底边的位置，第二挡板3203的底边和侧边分别与出水端盖的内壁密封连接；进水端盖定位销3205设置于第二挡板3203上；第一排净口3204设置于进水端盖的底部，具体位于第一挡板3202和第二挡板3203形成的水流通道的底部；

出水端盖3003(图9为出水端盖的结构示意图)上设置有出水口3301，出渣口3302，第三挡板3303，J型导流管3304，排渣导管3305，排空口3306，第二排净口3307，第三排净口3308，第四挡板3309，出水端盖定位销3310，固定脚3311以及用于包裹筒体3001的外延部；其中，出水口3301设置于出水端盖3003的封闭端中部；第三挡板3303整体与出水端盖3003的内壁密封连接，且在第三挡板3303的底部开有通孔；J型导流管3304设置于第三挡板3303和出水端盖封闭端之间，其底部水平段与第三挡板303的通孔连通，顶部竖直管段的端部位于出水口301的上方并通过固定脚3311固定于第三挡板3303上，另外，在竖直管段的中上部还设置有透明视窗；出渣口3302设置于出水端盖封闭端，并位于出水口3301上方，出渣口3302与排渣导管3305的一端连通，排渣导管3305的另一端穿过第三挡板3303并延伸至斜板组件3005上方；沿水流方向上，在第三挡板3303之前还设置有第四挡板3309，第四挡板3309由出水端盖3003的底部向上延伸至其顶边与支撑件的孔板3502齐平的位置，其底边和侧边分别与出水端盖的内壁密封连接，出水端盖定位销3310设置于第四挡板上3309上，在第四挡板的底部还开有用于出水的通孔；第二排净口3307和第三排净口3308设置于出水端盖3003的底部，具体地，第二排净口3307位于第三挡板3303和第四挡板3309之间，第三排净口3308位于第三挡板3303和出水端盖的封闭端之间；排空口3306设置于出水端盖3003的顶部，具体位于第三挡板3303与出水端盖封闭端之间；

斜板组件3005由支撑件和斜板组成；支撑件包括孔板3502，第一支脚3503，第二支脚3504以及侧挡板；第一支脚3503和第二支脚3504分别固接于孔板的两端，在第二支脚3504的底部开有与第四挡板3309的通孔向连通的水流通道；侧挡板设置于第二支脚3504的上方，并设置为与斜板的倾斜角度相适配；斜板中水流通道的角度为50°，并置于孔板上，且一端与侧挡板相抵接，斜板的前后两个侧面设置为与本体3001的内壁相适配；第一支脚3503通过进水端盖定位销3205与进水端盖固定，第二支脚3504通过出水端盖定位销3310与出水端盖固定；

进水端盖3002和出水端盖3003的外延部分别包裹筒体3001的两端，并通过密封圈3007和垫300片8进行密封连接；在进水端盖3002和出水端盖3003的外延部上还设置有紧固件，该紧固件由四组螺杆3004，螺帽3006和螺栓3009组成；另外，在紧固件上还设置有悬挂部3010；斜管除油器的长度为310mm，内径为110mm，斜板的倾斜角为50°。

过滤及离子交换系统(结构示意图如图5所示)包括过滤单元，离子交换单元，滤后水槽402以及反冲洗单元；其中，过滤单元中包括两个过滤器以及相应的管线和阀门，第一过滤器401和第二过滤器402采用即可并联操作又可串联操作的连接方式，管线上设置有可实现并联和串联操作的阀门；反冲洗单元包括反冲洗水泵404以及相应的管线和阀门；离子交换单元包括一个钙镁离子交换器以及相应的管线和阀门，钙镁离子交换器406采用即可与过滤单元并联(主要是为了满足既可以仅对来水进行过滤操作，又可以仅对来水进行离子交换操作)工作又可串联工作(水先经过滤单元处理后进入离子交换器处理，然后再流入虑后水槽中)的连接方式；滤后水槽402中设置有第四液位探测器403；另外，第一过滤器401，第二过滤器405，离子交换器406的外壳均由透明材料制成，滤后水槽402由透明材料制成；具体设置如下：

过滤单元的具体连接方式为：过滤及离子交换系统的入水管线上设置有两条分别与第一过滤器401和第二过滤器405的入口端相连通的支路，在支路上分别设置有电磁阀；第一过滤器401和第二过滤器405的出口端分别设置有与过滤单元出水总管连通的支路，在支路上分别设置有电磁阀，在出口端与电磁阀连通的管线上还设置有取样支路，在取样支路上设置有取样阀；在第一过滤器401和第二过滤器405的外部，分别设置有连通入口端和出口端的支路，在支路上设置有压差计，在压差计的两端分别设置有手动球阀；第一过滤器401和第二过滤器405的顶部分别设置有排气阀；

反冲洗单元的具体连接方式为：反冲洗水泵404的进水端与滤后水槽402连通，在连通的管路上设置有手动球阀；反冲洗水泵404的出水端分别与第一过滤器401和第二过滤器405的出口端相连通，在连通的管路上分别设置有电磁阀；第一过滤器401和第二过滤器405的入口端分别设置有与滤后水槽连通的管路，在管路上分别设置有电磁阀；在反冲洗水泵的出水端还设置有与滤后水槽直接连通的安全支路，在安全支路上设置有安全阀；

离子交换单元的具体连接方式为：过滤单元出水总管与钙镁离子交换器406的入口端连通；钙镁离子交换器406出口端与滤后水槽连通，在连通的管路上设置有手动球阀；钙镁离子交换器406的顶部设施有排气阀；钙镁离子交换器406的入水管线上设置有与过滤及离子交换系统的入水管线连通的支路，在支路上设置有电磁阀；钙镁离子交换器406的出水管线上设置有过滤单元出水总管连通的支路，在支路上设置有电磁阀。

实施例2

本实施例提供了利用实施例1的装置进行油田注入水精细化预处理模拟实验的方法。具体如下：

(一)模拟实验中使用的药剂

水处理剂：聚合氯化铝净水剂，聚合硫酸铁净水剂，使用浓度均为20-80mg/L；聚丙烯酰胺絮凝剂：40mg/L；

(二)油田注入水的样品来源

吉林英东萨尔图油藏产出污水；

(三)油田注入水精细化预处理模拟实验方法的具体步骤为：

(1)将配制好的水处理剂分别加入加药槽201和206中，将油田注入水加入污水槽101中；通过两台加药泵(203和208)将两个加药槽中的药剂加入到与斜管除油器入水口连接的管道中，同时通过污水提升泵102将油田注入水加入到该管道中；利用输入流体自身动能完成油田注入水和药剂的水力混合，以达到充分完成化学反应的目的；油田注入水的流速为5mL/min，药剂的流速为0.1mL/min，油田注入水与药剂的混合时间为60s；

(2)加药后的流体进入到斜管除油器301中，斜管除油器301利用斜管沉降分离原理，完成油，水，泥渣的分离；斜管除油器中斜板的倾斜角度为60°；斜管除油器的容积为2.2L；斜管除油器中油田注入水停留时间为30min。

表1 不同药剂浓度下的净水效果

(3)从斜管除油器301中流出的液体经水槽303收集后，再经过过滤增压泵306注入过滤器(401和405)中；仪器设置为两级精细过滤，两台过滤器串联使用；滤料为石英砂和核桃壳，粒径为1.6-2.0mm，级配比为1:4.0，填充方式为石英砂和核桃壳按照1:4.0的级配比进行充填；油田注入水注入过滤器的压力为2MPa；注入水流速为5mL/min；停留时间为10s；

过滤后的滤液经过钙镁离子交换器406，实现离子调整，钙镁离子交换器的填料为钙镁离子交换树脂；

期间，还可利用反冲洗水泵对过滤器进行反冲洗，在使用过程中两台过滤器可以一台过滤，一台进行滤料的反冲洗。

(4)对钙镁离子交换器406处理后的水样进行分析测试。

(5)通过对步骤(1)中药剂的浓度进行调整，评价不同药剂浓度下对净水效果的影响，具体测试结果见上述表1。

实施例3

本实施例提供了利用实施例1的装置进行油田注入水精细化预处理模拟实验的方法。具体如下：

(一)模拟实验中使用的药剂。聚合氯化铝净水剂，使用浓度均为60mg/L；聚丙烯酰胺絮凝剂：40mg/L。

(二)油田注入水的样品来源。吉林英东萨尔图油藏产出污水。

(三)油田注入水精细化预处理模拟实验方法的具体步骤为：

(1)将配制好的水处理剂分别加入加药槽201和206中，将油田注入水加入污水槽101中；通过两台加药泵(203和208)将两个加药槽中的药剂加入到与斜管除油器入水口连接的管道中，同时通过污水提升泵102将油田注入水加入到该管道中；利用输入流体自身动能完成油田注入水和药剂的水力混合，以达到充分完成化学反应的目的；油田注入水的流速为5mL/min，药剂的流速为0.1mL/min，油田注入水与药剂的混合时间为60s。

(2)加药后的流体进入到斜管除油器301中，斜管除油器的容积为2.2L，斜管除油器中油田注入水停留时间为30min；斜管除油器301利用斜管沉降分离原理，完成油，水，泥渣的分离。

(3)从斜管除油器301中流出的液体经水槽303收集后，再经过过滤增压泵306注入过滤器(401和405)中；仪器设置为两级精细过滤，两台过滤器串联使用；滤料为石英砂和核桃壳，粒径为1.6-2.0mm，级配比为1:4.0，填充方式为石英砂和核桃壳按照1:4.0的级配比进行充填；油田注入水注入过滤器的压力为2MPa；注入水流速为5mL/min；停留时间为10s。

过滤后的滤液经过钙镁离子交换器406，实现离子调整，钙镁离子交换器的填料为钙镁离子交换树脂。

期间，还可利用反冲洗水泵对过滤器进行反冲洗，在使用过程中两台过滤器可以一台过滤，一台进行滤料的反冲洗。

表2 不同斜板倾斜角度和油田注入水条件下斜管除油器分离效率

(4)对钙镁离子交换器406处理后的水样进行分析测试。

(5)通过对步骤(2)中斜管除油器斜板的倾斜角度以及油田注水水流速进行调整，以评价油田注入水停留时间对斜管除油器分离效率的影响，测试结果见表2。其中，斜板的倾斜角度为30°，40°，50°，60°；进入斜管除油器油田注入水流速为5mL/min，8mL/min，10mL/min，12mL/min。

实施例4

本实施例提供了利用实施例1的装置进行油田注入水精细化预处理模拟实验的方法。具体如下：

(一)模拟实验中使用的药剂。聚合氯化铝净水剂，使用浓度均为60mg/L；聚丙烯酰胺絮凝剂：40mg/L。

(二)油田注入水的样品来源。吉林英东萨尔图油藏产出污水。

(三)油田注入水精细化预处理模拟实验方法的具体步骤为：

(1)将配制好的水处理剂分别加入加药槽201和206中，将油田注入水加入污水槽101中；通过两台加药泵(203和208)将两个加药槽中的药剂加入到与斜管除油器入水口连接的管道中，同时通过污水提升泵102将油田注入水加入到该管道中；利用输入流体自身动能完成油田注入水和药剂的水力混合，以达到充分完成化学反应的目的；油田注入水的流速为5mL/min，药剂的流速为0.1mL/min，油田注入水与药剂的混合时间为60s。

(2)加药后的流体进入到斜管除油器301中，斜管除油器301利用斜管沉降分离原理，完成油，水，泥渣的分离；斜管除油器中斜板的倾斜角度为60°；斜管除油器的容积为2.2L；斜管除油器中油田注入水停留时间为30min。

(3)从斜管除油器301中流出的液体经水槽303收集后，再经过过滤增压泵306注入过滤器(401和405)中；仪器设置为两级精细过滤，两台过滤器串联使用；滤料为石英砂和核桃壳，粒径为1.6-2.0mm；油田注入水注入过滤器的压力为2MPa。

过滤后的滤液经过钙镁离子交换器406，实现离子调整，钙镁离子交换器的填料为钙镁离子交换树脂。

期间，还可利用反冲洗水泵对过滤器进行反冲洗，在使用过程中两台过滤器可以一台过滤，一台进行滤料的反冲洗。

(4)对钙镁离子交换器406处理后的水样进行分析测试。

表3 吉林英东萨尔图油藏产出污水实验结果

(5)通过对步骤(3)中过滤器(401和405)中填料成分，级配比以及油田注入水的流速和停留时间进行调整，以评价各种过滤介质在不同流速情况下的过滤效果，测试结果见表3。过滤器的级配比分别为1:3.0，1:3.5，1:4.0，1:5.0；填充方式以石英砂和核桃壳按照1:3.0的级配比进行充填，石英砂和核桃壳按照1:3.5的级配比进行充填，石英砂和核桃壳按照1:4.0的级配比进行充填，石英砂和核桃壳按照1:5.0的级配比进行充填；油田注入水的流速为5mL/min，8mL/min，10mL/min；停留时间为10s，6.5s，5s。

实施例5

本实施例提供了利用实施例1的装置进行油田注入水精细化预处理模拟实验的方法。具体如下：

(一)模拟实验中使用的药剂。聚合氯化铝净水剂，使用浓度均为60mg/L；聚丙烯酰胺絮凝剂：40mg/L。

(二)油田注入水的样品来源。长庆西峰油田长8油藏产出污水。

(三)油田注入水精细化预处理模拟实验方法的具体步骤为：

(1)将配制好的水处理剂分别加入加药槽201和206中，将油田注入水加入污水槽101中；通过两台加药泵(203和208)将两个加药槽中的药剂加入到与斜管除油器入水口连接的管道中，同时通过污水提升泵102将油田注入水加入到该管道中；利用输入流体自身动能完成油田注入水和药剂的水力混合，以达到充分完成化学反应的目的；油田注入水的流速为5mL/min，药剂的流速为0.1mL/min，油田注入水与药剂的混合时间为60s。

(2)加药后的流体进入到斜管除油器301中，斜管除油器301利用斜管沉降分离原理，完成油，水，泥渣的分离；斜管除油器中斜板的倾斜角度为60°；斜管除油器的容积为2.2L；斜管除油器中油田注入水停留时间为30min。

(3)从斜管除油器301中流出的液体经水槽303收集后，再经过过滤增压泵306注入过滤器(401和405)中；仪器设置为两级精细过滤，两台过滤器串联使用；滤料为石英砂和核桃壳，粒径为1.6-2.0mm；油田注入水注入过滤器的压力为2MPa。

过滤后的滤液经过钙镁离子交换器LZ，实现离子调整，钙镁离子交换器的填料为钙镁离子交换树脂。

期间，还可利用反冲洗水泵对过滤器进行反冲洗，在使用过程中两台过滤器可以一台过滤，一台进行滤料的反冲洗。

(4)对钙镁离子交换器406处理后的水样进行分析测试。

(5)通过对步骤(3)中过滤器(401和405)中填料成分，级配比以及油田注入水的流速和停留时间进行调整，以评价各种过滤介质在不同流速情况下的过滤效果，测试结果见表4。过滤器的级配比分别为1:3.0，1:3.5，1:4.0，1:5.0；填充方式以石英砂和核桃壳按照1:3.0的级配比进行充填，石英砂和核桃壳按照1:3.5的级配比进行充填，石英砂和核桃壳按照1:4.0的级配比进行充填，石英砂和核桃壳按照1:5.0的级配比进行充填；油田注入水的流速为5mL/min，8mL/min，10mL/min；停留时间为10s，6.5s，5s。

表4长庆西峰油田长8油藏产出污水实验结果

通过上述几个实施例可知，本发明提供的可以便于研究不同水处理剂的净水效果，污水停留时间对斜管除油器分离效率的影响，各种过滤介质在不同流速情况下的过滤效果，不同滤料粒径值，级配比和填充方式对过滤效率的影响，不同离子调整剂和不同使用浓度对注入水离子类型及浓度的影响。

Claims (13)

1.一种油田注入水精细化预处理模拟实验方法，该方法包括以下步骤：

(1)将药剂注入输送油田注入水的管道中，油田注入水和药剂在管道中混合后送入斜管除油器进行油、水、泥渣分离，并收集分离后的水相；所述药剂包括水处理剂和/或离子调整剂；

(2)将所述水相送入过滤器中进行过滤处理，并收集滤液；

(3)所述滤液经离子交换器处理后，得到油田注入水精细化预处理后的水样；

(4)对所述水样进行测试，分析测试结果；

该方法还包括对水处理剂的成分及浓度进行调整，并通过模拟实验的结果评价不同水处理剂的净水效果的步骤；以及对油田注入水流速和斜管除油器中斜板的倾斜角度进行调整，并通过模拟实验的结果评价油田注入水停留时间对斜管除油器分离效率的影响的步骤；

该方法使用的油田注入水精细化预处理模拟实验装置的结构为：所述油田注入水精细化预处理模拟实验装置包括进水系统、加药系统、斜管除油系统、过滤及离子交换系统和微机控制系统；其中，进水系统与斜管除油系统连通；加药系统与连通进水系统和斜管除油系统的管线连通；斜管除油系统与过滤及离子交换系统连通；所述进水系统、加药系统、斜管除油系统、过滤及离子交换系统分别与微机控制系统连接；

斜管除油系统中的斜管除油器包括本体、进水端盖、出水端盖和斜板组件；所述进水端盖和出水端盖分别设置于本体的两端，并与本体密封连接；所述进水端盖设置有用于定位斜板组件的第一限位件；所述出水端盖设置有用于定位斜板组件的第二限位件；所述斜板组件置于本体内部，包括支撑件和斜板；所述支撑件包括用于放置斜板的孔板以及用于支撑孔板的第一支脚和第二支脚，所述第一支脚通过第一限位件固定于进水端盖，所述第二支脚通过第二限位件固定于出水端盖；所述斜板中水流通道的角度为30°-60°；

所述本体由透明材质制成；所述进水端盖敞口端和出水端盖敞口端分别设置有用于包裹本体端部的外延部，所述外延部内设置有密封圈和垫片；所述斜管除油器的端盖外部设置有用于增强连接强度的紧固件；所述紧固件包括至少两组相适配的连接拉杆和固定部。

2.根据权利要求1所述的油田注入水精细化预处理模拟实验方法，其中，在所述步骤(1)中，油田注入水的流速为5-60mL/min，油田注入水和药剂在管道中混合的时间为60-300s。

3.根据权利要求1所述的油田注入水精细化预处理模拟实验方法，其中，在所述步骤(1)中，所述药剂是以药剂溶液的形式注入输送油田污水的管道中，所述药剂溶液的注入速度为0.005-10mL/min。

4.根据权利要求1所述的油田注入水精细化预处理模拟实验方法，其中，在所述步骤(2)中，水相进入过滤器的压力为0.5-2MPa；水相的流速为5-60mL/min；水相在过滤器中的停留时间为10-30s。

5.根据权利要求1所述的油田注入水精细化预处理模拟实验方法，其中，在所述步骤(3)中，所述离子交换器为钙镁离子交换器。

6.根据权利要求1所述的油田注入水精细化预处理模拟实验方法，其中，该方法还包括对油田注入水流速和过滤器中滤料成分进行调整，并通过模拟实验的评价各种过滤介质在不同流速情况下的过滤效果的步骤。

7.根据权利要求1所述的油田注入水精细化预处理模拟实验方法，其中，该方法还包括对过滤器中的滤料粒径值、级配比和填充方式进行调整，并通过模拟实验的结果评价不同滤料粒径值、级配比和填充方式对过滤效率的影响的步骤。

8.根据权利要求1-7任一项所述的油田注入水精细化预处理模拟实验方法，其中，在所述油田注入水精细化预处理模拟实验装置中，

所述进水系统包括污水槽和污水提升泵，所述污水槽与污水提升泵连通，所述污水提升泵与斜管除油系统连通；

所述加药系统包括至少一组加药单元，各加药单元之间采用并列方式连接；

所述斜管除油系统包括斜管除油器、污油槽、水槽和过滤增压泵；所述斜管除油器的出水口与水槽连通，所述水槽与过滤增压泵连通；斜管除油器的污油排出口和排净口分别与污油槽连通；

所述过滤及离子交换系统包括过滤单元、离子交换单元以及滤后水槽，过滤单元和离子交换单元之间采用并联或串联连接后再与滤后水槽连通；所述过滤单元包括至少一个过滤器，各过滤器之间采用串联连通或并联连接；所述离子交换单元包括至少一个离子交换器，各离子交换器之间采用串联连通或并联连接。

9.根据权利要求8所述的油田注入水精细化预处理模拟实验方法，其中，在所述油田注入水精细化预处理模拟实验装置中，

所述加药单元包括加药槽、标定柱和加药泵；所述加药槽分别与标定柱和加药泵连通；所述加药泵与连通进水系统和斜管除油系统的管线连通；在加药槽内设置有液位探测器，在加药槽分别与加药泵和标定柱连通的管路上，分别设置有手动球阀，在加药泵与连通进水系统和斜管除油系统的管线上设置有单向阀；

所述斜管除油器的进水口之前设置有电动阀，在斜管除油器的外部设置有连通进水口和出水口的管线，在该管线上设置有电动阀；所述水槽中设置有液位探测器；在水槽与过滤增压泵连通的管路上依次设置有单向阀和过滤阀，在过滤增压泵的出水管路上设置有单向阀；

所述过滤及离子交换系统还包括反冲单元，反冲单元中的反冲洗水泵的入口与滤后水槽连通，出口与过滤器的出水口连通，过滤器的入水口设置有与滤后水槽连通的管路。

10.根据权利要求9所述的油田注入水精细化预处理模拟实验方法，其中，在所述油田注入水精细化预处理模拟实验装置中，所述污水槽、加药槽、斜管除油器、过滤器或离子交换器的外壳采用透明材料制成。

11.根据权利要求1所述的油田注入水精细化预处理模拟实验方法，其中，在所述斜管除油器中，进水端盖上设置有进水口、第一挡板和第二挡板；

其中，所述进水口设置于进水端盖封闭端，进水端盖内壁沿进水方向依次设置有用于限制进水流向的第一挡板和第二挡板；

第一挡板由进水端盖的顶部向下延伸至其底边低于进水口的位置，第一挡板的顶边和侧边分别与进水端盖的内壁密封连接；

第二挡板由进水端盖的底部向上延伸至其顶边高于第一挡板底边的位置，第二挡板的底边和侧边分别与出水端盖的内壁密封连接；

所述进水端盖的底部设置有第一排净口，所述第一排净口位于第一挡板和第二挡板形成的水流通道的底部；

所述进水端盖的第一限位件设置于第二挡板上。

12.根据权利要求11所述的油田注入水精细化预处理模拟实验方法，其中，在所述斜管除油器中，所述出水端盖上设置有出水口、第三挡板、J型导流管、排渣导管和出渣口；

其中，所述出水口设置于出水端盖封闭端；所述第三挡板整体与出水端盖的内壁密封连接，且在第三挡板的底部开有通孔；

所述J型导流管设置于第三挡板和出水端盖封闭端之间，J型导流管的底部水平段与第三挡板的通孔连通，顶部竖直管段的端部位于出水口的上方；

所述出渣口设置于出水端盖封闭端，并位于出水口上方，所述出渣口与排渣导管的一端连通，排渣导管的另一端穿过第三挡板并延伸至斜板组件上方；

所述出水端盖的底部设置有第二排净口和第三排净口，所述第二排净口和第三排净口分别位于第三挡板的两侧；

所述出水端盖的顶部设置有排空口，所述排空口位于第三挡板与出水端盖封闭端之间。

13.根据权利要求12所述的油田注入水精细化预处理模拟实验方法，其中，在所述斜管除油器中，所述出水端盖还设置有第四挡板，沿水流方向上所述第四挡板设置于第三挡板之前；

第四挡板由出水端盖的底部向上延伸至其顶边与支撑件的孔板齐平的位置，第四挡板的底边和侧边分别与出水端盖的内壁密封连接，且在第四挡板的底部开有用于出水的通孔；

所述出水端盖的第二限位件设置于第四挡板上。