聚驱母液过滤袋更换周期影响因素及对策

焦大刚

（大庆油田设计院有限公司，黑龙江大庆 163712）

经过60a的勘探开发之后，大庆油田已经进入三采阶段，聚合物驱已经成为大庆油田提高采收率成熟配套的核心主导技术，已在大庆油田大规模推广应用20多年，采收率提高10%以上，累计增油超过1亿t。筒式过滤器中过滤袋作为聚驱母液杂质过滤的关键装置，因为堵塞等原因导致滤袋失效率较高，频繁更换极大影响采油生产效率，并造成较大资源浪费。对影响滤袋更换周期的主要因素进行分析，并提出相应的解决对策，为提高大庆油田三次采油的整体采收率提供了技术支持。

1 滤袋主要失效形式分析

聚合物母液在配制和溶解过程中会产生“鱼眼”等容易堵塞地层的杂质，位于配制站出口、外输泵后端处的过滤袋可以对聚合物母液中的杂质进行过滤，起到净化母液的作用。按过滤精度的不同，过滤器可分为粗过滤器和精过滤器，两种过滤器除滤袋的精度有差异之外，其基本构成、原理及功能都相同。

在长期使用过程中，母液中的杂质会导致滤袋失效，通过对聚驱母液配制站长期观测和统计得知，滤袋失效主要有以下几种形式。

1.1 滤袋穿孔

为提高过滤效率，滤袋内外压差往往较大，随着滤孔的堵塞，压差会越来越大，当压差超过滤袋所能承受的范围，就会发生滤袋穿孔。

1.2 滤袋堵塞

聚驱母液是由高分子量聚丙烯酰胺配制而成，大量高分子聚合物会相互缠绕在一起，缔合成高分子线团，极易对滤袋孔隙形成堵塞，同时，聚丙烯酰胺溶解过程中形成的大量“鱼眼”更会将孔隙完全堵死。

1.3 滤袋腐蚀

配制母液的聚丙烯酰胺水解后会与铁离子生成交联产物，并且母液中的细菌也会对滤袋产生腐蚀。这些原因都会导致滤袋失效，目前的解决办法就是频繁更换滤袋，不仅影响生产效率，还会增加采油成本，造成资源浪费。

2 滤袋更换周期影响因素分析

2.1 聚驱母液性质的影响

聚驱母液的性质直接决定着滤袋的更换周期，影响滤袋更换周期的聚驱母液性质主要包括以下几方面。

2.1.1 浓度和黏度

母液的浓度和黏度直接影响着驱油效果，浓度越高、黏度越大，驱油效果越好，当聚合物浓度高于HPAM/交联剂体系的临界交联浓度时，交联速度易失去控制，与大量铁离子发生交联反应，生成大量的黄色胶状物，导致滤袋孔隙堵塞概率极大增加，使得压差大幅升高，最终引起滤袋穿孔和失效。

2.1.2 分子量

配制母液的水解聚丙烯酰胺相对分子量增高，会提高驱油效率。但是分子量越大，在配制搅拌过程中越容易相互缠绕，与盐或交联剂形成大直径的交联聚合物线团，引起滤袋孔隙的堵塞。

2.1.3 配制用水矿化度

通过对近几年聚驱母液配制站滤袋损耗统计和分析得知，当配制母液用水的矿化度较高时，会引起HPAM水解后线团的舒展，使已经电离的羧酸双电层和水化层变薄，减弱大分子主链上同种电荷的排斥作用，最终引起分子链卷曲，形成更多的分子内交联产物，增加滤袋堵塞概率。

2.1.4 细菌含量

配制站为了节约用水，常回收经过处理后的采油废水配制聚驱母液，但采油废水中含有的大量硫酸盐还原菌、铁细菌和腐生菌极易使母液中细菌含量严重超标，这些细菌之间相互作用，不仅会腐蚀输送管道，还会为HPAM提供交联剂，生成大量的交联产物而堵塞滤袋孔隙，同时，细菌的代谢产物还会腐蚀滤袋，加剧滤袋的损坏。

2.1.5 其他因素

当过滤袋含有过多的胶皮、腐叶等固体悬浮杂质时，会随时间推移而逐渐堆积引起滤袋堵塞，同时，母液配制中产生的黄色胶状杂质含量过多时，也会使滤袋孔隙逐渐变小直至最终完全堵塞。

2.2 滤袋质量和参数的影响

聚驱母液滤袋的失效除与聚驱母液性质有关外，还与滤袋的质量和相关参数存在较大关系。

2.2.1 滤袋生产质量的影响

滤袋是由滤材和袋口固定用的领环组成，经统计，在聚驱母液配制站更换过滤袋时，滤袋破袋发生的位置多为底部缝合处、侧边缝合处，这主要是由于滤袋底部与袋身缝合处不够牢固，无法长时间承受内外压差带来的重量，再加上滤袋与滤笼匹配度不高，底部晃动较大，最终导致底部缝合处较易破损。

2.2.2 滤袋过滤面积的影响

实际生产中可以根据过滤流量和速度来计算过滤面积，当过滤的母液总量一定时，过滤面积越大，则过滤速度越小，相反过滤面积越小，过滤速度越大，对滤袋的冲刷作业力越大，导致更换周期缩短。

2.2.3 滤袋长度直径比的影响

当过滤流量一定时，滤袋长度直径比与滤袋进口速度有关，长度与过滤速度成反比，所以过滤速度太高时，滤袋长度不够会直接加速滤袋的损坏。

2.2.4 滤袋数量的影响

聚驱母液总的过滤面积与单个滤袋过滤面积的比值，即为滤袋数量。增加滤袋数量，可以增加过滤总面积，减少单个滤袋所承受的压差，从而缩短滤袋更换周期，减少滤袋更换频率。

2.3 过滤工艺的影响

聚驱母液过滤工艺也直接决定着滤袋更换周期的长短。

2.3.1 过滤速度的影响

母液过滤过程中，过滤速度与滤袋内压差符合达西定律，压差与流体黏度、过滤速度呈正比。随着过滤速度的增加，压差也会逐渐增加，结果会导致更多的胶团堵塞滤袋孔隙。

2.3.2 HPAM分散程度的影响

HPAM属于分子链较长且易卷曲的高分子聚合物，分子链之间极易发生缠结，在HPAM母液配制过程中必须多次少量添加，以使水分子能够快速渗入分子结构内部并最大化地水解，使其尽可能地分散均匀。否则，一次加料过多会引起HPAM分子之间相互缠绕，以水溶胶和HPAM线团的形式进入到滤袋内，堵塞孔隙引起穿孔而缩短更换周期。

2.3.3 熟化时间的影响

HPAM溶液在经分散装置后会进入熟化罐中进行“熟化”工艺，熟化时间的长短对母液性质起到决定性作用。熟化时间过短，会产生大量“鱼眼”和大量没搅拌开的线团，在过滤的过程中极易堵塞滤袋，最终使滤袋穿孔。

3 延长滤袋更换周期对策

3.1 提高滤袋质量

延长滤袋更换周期，提高滤袋生产质量是首选对策：

（1）要根据配制站实际工艺条件，在滤袋设计时选用合适的尺寸，并设计适当的过滤面积、长径比和滤袋个数，在设计过程中，可以将滤袋的直径设计在150~300mm，滤袋长度可在0.75~2.0m选择。

（2）滤袋设计时还要考虑与滤笼相匹配，避免滤袋因质量原因而破损，进而延长滤袋更换周期。

（3）选择滤袋制作材质时，根据母液性质尽量满足剥离性好、易清灰、透气性好且阻力低的材质，这样能最大程度提高过滤效率和使用寿命。

3.2 减少母液杂质含量

聚驱母液质量和性能的好坏，特别是所含杂质的多少直接决定着滤袋更换周期的长短。因此，需要从以下几个方面来减少母液中杂质的含量：

（1）综合考虑成本因素，对母液输送管道进行改造，选用耐高压材料替代现用钢制材料，可以从源头上减少胶状杂质的生成。

（2）根据母液中细菌种类的具体含量，选用优良的杀菌剂，降低母液中细菌含量，减少细菌对管道的腐蚀，从而降低进入母液中的铁离子，达到减少胶状物的生产总量。

（3）在不影响采收率的前提下，选用低分子量的HPAM，减少HPAM的团聚和大直径分子线团的生成而堵塞滤袋孔隙。

（4）在确定HPAM种类的前提下，将母液浓度配制在较低的范围内，可减少滤袋内部压差及控制交联速度。

（5）母液配制用水方面，选用矿化度较低的水源，可以避免造成分子链卷曲，减少与铁离子生成交联产物堵塞滤袋现象。

（6）严格控制聚合物干粉和水源中的细菌含量，避免对滤袋造成酸腐蚀及因形成交联产物堵塞滤袋而使滤袋穿孔。

3.3 规范过滤工艺

聚驱母液过滤工艺对延长滤袋更换周期也具有重要作用，可以从以下几方面进行考虑。

（1）控制合适的过滤速度。在进行过滤操作时降低过滤流量，可以使过滤速度变小，降低过滤袋压差，延长更换周期。

（2）适当增大过滤面积。在过滤总量不变的情况下，适当增大过滤面积，减少滤袋单位面积上的受力情况，降低穿孔的概率。

（3）严格控制分散环节，使聚驱母液分散均匀，这样可以使HPAM溶液不结团或少结团，减轻滤袋堵塞程度。

（4）严格控制熟化工艺，加强熟化力度，延长熟化时间，采用多个熟化罐同时熟化，控制母液进入熟化罐流量，避免入罐流量过多而使熟化效果变差。

4 结论

1）聚合物母液过滤袋作为聚驱母液杂质过滤的关键装置，在使用过程中常发生穿孔、堵塞和腐蚀等情况，导致滤袋失效而频繁更换，极大地影响了采油生产效率，并造成较大资源浪费。

2）从聚驱母液性质、滤袋性质、过滤工艺三方面，分析出影响滤袋更换周期的主要因素，并提出了根据聚驱母液性质正确选择滤袋、提高滤袋质量、规范过滤操作工艺等对策，对提高大庆油田三采整体采收率具有重要意义。