CN114712916A - 一种油田采出水过滤器及其制作方法 - Google Patents

Abstract

一种油田采出水过滤器及其制作方法，过滤器包括过滤容器以及过滤板；过滤容器设置有采出液入口和过滤出口，以及冲洗液入口和冲洗液出口；通过设置于过滤容器内部的过滤板将过滤容器分为过滤容器的两侧，冲洗液入口和冲洗液出口也分别位于过滤容器的两侧，并且采出液入口和冲洗液出口位于过滤容器一侧，过滤出口和冲洗液入口位于过滤容器另一侧；过滤板包括形状记忆合金；从采出液入口到过滤出口的方向，过滤板的平均孔径逐渐变大。本发明提供的油田采出水过滤板，能够提高清除过滤膜的堵塞物的效率，降低过滤器的更换需求，从而提高生产效率，降低生产成本。

Description

一种油田采出水过滤器及其制作方法

技术领域

本发明涉及油田采出液过滤技术，具体涉及一种油田采出水过滤器及其制作方法。

背景技术

伴随着油田注水开发生产的进行，注入水和含油污水的处理及排放问题越来越引起人们的关注。例如，中国大庆油田2004年采油量4600万吨以上，回注水量达5亿多吨，由于各种油田开采助剂的使用，油田采出水水质变化幅度增大，部分区块处理后的采油污水很难达标，仍被迫回注。而回注水未达到要求却仍然回注到地下，则会导致堵塞地层出油通道，低注水效率和石油开采量。另外，如果外排水不达标，不但会造成环境污染、破坏水体、影响生态平衡，而且会造成大量的水资源浪费。因此，油田采出水的处理对于环境保护、水资源再利用、促进经济可持续发展具有非常重要的意义。

在采出液处理的过程中，预分水作为采出液处理的首道工序，其作用为去除泥沙，进行油水分离，避免了在后续工艺中泥沙和大颗粒絮状油滴堵塞或者磨损设备，通过高效的油水分离获得水含量更高的液体，从而提高了后续工艺的效率。因此，预分水技术在采出液处理中具有重要的作用。

目前的预分水工艺中，对于泥沙的分离可以通过过滤器来实现，但是泥沙等大颗粒在水压的作用下存在卡入过滤器的过滤孔中，经由一定工艺时间的积累，会造成过滤器的失效，需要停止设备进行过滤器的更换，从而造成生产效率的降低，以及生产成本的增加。

发明内容

为了解决泥沙等大颗粒卡入过滤器的过滤孔中，过滤器需要频繁更换，从而造成生产效率的降低，以及生产成本的增加等技术问题，本发明提供一种油田采出水过滤器，形状记忆合金过滤板能够提高清除过滤膜的堵塞物的效率，降低了过滤器的更换需求，从而提高生产效率，降低生产成本。本发明还提供一种油田采出水过滤器的制备方法。

本发明的技术方案：

一种油田采出水过滤器，包括过滤容器以及过滤板；所述过滤容器设置有采出液入口和过滤出口，以及冲洗液入口和冲洗液出口；所述过滤板设置于过滤容器内部以将过滤容器分为两侧，所述冲洗液入口和冲洗液出口分别位于过滤容器的两侧，并且所述采出液入口和冲洗液出口位于过滤容器的一侧，所述过滤出口和冲洗液入口位于过滤容器的另一侧；所述过滤板包括形状记忆合金。

进一步，所述冲洗液出口位于过滤容器的底面，所述冲洗液入口位于靠近过滤容器的顶面的侧面。

进一步，所述过滤板面对所述采出液入口的一侧的平均孔径小于所述过滤板面对所述过滤出口的一侧的平均孔径。

进一步，所述形状记忆合金为Cu-Al-Ni合金。

进一步，所述形状记忆合金的变形温度为28-32度。

进一步，所述形状记忆合金具有双程记忆效应，加热时收缩，呈现高温形状，冷却时恢复低温形状。

进一步，所述形状记忆合金为泡沫金属结构。

进一步，所述过滤板包括弹性硅橡胶层，所述过滤板包括泡沫金属结构的形状记忆合金骨架以及该骨架上涂布的弹性硅橡胶层。

进一步，所述泡沫金属结构的形状记忆合金骨架面对所述采出液入口一侧的平均孔径与面对所述过滤出口的一侧的平均孔径的比例在1：2-1：3。

一种油田采出水过滤器的制备方法，包括以下步骤：

第一步，提供并混合原料粉末；

第二步，球磨原料；

第三步，加入孔隙剂并混合均匀；

第四步，烘干浆料，获得混合粉末；

第五步，烧结泡沫金属；

第六步，对合金材料进行形状记忆机械加工；

第七步，对泡沫金属进行粗糙化处理；

第八步，涂布弹性介质层；

第九步，将过滤板安装于过滤容器内。

本发明的有益技术效果：

本发明提供的一种油田采出水过滤器，过滤容器内安装有形状记忆合金过滤板。该形状记忆合金过滤板具有特殊的结构构造：由Cu-Al-Ni合金泡沫金属骨架以及包覆在该骨架之外的弹性介质层组成。该形状记忆合金过滤板从一侧表面到另一侧表面的方向上，所述泡沫金属骨架的平均孔径渐变。安装时，将上述过滤板的上表面(小孔洞)朝向过滤时采出液流入的方向，下表面(大孔洞)朝向过滤时采出液流出的方向，固定于过滤容器内，过滤板的上、下表面轮廓和过滤容器沿液体流动方向垂直的横截面轮廓基本吻合。由于小孔一侧朝向流入液体的一侧，即颗粒进入孔洞后，过滤孔的后半段直径逐渐增加，可以避免较大颗粒进入孔洞后由于过滤孔的后半段直径减少造成的堵塞。

形状记忆合金过滤板具有双程记忆效应，即加热时恢复高温形状，冷却时恢复低温形状。每当上述过滤板在变形温度(例如30度)之下，具有拉伸后的形状，即具有较大的平均孔径和孔隙率，而每当温度升至变形温度(30度)以上时，会发生形状记忆变形，恢复拉伸前的形状，即具有较小的平均孔径和孔隙率。由于硅橡胶具有一定的弹性，因此硅橡胶介质薄层可以随者孔径的大小变化。

由于一般油田采出液的温度较高，通常在40-70摄氏度左右，因此采出液温度高于过滤板的变形温度，也就是说，当40-70摄氏度的采出液接触过滤板后，由于过滤板温度到达变形温度至上，过滤板的过滤孔径会收缩，从而提供良好的固体颗粒滤除效果。

而当采用25摄氏度以下的水经由冲洗液入口进入冲洗过滤板时，25摄氏度以下的冲洗液接触过滤板后，由于过滤板温度降至变形温度之下，该过滤板形状恢复到拉伸后的形状，即具有较大的平均孔径和孔隙率。由于过滤板的孔径变大以及水压的作用可以将绝大部分堵塞在过滤孔中的固体颗粒从过滤孔中清洗掉，并由于在冲洗方向孔径逐渐减小，有利于冲洗液进入过滤孔，并逐渐增加压力，优化了颗粒被冲出的力学条件。

综上，本发明的一种油田采出水过滤器及其制作方法，，能够提高清除过滤膜的堵塞物的效率，降低了过滤膜的更换需求，从而提高生产效率，降低生产成本。

附图说明

图1为本发明提供的一种油田采出水过滤器的结构示意图。

附图标记：1-过滤容器，11-过滤前侧空间，12-过滤后侧空间，2-过滤板，21-上表面，22-下表面，3-采出液入口，4-过滤出口，5-冲洗液入口，6-冲洗液出口。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的一种油田采出水过滤器及其制作方法作进一步的详细描述。以下表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实现本发明的有益效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、清晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例1

如图1所示，本实施的一种油田采出水过滤器，包括过滤容器1和过滤板2。过滤容器1设置有采出液入口3和过滤出口4，从而实现采出液的流入和经过过滤后的采出液流出。过滤容器1包括冲洗液入口5和冲洗液出口6，从而在冲洗阶段实现冲洗液的流入和冲洗后的废水流出。且采出液的过滤方向和冲洗液的冲洗方向相反。过滤板2固定在过滤容器1内，具体的固定方法可以为卡槽固定或者栓接。过滤板2在过滤容器1内部沿着与液体流动方向垂直的方向延伸，全面覆盖过滤容器1与液体流动方向垂直的一个横截面。即沿采出液液体流动方向，采出液入口3和过滤出口4分别位于过滤容器1的两侧，该两侧的定义为以过滤板2的安装位置为界，将过滤容器1空间分为两侧。冲洗液入口5和冲洗液出口6也分别位于过滤容器1的两侧，并且采出液入口3和冲洗液出口6位于过滤容器1的同一侧，过滤出口4和冲洗液入口5位于过滤容器的同一侧。本实施例中，采出液入口3和冲洗液入口5均位于过滤容器1的侧壁，过滤板2竖向固定在过滤容器1内，将过滤容器1分隔为过滤前侧空间11和过滤后侧空间12。

过滤板2具有特殊的结构构造。具体的，过滤板2具有由形状记忆合金构成的泡沫金属骨架以及包覆在该骨架之外的弹性介质层。该泡沫金属骨架具有从上表面21到下表面22的方向上，平均孔径逐渐增加的特性。过滤板2放置时，将具有小孔洞的过滤板2的上表面21朝向过滤时采出液流入的方向，具有大孔洞的过滤板2的下表面22朝向过滤时采出液流出的方向，固定于过滤容器1内，过滤板2的上、下表面轮廓和过滤容器1沿液体流动方向垂直的横截面轮廓基本吻合。由于小孔一侧朝向流入液体的一侧，即颗粒进入孔洞后，过滤孔的后半段直径逐渐增加，还可以避免较大颗粒进入孔洞后由于过滤孔的后半段直径减少造成的堵塞。进一步的，该形状记忆合金具有双程记忆效应，加热时恢复高温形状，冷却时恢复低温形状。由于一般油田采出液的温度较高，通常在40-70摄氏度左右，因此采出液温度高于过滤板2的变形温度，也就是说，当40-70摄氏度的采出液接触过滤板2后，由于过滤板2温度到达变形温度之上，过滤板2的过滤孔径会收缩，从而提供良好的固体颗粒滤除效果。

而当采用25摄氏度以下的水经由冲洗液入口进入冲洗过滤板时，25摄氏度以下的冲洗液接触过滤板后，由于过滤板2温度降至变形温度之下，该过滤板2形状恢复到拉伸后的形状，即具有较大的平均孔径和孔隙率。由于过滤板2的孔径变大以及水压的作用可以将绝大部分堵塞在过滤孔中的固体颗粒从过滤孔中清洗掉，并由于在冲洗方向孔径逐渐减小，有利于冲洗液进入过滤孔，并逐渐增加压力，优化了颗粒被冲出的力学条件。

优选的，冲洗液出口6位于过滤容器1的底面，从而方便更多的固体颗粒流出，避免固体颗粒残留在过滤器中。冲洗液入口5位于侧面，其靠近过滤容器1顶面的位置，使得冲洗液在进入过滤容器1后在向过滤板2进行喷流时，不仅具有动能，还具有一定的势能，提高冲洗液向过滤板2喷流的能量。

优选的，过滤板2的安装位置可以靠近过滤后侧，即通过过滤板2的分割划分使得过滤前侧空间11和过滤后侧空间12的液体流动长度比值为3：1～5：1，从而使得冲洗液入口5更加靠近过滤板2，进一步提高冲洗液向过滤板喷流的能量。

实施例2

一种油田采出水过滤器的制造方法，包括以下步骤：

第一步，提供原料粉末。称量相应重量百分比的金属粉末，具体的平均粒经为50-100微米的Cu粉末(44.62wt％)，平均粒经为50-100微米Al粉末(39.32wt％)和平均粒经为10-30微米Ni粉末(16.06wt％)进行混合。

由于Ni粉末的含量较少，此外Ni在合金中起到了增强晶界韧性的作用，因此Ni成分需要尽量弥散地分布于整个合金材料中，故将Ni粉末的平均粒径设置10-30微米，如果粒径过大不利Ni的充分混合，如果粒径过小，容易在后续的球磨等过程中受到氧化，从而劣化合金性能。

第二步，球磨原料。将上述混合粉末放入球磨罐，并加入缓冲液体，该缓冲液可以为无水乙醇，将球磨罐放入真空球磨机，转速为100rpn，球磨时间为24小时，最终得到平均粒径为0.7-0.85iim的浆料。

第三步，加入孔隙剂。在上述浆料中加入孔隙剂NH₄Cl，将上述浆料利用磁力搅拌子进行磁力搅拌，磁力搅拌器功率为500W，搅拌时间为1小时。

孔隙剂NH₄Cl的添加量为相对每1克混合金属粉末添加4-5mol，优选4.52mol的孔隙剂NH₄Cl。如果孔隙剂加入的量过小会使得最终获得的泡沫金属框架孔隙过小，不利于后续涂布弹性介质层的工序，如果孔隙剂加入的量过大，孔隙和孔隙率过大，造成材料机械性能过低，不利于后续的形状记忆合金机加工，容易造成材料断裂。

第四步，烘干浆料，获得混合粉末。将上述搅拌后的浆料，放入真空加热器中，加热温度50度，加热时间2小时，从而将缓冲液体蒸发，获得混合粉末。

第五步，烧结泡沫金属。将混合粉末倒入内部容纳尺寸为40cm*30cm*20cm(长*宽*高)的导热容器内，该导热容器具有容纳部和盖体。其中容纳部为具有凹槽的容器，盖体与该容纳部配合，在二者机械结合的位置设置有密封条。该容纳部由完全封闭的材料形成，即容纳部的侧壁和底部都不透气。盖体具有2-4个贯穿孔，上述贯穿孔的直径为1-2mm，贯穿孔均匀分布在盖体上。混合粉末倒入容纳部内部后，该混合粉末的厚度不超过容纳部内部高度的2/3。

将导热容器闭合好，并导热容器放入真空腔中进行烧结，真空腔内气压为0.3-0.5个大气压，烧结气氛为Ar气，烧结温度为1300摄氏度，烧结时间为3-4小时，形成Cu-Al-Ni形状记忆合金的泡沫金属板材。烧结过程中孔隙剂NH₄Cl产生气体从而使得合金出现多孔洞的泡沫状，而通过在导热容器的盖体设置贯穿孔，使得烧结过程中，烧结环境的气压较低，而在粉末内部存在气体，由于气压差的关系越靠近上表面21的粉末内部的气体越容易被抽离，即越靠近上表面21的粉末内部的气体含量越少，进而使得最终获得的材料越靠近上表面21气体产生的孔洞越小，孔隙率越低。最终得到的泡沫金属的上表面至距上表面2mm深度位置的泡沫金属的平均孔径和下表面至距下表面2mm深度位置的泡沫金属的平均孔径的比例在1：2-1：3。优选地，上表面至距上表面2mm深度位置的泡沫金属的平均孔径为0.8-1mm，孔隙率大约为74％；而下表面至距下表面2mm深度位置的泡沫金属的平均孔径为1.5-2mm；孔隙率大约为80％。

值得说明的时，真空腔内气压为0.3-0.5个大气压能够较好的平衡抽离气体和保持一定孔隙率的平衡，如果真空腔内气压过小，多余气体抽离过多，容易造成材料上表面孔洞过小或过少，不利于过滤功能，如果真空腔内气压过大，则形成随厚度变化的孔洞大小的效果难以实现。

第六步，对合金材料进行形状记忆机械加工。将该泡沫金属板材安装至材料拉伸设备上，通过材料拉伸设备沿板材长度方向缓慢拉伸泡沫金属板材，拉伸速度为2.7-3mm/min，拉伸拉力为500-600N，将泡沫金属板材进行10次等幅拉伸，每次的拉伸长度为0.5-0.8cm，拉伸后将泡沫金属板材加热至950摄氏度，保温半小时后，进行淬火，冷却后，加热至950摄氏度，加热时间1小时，得到平均直径为3-5mm的孔隙尺寸，孔隙率为78-86％，具体的，上表面至距上表面2mm深度位置的泡沫金属的平均孔径为2-3mm，孔隙率大约为82％；而下表面至距下表面2mm深度位置的泡沫金属的平均孔径为4-6mm；孔隙率大约为88％。

每当上述过滤板在变形温度(30度)之下，具有拉伸后的形状，即具有较大的平均孔径和孔隙率，而每当温度升至变形温度(30度)以上时，会发生形状记忆变形，恢复拉伸前的形状，即具有较小的平均孔径和孔隙率。由于硅橡胶具有一定的弹性，因此硅橡胶介质薄层可以随着孔径的大小变化。

第七步，对泡沫金属进行粗糙化处理。将上述泡沫金属放置在等离子体处理腔内，在真空度为10^-6MPa，处理时间为2分钟，经由等离子体处理后的泡沫金属表面大致具有15nm-30nm的粗糙度。

第八步，涂布弹性介质层。将上述泡沫金属板材加入溶于溶剂的硅橡胶混合液中浸泡后取出，利用送风系统反复吹拂，去除多余的硅橡胶混合液，仅保留依附在泡沫金属板材骨架上的薄层溶于溶剂的硅橡胶混合液介质薄层，将带有介质薄层的泡沫金属板材，放入烘干箱，烘干溶剂并进行固化，烘干温度为80-100摄氏度，从而得到最终的过滤板。

该弹性介质层平均厚度在50-80微米之间，最终的用于过滤板的复合泡沫材料的平均孔径为1.8-2.7mm，孔隙率大约为80％。

优选的，该溶剂可以为正已烷，上述溶于溶剂的硅橡胶混合液的粘度在3×10^{- 3}Pa.s～6×10^-3Pa.s，如果粘度过低不利于黏附，如果粘度过高则容易堵塞孔洞。

第九步，将过滤板安装于过滤容器内。将上述过滤板的上表面(小孔洞)朝向过滤时采出液流入的方向，下表面(大孔洞)朝向过滤时采出液流出的方向，固定于过滤容器内，过滤板的上下表面轮廓和过滤容器沿液体流动方向垂直的横截面轮廓基本吻合。

本发明提供的一种油田采出水过滤器及其制作方法，能够提高清除过滤膜的堵塞物的效率，降低了过滤膜的更换需求，从而提高生产效率，降低生产成本。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点，因此以上所述仅为本发明的实施例。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还包括各种等效变化和改进，这些变化和改进都将落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。

Claims (10)

1.一种油田采出水过滤器，其特征在于包括过滤容器以及过滤板；所述过滤容器设置有采出液入口和过滤出口，以及冲洗液入口和冲洗液出口；所述过滤板设置于过滤容器内部以将过滤容器分为两侧，所述冲洗液入口和冲洗液出口分别位于过滤容器的两侧，并且所述采出液入口和冲洗液出口位于过滤容器的一侧，所述过滤出口和冲洗液入口位于过滤容器的另一侧；所述过滤板包括形状记忆合金。

2.根据权利要求1所述的一种油田采出水过滤器，其特征在于所述冲洗液出口位于过滤容器的底面，所述冲洗液入口位于侧面的上部。

3.根据权利要求1所述的一种油田采出水过滤器，其特征在于所述过滤板面对所述采出液入口的一侧的平均孔径小于所述过滤板面对所述过滤出口的一侧的平均孔径。

4.根据权利要求1所述的一种油田采出水过滤器，其特征在于所述形状记忆合金为Cu-Al-Ni合金。

5.根据权利要求4所述的一种油田采出水过滤器，其特征在于所述形状记忆合金的变形温度为28-32度。

6.根据权利要求5所述的一种油田采出水过滤器，其特征在于所述形状记忆合金具有双程记忆效应，加热时收缩，呈现高温形状，冷却时恢复低温形状。

7.根据权利要求1所述的一种油田采出水过滤器，其特征在于所述形状记忆合金为泡沫金属结构。

8.根据权利要求7所述的一种油田采出水过滤器，其特征在于所述过滤板包括弹性硅橡胶层，所述过滤板包括泡沫金属结构的形状记忆合金骨架以及该骨架上涂布的弹性硅橡胶层。

9.根据权利要求8所述的一种油田采出水过滤器，其特征在于所述泡沫金属结构的形状记忆合金骨架面对所述采出液入口一侧的平均孔径与面对所述过滤出口的一侧的平均孔径的比例在1：2-1：3。

10.基于权利要求1-9之一所述的一种油田采出水过滤器的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，提供并混合原料粉末；

第二步，球磨原料；

第三步，加入孔隙剂并混合均匀；

第四步，烘干浆料，获得混合粉末；

第五步，烧结泡沫金属；

第六步，对合金材料进行形状记忆机械加工；

第七步，对泡沫金属进行粗糙化处理；

第八步，涂布弹性介质层；

第九步，将过滤板安装于过滤容器内。

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