本發(fā)明涉及聚合物驅(qū)油田地面配套工藝中，基于多介質(zhì)級配過濾進(jìn)行含聚采出水的深度處理技術(shù)，具體涉及含聚污水過濾‐反沖洗參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)裝置及優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
：聚合物驅(qū)作為最普遍的三次采油技術(shù)已經(jīng)在世界范圍內(nèi)的多數(shù)大型油田得到了廣泛應(yīng)用，由于該驅(qū)油方法的主要技術(shù)特征在于向注入水中加入水溶性高分子聚合物來增加驅(qū)替相的粘度，因此，在聚合物前緣推進(jìn)過程中使油井不同程度受效時(shí)，相應(yīng)采出水中便會有不同量的聚合物殘留，這類采出水被稱之為“含聚污水”。大慶油田結(jié)合多年的開發(fā)實(shí)踐，統(tǒng)一界定了當(dāng)采出污水中的聚合物濃度達(dá)到20mg/L時(shí)即為含聚污水（LiJiexun（李杰訓(xùn)），SurfaceEngineerTechnologyofPolymerFlooding（聚合物驅(qū)油地面工程技術(shù)），2008）。這類污水經(jīng)傳統(tǒng)“兩段式”處理（兩級沉降、一級過濾）基本能達(dá)到含油、懸浮物均小于20mg/L的水質(zhì)指標(biāo)，進(jìn)而在高滲透率油藏回注來滿足油田開發(fā)生產(chǎn)的需要。然而，一方面，在當(dāng)前高滲透率油藏開發(fā)基礎(chǔ)上進(jìn)一步多元化開發(fā)中、低滲透率油藏的背景下，隨著油田綜合含水率的逐年上升及聚合物驅(qū)工業(yè)化的應(yīng)用，含聚污水的規(guī)模在不斷增大，以大慶油田為例，在目前產(chǎn)量下每年有9×107m3的含聚污水產(chǎn)生，這雖然看似在水源規(guī)模上足以應(yīng)對油田清水資源寶貴、深度污水水源短缺的問題，但由于含聚污水的深度處理工藝技術(shù)尚不成熟，仍顯著造成了油田整體水量失衡的問題，也就是說中、低滲透率油藏的注水需求量存在缺口，而油田地面系統(tǒng)中含聚污水則存在過剩，迫需對其進(jìn)行有效的深度處理來應(yīng)對水量失衡問題；另一方面，含聚污水的典型特性在于電負(fù)性增大、粘度升高、油珠粒徑變小、水膜強(qiáng)度增加、乳化傾向性和穩(wěn)定性增強(qiáng)，處理過程中面臨著凈化效果、設(shè)施污染、運(yùn)行平穩(wěn)性及經(jīng)濟(jì)合理性等多方面難題，同時(shí)隨著含聚濃度升高所帶來水質(zhì)特性的復(fù)雜化，使這些問題的表現(xiàn)更為突出。過濾作為懸浮液流經(jīng)顆粒介質(zhì)或表層層面進(jìn)行固液（或液液）分離的過程，是微小顆粒向?yàn)V料介質(zhì)表面的“輸送”以及在濾料介質(zhì)表面的“附著”的雙重過程，也是實(shí)現(xiàn)污水深度處理的核心工藝。同時(shí)，過濾罐在運(yùn)行過程中，從進(jìn)水中去除的雜質(zhì)會積聚在濾料層顆粒的表面和顆粒間的孔隙間，隨著過濾罐繼續(xù)運(yùn)行，從水中去除的和貯集在濾床中的雜質(zhì)會降低濾床的孔隙率，一方面造成通過濾罐的水頭損失增加，另一方面使作用在積聚絮體上的剪切應(yīng)力增加，導(dǎo)致總水頭損失可能接近或等于水流按預(yù)定流量通過濾罐時(shí)所需的水頭，或者絮體顆粒有可能漏入或穿透到過濾罐出水中，帶來二次污染，使濾后水質(zhì)超標(biāo)（LiuYang（劉揚(yáng)），Oil&GasGatheringandTransferring（油氣集輸），2015）。因此，相應(yīng)于過濾工藝，與正常過濾水流的方向相反，以一定周期對過濾罐進(jìn)行水反沖洗，將粘附在濾料顆粒上的污染物沖刷、剝落下來，并將其從過濾罐中排出，也是污水深度處理的通行做法及其工藝的關(guān)鍵。油田目前“兩級過濾”的深度污水處理工藝及其運(yùn)行參數(shù)界限是針對水驅(qū)采出水而構(gòu)建、設(shè)計(jì)，當(dāng)以含聚污水作為水源，且其含聚濃度升高時(shí)，不當(dāng)?shù)倪^濾‐反沖洗運(yùn)行參數(shù)會直接影響到水質(zhì)的處理指標(biāo)、過濾設(shè)備的抗污染能力（如發(fā)生濾料板結(jié)）及其運(yùn)行穩(wěn)定性（如反沖洗壓力攀高、反沖洗水量倍增），特別地，為了改善含聚污水的深度處理效果，繼一次均質(zhì)濾料過濾后，在二次過濾中采用多介質(zhì)級配過濾已經(jīng)成為了一種趨勢（ZhaoHui（趙輝），JiRan（紀(jì)然），EnvironmentalProtectionofChemicalIndustry（化工環(huán)保），2009，29（6）：526～529；ChinaNationalPetroleumCorporation（中國石油天然氣集團(tuán)公司），CodeforDesignofOilFieldProducedWaterTreatment（油田采出水處理設(shè)計(jì)規(guī)范），2007），但基于該過濾模式進(jìn)行含聚污水的深度處理時(shí)，尚缺少考慮油田開發(fā)中含聚污水本身水質(zhì)特性變化而對過濾‐反沖洗參數(shù)進(jìn)行科學(xué)化優(yōu)化設(shè)計(jì)的裝置與方法，也無專門針對此的相關(guān)報(bào)道。因此，突破傳統(tǒng)定型化的濾料填設(shè)或級配模式、定型化的濾速、定型化的反沖洗時(shí)間、反沖洗強(qiáng)度與周期，考慮實(shí)際油井不同受效、見聚階段采出水質(zhì)特性的變化與影響，建立多介質(zhì)級配模式下高效過濾與反沖洗參數(shù)優(yōu)化的試驗(yàn)裝置，形成一套適用于含聚污水過濾‐反沖洗參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方法，科學(xué)指導(dǎo)礦場含聚污水深度處理工程，已成為聚合物驅(qū)油田地面污水處理系統(tǒng)運(yùn)行精細(xì)化、低碳化的一個(gè)亟待解決問題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的一個(gè)目的是提供含聚污水過濾‐反沖洗參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)裝置，這種含聚污水過濾‐反沖洗參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)裝置用于解決現(xiàn)有技術(shù)對含聚污水的深度處理不適應(yīng)，以及考慮油井在不同受效、見聚階段采出水質(zhì)特性變化時(shí)的高效過濾與反沖洗參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的問題，本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供這種含聚污水過濾‐反沖洗參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)裝置的優(yōu)化方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：這種含聚污水過濾‐反沖洗參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)裝置包括立式污水罐、下向流過濾罐、空氣壓縮泵、氣缸開閉系統(tǒng)，自動控制柜，正向過濾管路由立式污水罐的原水室與下向流過濾罐頂部的布水器之間設(shè)置正向過濾污水管路、下向流過濾罐的集水室與立式污水罐的凈化水緩沖室之間設(shè)置凈化水管路構(gòu)成，正向過濾污水管路上設(shè)置正向過濾來水閥、離心泵、水流調(diào)整閥、流量傳感器、入口壓力傳感器；反沖洗管路的反沖洗來水閥通過管線也連接所述離心泵，并依次經(jīng)過水流調(diào)整閥、流量傳感器、入口壓力傳感器后，通過相應(yīng)的反沖洗管線連接至下向流過濾罐的集水室；凈化水管路上設(shè)置有出口壓力傳感器；氣缸開閉系統(tǒng)、流量傳感器、入口壓力傳感器、出口壓力傳感器、離心泵均連接自動控制柜。立式污水罐上、下分隔為連通式的凈化水緩沖室和原水室，凈化水緩沖室和原水室分別外接可視液位管；下向流過濾罐從上到下依次為布水室、過濾室、集水室，其罐體在布水室與過濾室連接處采用可拆卸連接，與空氣壓縮泵連接的氣缸開閉系統(tǒng)控制布水室的開啟與閉合，氣缸開閉系統(tǒng)以45°角焊接在罐體上的方鋼作為固定懸臂；過濾室內(nèi)鋪設(shè)多介質(zhì)濾料層，沿程刻具高度標(biāo)線的嵌入式可視化窗設(shè)于過濾室的正視方向；在集水室中懸空焊接水頭損失大于3m的大阻力集水篩管，篩孔分布于大阻力集水篩管的下半圓周。上述方案中與下向流過濾罐頂部連接的污水管道為可伸縮式金屬軟管；布水器安裝在布水室1/2高度的位置，布水器徑向尺寸為下向流過濾罐直徑的1/2；布水器的圓柱面上按50mm圓周等間距分布縫寬為5mm的縫隙，布水器的圓柱下底面上按50mm圓周等間距同樣分布縫寬為5mm的縫隙，圓柱面上布置的縫隙與圓柱下底面的縫隙相交錯(cuò)。上述方案中過濾室和集水室連為一體，兩者之間采用柵隙不大于基礎(chǔ)墊層礫石規(guī)格的格柵式支撐方鋼隔開并承托，集水室底錐部連接排淤管。上述方案中大阻力集水篩管的篩孔的孔徑為10mm、孔距為15mm。上述方案中下向流過濾罐布水室與過濾室通過活接點(diǎn)連接，活接點(diǎn)通過圓柱銷固定，并采用溝槽式裝填“O”型圈進(jìn)行密封。上述方案中下向流過濾罐過濾室的可視化窗通過內(nèi)嵌鋼化玻璃、外置框式鋼板承壓安裝。上述方案中凈化水緩沖室容積至少為下向流過濾罐有效容積的5倍，原水室容積至少為下向流過濾罐有效容積的1倍，以保證反沖洗與正向過濾的穩(wěn)定水量供給。上述方案中下向流過濾罐過濾室所布填墊料層為不同規(guī)格的磁鐵礦和礫石，所布填多介質(zhì)濾料層為不同粒徑的石英砂，或不同粒徑的磁鐵礦，或不同粒徑的海綠石砂，或其共存級配。上述含聚污水過濾‐反沖洗參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)裝置進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化的方法：（一）多介質(zhì)級配濾床填設(shè)：啟動空氣壓縮泵，拆開污水管道與下向流過濾罐頂部連接法蘭的螺栓，并擰動卸開下向流過濾罐布水室與過濾室相接的螺栓，然后基于氣動開閉系統(tǒng)氣缸的作用力開啟下向流過濾罐的布水室，進(jìn)而在過濾室中依次自下而上布填墊料層和多介質(zhì)濾料層，通過高度標(biāo)線區(qū)分分層濾床對應(yīng)的布填厚度，之后，閉合下向流過濾罐的布水室，重新擰緊其與過濾室相接法蘭的螺栓，以及下向流過濾罐頂部與污水管道連接法蘭的螺栓，完成多介質(zhì)級配濾床的填設(shè)；（二）級配過濾含聚污水特性的分級：將來自立式污水罐原水室的不同含聚濃度污水以等流量分別泵入某級配模式濾床的下向流過濾罐進(jìn)行壓力式過濾，同時(shí)監(jiān)測過濾穩(wěn)定時(shí)的壓差，其中，已知污水的密度、下向流過濾罐的直徑、濾床的深度，于是結(jié)合水頭損失計(jì)算方法，可得到：其中，濾床的深度，為任一分層床的厚度，為濾床填設(shè)層數(shù)；定義濾滯系數(shù)：其中為平均摩阻系數(shù)，為濾層平均孔隙率；建立濾滯系數(shù)與污水含聚濃度的關(guān)系，將濾滯系數(shù)每增加1倍時(shí)對應(yīng)的含聚濃度作為污水分級的界限標(biāo)準(zhǔn)，也就是將濾滯系數(shù)的增加在1倍以內(nèi)的含聚污水劃屬為同一級、1倍以上的劃屬為另一級，如此便完成對一系列不同含聚濃度污水的分級，獲取具有代表性的有限優(yōu)化序列；重復(fù)（一）、（二）步驟，取得含聚污水特性在多介質(zhì)其它級配模式下的分級，提供有限而具代表性的優(yōu)化序列；（三）過濾運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)：基于優(yōu)化序列，將歸屬于某一特性級別的任一已知含聚濃度的含聚污水匯入立式污水罐的原水室，切換為正向過濾流程，通過離心泵提供壓力源、水流調(diào)整閥調(diào)節(jié)并控制不同的進(jìn)水流量，使其進(jìn)入下向流過濾罐開展某級配模式濾床下的壓力式過濾試驗(yàn)，分別監(jiān)測不同進(jìn)水流量（也就是不同過濾速度）下，在過濾初期時(shí)的水頭損失與相應(yīng)過濾后水質(zhì)的含油、懸浮物及粒徑中值；水頭損失約束：水質(zhì)指標(biāo)（含油量、懸浮物含量、粒徑中值）約束：同時(shí)滿足水頭損失和水質(zhì)指標(biāo)約束條件時(shí)的流量對應(yīng)的過濾速度，或同時(shí)滿足水頭損失和水質(zhì)指標(biāo)約束條件時(shí)的流量范圍對應(yīng)的過濾速度范圍，即為該特性級別含聚污水在相應(yīng)多介質(zhì)級配模式下過濾時(shí)的最優(yōu)速度參數(shù)或速度范圍參數(shù)；重復(fù)同樣的方法，即可設(shè)計(jì)優(yōu)化序列中另一特性級別含聚污水在某多介質(zhì)級配模式下的最佳過濾速度參數(shù)或過濾速度范圍參數(shù)；（四）反沖洗運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)：在直徑為的下向流過濾罐正向過濾流程下，對于優(yōu)化序列中某一特性級別的含聚污水，利用所優(yōu)化設(shè)計(jì)的過濾速度或進(jìn)水流量在濾層平均孔隙率為的相應(yīng)級配模式下進(jìn)行正常過濾，同步記錄累積過濾時(shí)間，監(jiān)測過濾中、后期階段水頭損失的變化，建立以過濾時(shí)間為函數(shù)的水頭損失變化曲線，將水頭損失開始大于30m時(shí)的前期累積過濾時(shí)間設(shè)計(jì)為反沖洗周期；切換成反向反沖洗流程，通過離心泵將立式污水罐凈化水緩沖室中的深度處理水以2倍于過濾階段進(jìn)水流量的瞬時(shí)排量布于下向流過濾罐，通過集水室中的大阻力篩管，實(shí)施反沖洗操作，并開始計(jì)時(shí)，同時(shí)通過流量傳感器和壓力傳感器分別監(jiān)測瞬時(shí)排量、累積水流量和反沖洗壓力，至反沖洗壓力降低至某一恒定值，結(jié)束反沖洗，記錄反沖洗時(shí)間，按下式確定反沖洗強(qiáng)度：其中：正向過濾后期階段水頭損失變化界限約束：反沖洗壓力約束：濾層平均孔隙率：其中，任一介質(zhì)濾層的孔隙率，為該層濾料的比表面積，和為該層濾料顆粒的直徑與球狀度；優(yōu)化得到優(yōu)化序列中某一特性級別含聚污水在對應(yīng)多介質(zhì)級配模式下實(shí)現(xiàn)高效過濾處理需要的反沖洗周期、反沖洗時(shí)間與反沖洗強(qiáng)度；重復(fù)同樣的方法，即可設(shè)計(jì)優(yōu)化序列中另一特性級別含聚污水在某多介質(zhì)級配模式下過濾處理時(shí)的最佳反沖洗參數(shù)。上述含聚污水過濾‐反沖洗參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)裝置進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化的方法還包括：多介質(zhì)過濾-反沖洗濾料層截污、去污能力及分層濾床穩(wěn)定性識別：在過濾參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，通過嵌入式可視化窗進(jìn)一步定性觀測多介質(zhì)濾料層的截污能力；在反沖洗參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，通過嵌入式可視化窗定性觀測多介質(zhì)濾料層的去污能力，同時(shí)，直觀再現(xiàn)反沖洗過程中濾層的膨脹情況、粗顆粒介質(zhì)的下沉及細(xì)顆粒介質(zhì)的上移行為，識別多介質(zhì)分層濾床的穩(wěn)定性。本發(fā)明具有以下有益效果：（一）本發(fā)明對級配過濾含聚污水特性的分級充分考慮了來水含聚濃度變化可能給濾料層污染程度及出水水質(zhì)帶來的差異性影響，引入綜合了摩阻和濾層孔隙特征的濾滯系數(shù)，并將該系數(shù)的變化界限作為分級依據(jù)，既能夠減少優(yōu)化序列的數(shù)量，又能夠有效提高過濾‐反沖洗參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果的精細(xì)性與實(shí)用性，促進(jìn)多元化開發(fā)方式下油田含聚污水深度處理參數(shù)從定型化向個(gè)性化設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)變，保證動態(tài)生產(chǎn)過程中地面過濾設(shè)施的運(yùn)行穩(wěn)定性及處理水質(zhì)整體質(zhì)量。（二）本發(fā)明在多介質(zhì)級配濾床填設(shè)及含聚污水特性分級的基礎(chǔ)上，結(jié)合水質(zhì)的達(dá)標(biāo)穩(wěn)定及濾料的再生，以過濾后水質(zhì)含油、懸浮物及粒徑中值監(jiān)測值和過濾水頭損失為約束，可以優(yōu)化確定與濾料級配模式及來水水質(zhì)相適配的過濾速度；以正向過濾水頭損失的變化界限及反沖洗壓力為約束，并考慮含聚污水過濾中絮體污染物的真正積聚、貯集主要是發(fā)生在濾料粒間孔隙中，在濾床有效面積獲取中考慮濾料介質(zhì)顆粒的比表面積、直徑及球狀度而引入濾層的孔隙率，可以優(yōu)化確定與濾料級配模式及過濾水質(zhì)相適配的反沖洗時(shí)間、反沖洗周期，特別是保證更為合理的反沖洗強(qiáng)度確定，達(dá)到科學(xué)化優(yōu)化設(shè)計(jì)含聚污水多介質(zhì)級配過濾‐反沖洗參數(shù)的目標(biāo)，保證含聚污水多介質(zhì)級配過濾‐反沖洗運(yùn)行效果。（三）本發(fā)明對過濾參數(shù)的優(yōu)化以過濾出水水質(zhì)和水頭損失為約束，既考慮濾料的截污凈水效果，又考慮過濾工藝對水頭的要求，同時(shí)兼顧過濾過程剪切占優(yōu)行為對水質(zhì)二次污染的觸發(fā)作用，從而保證所設(shè)計(jì)不同含聚濃度污水在相應(yīng)級配模式下過濾速度的最優(yōu)化；對反沖洗參數(shù)的優(yōu)化以正向過濾水頭損失的變化界限及反沖洗壓力為約束，既遵循于傳統(tǒng)污水過濾操作規(guī)范，又考慮含聚污水自身特性對工藝參數(shù)的潛在影響，增強(qiáng)所優(yōu)化不同含聚濃度污水在相應(yīng)級配模式下反沖洗時(shí)間、反沖洗強(qiáng)度與反沖洗周期的可靠程度。（四）本發(fā)明在含聚污水過濾‐反沖洗參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)裝置中將立式污水罐按上、下分隔為凈化水緩沖室和原水室，一體化的布置有效節(jié)省了占地空間，簡化了工藝流程；采用活接點(diǎn)連接下向流過濾罐布水室與過濾室，并通過氣缸開閉系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)布水室的開啟與閉合，極大地方便了多介質(zhì)級配濾床的填設(shè)、檢查維護(hù)與更換，輔以過濾室嵌入式可視化窗標(biāo)刻高度線對濾料級配布填厚度的區(qū)分，增強(qiáng)了模擬不同級配模式深度處理含聚污水的靈活性；集水室中采用水頭損失大于3m的大阻力集水篩管會在相同反沖洗參數(shù)下提高濾料再生效果的同時(shí)，其懸空焊接及篩孔呈下半圓周分布的模式保證了篩管內(nèi)免遭正向過濾時(shí)不同程度跑料及剪切沖刷污染物的共沉積，消除對過濾后水質(zhì)的二次污染，也使基于水質(zhì)指標(biāo)約束的過濾‐反沖洗參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程更具可靠性。（五）本發(fā)明在含聚污水過濾‐反沖洗參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)裝置中通過溢流閥穩(wěn)定過濾壓力，避免下向流過濾罐進(jìn)水壓力不穩(wěn)定而造成額外的紊亂流場分布及出水水質(zhì)的波動，并保證濾滯系數(shù)測算的準(zhǔn)確性，提高參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)精度；在下向流過濾罐內(nèi)的布水器作用下，含聚污水會以一定水頭均勻布于濾料層，消除單道水流對濾料層的水力沖擊，同時(shí)避免含聚污水可能對進(jìn)水單元造成的粘附堵塞。（六）本發(fā)明在含聚污水過濾‐反沖洗參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)裝置中，通過嵌入式可視化窗觀測整體優(yōu)化過程中下向流過濾罐過濾室多介質(zhì)濾料層的截污、去污效果，可為優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果的可靠確定提供有力支撐；特別地，即便參數(shù)適配的反沖洗操作，其本身不可避免會帶來濾層的膨脹、粗顆粒介質(zhì)在濾床深度上的下沉及細(xì)顆粒介質(zhì)在濾床深度上的上移，但劇烈的此行為會威脅到分層濾床的穩(wěn)定性，難以獲得級配模式在后續(xù)運(yùn)行過程中的自行復(fù)位，從而直接影響下一周期的正向過濾效果，因此，通過嵌入式可視化窗實(shí)現(xiàn)對濾床穩(wěn)定程度的直觀再現(xiàn)并識別，有益于取得含聚污水深度處理工藝、運(yùn)行參數(shù)的最優(yōu)化，并從多層面保障含聚污水的深度處理效果與運(yùn)行穩(wěn)定性。（七）本發(fā)明方法科學(xué)，原理明確、可行，結(jié)構(gòu)合理，技術(shù)參數(shù)規(guī)范、可調(diào)，能突破油田常規(guī)采出污水處理中濾料填設(shè)、級配模式、過濾參數(shù)及反沖洗參數(shù)定型化的局限，有效提供一種充分考慮聚合物驅(qū)油工藝中油井受效、采出污水水質(zhì)特性變化的過濾‐反沖洗參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)裝置及方法，可操作性和實(shí)用性強(qiáng)。（八）本發(fā)明填補(bǔ)了運(yùn)用科學(xué)化試驗(yàn)和理論方法前瞻性指導(dǎo)油田三次采油聚合物驅(qū)采出污水深度處理工程的空白，能夠?yàn)槭凸I(yè)污水處理中實(shí)現(xiàn)最及時(shí)有效的跟蹤調(diào)整、最小尺度個(gè)性化工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)提供科學(xué)手段和依據(jù)，既可應(yīng)用在聚合物驅(qū)油田地面工程水量失衡治理的領(lǐng)域，又可推廣應(yīng)用到包括二元復(fù)合驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)等化學(xué)驅(qū)油技術(shù)實(shí)施中與水質(zhì)綜合治理密切相關(guān)的其它領(lǐng)域。附圖說明圖1為本發(fā)明中裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明中布水器的正視圖；圖3是本發(fā)明中嵌入式可視化窗的側(cè)視圖；圖4是本發(fā)明中大阻力集水篩管的示意圖；圖5是本發(fā)明保密性實(shí)驗(yàn)中優(yōu)化參數(shù)下含聚污水深度處理運(yùn)行數(shù)據(jù)。圖中：1立式污水罐2下向流過濾罐3空氣壓縮泵4氣缸開閉系統(tǒng)5原水室6凈化水緩沖室7可視液位管8布水室9過濾室10集水室12布水器14固定懸臂15出口壓力傳感器16嵌入式可視化窗18大阻力集水篩管19離心泵20水流調(diào)整閥21流量傳感器22溢流閥23入口壓力傳感器24可伸縮式金屬軟管25自動控制柜26正向過濾來水閥27反沖洗來水閥28取樣閥29排空閥30回水閥31排淤管32支撐腳33篩孔。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明：如圖1所示，這種含聚污水過濾‐反沖洗參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)裝置包括立式污水罐、下向流過濾罐、空氣壓縮泵、氣缸開閉系統(tǒng)，自動控制柜、流量傳感器、入口壓力傳感器、出口壓力傳感器，正向過濾管路由立式污水罐的原水室與下向流過濾罐頂部的布水器之間設(shè)置正向過濾污水管路、下向流過濾罐的集水室與立式污水罐的凈化水緩沖室之間設(shè)置凈化水管路構(gòu)成，正向過濾污水管路上設(shè)置正向過濾來水閥、離心泵、水流調(diào)整閥、流量傳感器、溢流閥、入口壓力傳感器；反沖洗管路的反沖洗來水閥通過管線也連接所述離心泵，反沖洗管路依次經(jīng)過水流調(diào)整閥、流量傳感器、入口壓力傳感器后，通過相應(yīng)的反沖洗管線連接至下向流過濾罐的集水室；凈化水管路上設(shè)置有出口壓力傳感器；氣缸開閉系統(tǒng)、流量傳感器、入口壓力傳感器、出口壓力傳感器、離心泵均連接自動控制柜。立式污水罐1具有支撐腳32，其下部的原水室5的出水管路通過三通分別連接正向過濾來水閥26和排空閥29，立式污水罐1上部的凈化水緩沖室6設(shè)置有取樣閥28，凈化水緩沖室與下向流過濾罐的集水室之間設(shè)置反沖洗來水閥27、凈化水緩沖室6與原水室之間設(shè)置有回水管，回水管上設(shè)置有回水閥30，同時(shí)原水室5和凈化水緩沖室6均連通式外接可視液位管7；離心泵19作為壓力源通過管路與正向過濾來水閥26和反沖洗來水閥27相接，并依次經(jīng)由水流調(diào)整閥20、流量傳感器21、溢流閥22和入口壓力傳感器23后，一路連接可伸縮式金屬軟管24，另一路連接大阻力集水篩管18；可伸縮式金屬軟管24通過連接法蘭固定連接具有支撐腳32的下向流過濾罐2內(nèi)布水室8中的布水器12，布水室8與過濾室9通過活接點(diǎn)連接，內(nèi)用圓柱銷固定，采用連接于空氣壓縮泵3的氣缸開閉系統(tǒng)4控制布水室8的開啟與閉合，通過連接法蘭對其以螺栓進(jìn)行固定或拆卸，以溝槽式裝填的“O”型圈進(jìn)行密封，并以45°角焊接在罐體上的方鋼作為氣缸開閉系統(tǒng)4的固定懸臂14，沿程刻具高度標(biāo)線的嵌入式可視化窗16設(shè)于過濾室9的正視方向，過濾室9和集水室10連為一體，之間采用柵隙不大于基礎(chǔ)墊層礫石規(guī)格的格柵式支撐方鋼17隔開并承托，在集水室10中懸空焊接水頭損失大于3m的大阻力集水篩管18，并在集水室10底錐部連接排淤管31；大阻力集水篩管18出口與凈化水緩沖室6之間有凈化水管路，出口壓力傳感器15設(shè)置在凈化水管路上，用以正向過濾水頭損失的監(jiān)測；另外，下向流過濾罐2頂部開設(shè)人孔，以備過濾‐反沖洗過程中出現(xiàn)冒罐等事故時(shí)應(yīng)急處理使用。參閱圖2，徑向尺寸為過濾罐直徑1/2的布水器12的圓柱面上按50mm圓周等間距分布縫寬為5mm的縫隙，布水器12的圓柱下底面上按50mm圓周等間距同樣分布縫寬為5mm的縫隙，圓柱面上布置的縫隙與圓柱下底面的縫隙相交錯(cuò)，交織流道縫隙實(shí)現(xiàn)含聚污水以一定水頭經(jīng)由過濾室平穩(wěn)布于濾料層上，克服單道水流對濾料層的水力沖擊，提高過濾處理的穩(wěn)定性，同時(shí)避免一定特性的含聚污水可能對進(jìn)水單元造成的粘附堵塞。參閱圖3，它提供了下向流過濾罐2內(nèi)過濾室8中嵌入式可視化窗16的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，具有與過濾室高度一樣、可防止濾料磨花可視化表面的鋼化玻璃內(nèi)嵌于罐體，采用外置框式鋼板進(jìn)行壓蓋、密封，同時(shí)沿程刻具高度標(biāo)線，充分發(fā)揮直觀性的作用，有效實(shí)現(xiàn)多介質(zhì)過濾-反沖洗濾料層截污、去污能力及分層濾床穩(wěn)定性的識別。參閱圖4，它提供了大阻力集水篩管17的布置結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，懸空焊接在集水室10中的大阻力集水篩管17的下半圓周整體布置孔距15mm、孔徑10mm的篩孔33，保證篩管內(nèi)免遭正向過濾時(shí)由于不同程度跑料及剪切沖刷污染物而導(dǎo)致的共沉積，避免流通截面的減小，消除對過濾后水質(zhì)的二次污染，同時(shí)提高反沖洗操作中在相同反沖洗參數(shù)下濾料的再生效果。本發(fā)明中通過凈化水緩沖室6出水管道上的取樣閥27進(jìn)行水質(zhì)的同步取樣監(jiān)測，其含油量監(jiān)測采用分光光度法，懸浮物含量監(jiān)測采用濾膜重量法，粒徑中值監(jiān)測采用庫爾特計(jì)數(shù)法，以定量獲取含聚污水的深度過濾處理效果。本發(fā)明優(yōu)化設(shè)計(jì)多介質(zhì)級配過濾‐反沖洗參數(shù)的方法：（一）啟動空氣壓縮泵3，拆開可伸縮式金屬軟管24與下向流過濾罐2頂部處連接法蘭的螺栓，同時(shí)也擰動卸開下向流過濾罐2中布水室8與過濾室9相接處連接法蘭的螺栓，通過自動控制柜25打開氣缸開閉系統(tǒng)4，開啟布水室8，在過濾室9中依次自下而上布填墊料層和多介質(zhì)濾料層，并通過嵌入式可視化窗16上刻具的高度標(biāo)線區(qū)分濾床布填模式，濾料層級配布填完成后同樣通過自動控制柜25控制閉合布水室8，檢查或更換溝槽式裝填的“O”型密封圈，擰緊布水室8與過濾室9相接處連接法蘭的螺栓，復(fù)原下向流過濾罐2頂部跟可伸縮式金屬軟管24之間連接法蘭的緊固螺栓。由此實(shí)現(xiàn)多介質(zhì)級配濾床的填設(shè)。（二）按照下向流過濾罐2上進(jìn)下出的過濾原則，切換裝置閥組呈正向過濾流程，打開排空閥29排空，將某含聚濃度的來水從立式污水罐1的原水室5中以折算過濾濾速在8m/h左右的恒定流量泵入布水器12，通過交織流道匯入多介質(zhì)級配模式濾床的下向流過濾罐2進(jìn)行壓力式過濾，過濾出水利用剩余水頭從管匯流入立式污水罐1的凈化水緩沖室6中，并根據(jù)可視液位管7的變化相繼排向下游水系統(tǒng)，過濾過程中同步監(jiān)測過濾運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)入口壓力傳感器23的讀數(shù)和出口壓力傳感器15的讀數(shù)，獲得此工況下的壓差；同樣的方法，將另一含聚濃度的來水以等恒定流量進(jìn)行壓力式過濾，監(jiān)測穩(wěn)定時(shí)進(jìn)口段和出口段壓力傳感器23的讀數(shù)，獲得該工況下的壓差，如此，便可得到一系列不同含聚濃度污水對應(yīng)的壓差（），根據(jù)下式：建立濾滯系數(shù)與污水含聚濃度的關(guān)系，將每增加1倍時(shí)對應(yīng)的含聚濃度作為污水分級的界限標(biāo)準(zhǔn)，也就是將的增加在1倍以內(nèi)的含聚污水劃屬為同一級、1倍以上的劃屬為另一級。由此完成對一系列不同含聚濃度污水的分級，獲取過濾‐反沖洗參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)中具有代表性的有限優(yōu)化序列。其中，，為級配模式下任一分層床的厚度，為濾床填設(shè)層數(shù)；為下向流過濾罐2的直徑，為含聚污水的密度。另外，重復(fù)（一）、（二）過程，可以取得含聚污水特性在多介質(zhì)濾料其它不同級配模式下的分級，并提供有限而具代表性的優(yōu)化序列。（三）基于得到的優(yōu)化序列，將歸屬于某一特性級別的任一已知含聚濃度的含聚污水匯入立式污水罐1的原水室5中，切換裝置閥組呈正向過濾流程，通過自動控制柜25啟動離心泵19，開啟流量傳感器21、入口壓力傳感器23及溢流閥22，進(jìn)行壓力式過濾試驗(yàn)，監(jiān)測入口壓力傳感器23和出口壓力傳感器15的讀數(shù)，通過凈化水緩沖室6排水管道的取樣閥28取樣監(jiān)測該進(jìn)水流量（過濾速度）下過濾后水質(zhì)的含油、懸浮物及粒徑中值；在同樣的濾料級配模式下，對上述同一含聚濃度的污水，調(diào)節(jié)、控制水流調(diào)整閥20，改變進(jìn)水流量（過濾速度）進(jìn)行又一壓力式過濾試驗(yàn)，同樣監(jiān)測進(jìn)出口壓力和過濾后水質(zhì)，如此多組試驗(yàn)，得到不同進(jìn)水流量（過濾速度）下的過濾后水質(zhì)指標(biāo)，并利用下式可得到不同進(jìn)水流量（過濾速度）下過濾初期時(shí)的水頭損失：（）將同時(shí)滿足水頭損失，水質(zhì)含油量、懸浮物含量、粒徑中值時(shí)的流量（或流量范圍）對應(yīng)的過濾速度（或過濾速度范圍）作為該特性級別含聚污水在相應(yīng)多介質(zhì)級配模式下過濾時(shí)的最優(yōu)速度（或速度范圍）參數(shù)。其中，為含聚污水的密度；為重力加速度。其中，含油量監(jiān)測采用分光光度法，懸浮物含量監(jiān)測采用濾膜重量法，粒徑中值監(jiān)測采用庫爾特計(jì)數(shù)法。類似于同樣的方法及過程，即可設(shè)計(jì)優(yōu)化序列中另一特性級別含聚污水在某多介質(zhì)級配模式下的最佳過濾速度（或過濾速度范圍）參數(shù)。（四）在下向流過濾罐2濾層平均孔隙率為的相應(yīng)級配模式下，先切換裝置閥組呈正向過濾流程，對優(yōu)化序列中某一特性級別的含聚污水利用所優(yōu)化設(shè)計(jì)的過濾速度（進(jìn)水流量）開展正常過濾，通過自動控制柜25同步記錄累積過濾時(shí)間，與（三）種水頭損失的獲取一樣，監(jiān)測過濾中、后期階段水頭損失的變化，建立以過濾時(shí)間為函數(shù)的水頭損失變化曲線，基于變化曲線，將水頭損失開始大于30m時(shí)的前期累積過濾時(shí)間設(shè)計(jì)為反沖洗周期。然后切換裝置閥組呈反向反沖洗流程，通過自動控制柜25啟動離心泵19、開啟流量傳感器21、入口壓力傳感器23及溢流閥22，將立式污水罐1的凈化水緩沖室6中的凈化水以2倍于正常過濾階段進(jìn)水流量的瞬時(shí)排量布于下向流過濾罐2中，經(jīng)由集水室10中的大阻力集水篩管18，進(jìn)行反沖洗試驗(yàn)操作，并通過自動控制柜25開始計(jì)時(shí)、監(jiān)測瞬時(shí)排量、累積水流量和反沖洗壓力，當(dāng)反沖洗壓力降低到某一恒定值時(shí)，結(jié)束反沖洗試驗(yàn)操作，反沖洗所歷經(jīng)時(shí)間作為反沖洗時(shí)間，反沖洗強(qiáng)度按下式確定：其中：為下向流過濾罐2的直徑，而其多介質(zhì)濾床中任一介質(zhì)濾層的孔隙率則為：，為該層濾料的比表面積，和為該層濾料顆粒的直徑與球狀度。由此，優(yōu)化得到優(yōu)化序列中某一特性級別含聚污水在對應(yīng)多介質(zhì)級配模式下能夠?qū)崿F(xiàn)高效過濾處理需要的反沖洗周期、反沖洗時(shí)間與反沖洗強(qiáng)度。重復(fù)同樣的方法及過程，即可設(shè)計(jì)優(yōu)化序列中另一特性級別含聚污水在某多介質(zhì)級配模式下過濾處理時(shí)的最佳反沖洗參數(shù)。（五）在步驟（三）、（四）進(jìn)行中，通過嵌入式可視化窗16定性觀測正向過濾過程中多介質(zhì)濾料層對污染物的截留能力、反向反沖洗過程中濾料層污染物的被去除能力，并直觀再現(xiàn)反沖洗過程中濾層的膨脹情況、粗顆粒介質(zhì)的下沉及細(xì)顆粒介質(zhì)的上移行為。由此實(shí)現(xiàn)多介質(zhì)過濾-反沖洗濾料層截污、去污能力及分層濾床穩(wěn)定性的識別，為優(yōu)化序列中某特性級別含聚污水進(jìn)行過濾處理時(shí)的反沖洗時(shí)間和反沖洗強(qiáng)度優(yōu)化提供有益指導(dǎo)，并為含聚污水深度處理中多介質(zhì)濾料級配模式的構(gòu)建提供充分依據(jù)。而其中通過嵌入式可視化窗進(jìn)一步定性觀測多介質(zhì)濾料層的截污能力，為過濾速度的優(yōu)化及多介質(zhì)濾料級配模式的適應(yīng)性評估提供有益支撐。（六）完成對某優(yōu)化序列含聚污水的過濾‐反沖洗參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)后，打開回水閥30，切換為立式污水罐1的內(nèi)清洗流程，其凈化水緩沖室6中的凈化水匯入原水室5中進(jìn)行清罐，通過放空閥29進(jìn)行排液，之后打開排淤管31對集水室10底錐部的淤泥雜質(zhì)進(jìn)行排放。由此進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)裝置的清理，完整結(jié)束過濾‐反沖洗參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程，并為新序列的優(yōu)化設(shè)計(jì)做好試驗(yàn)準(zhǔn)備。此發(fā)明主要為五步法，針對化學(xué)驅(qū)三次采油油井在不同受效、見聚階段采出水質(zhì)特性變化時(shí)的高效過濾與反沖洗參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)對多介質(zhì)級配模式下過濾‐反沖洗參數(shù)的個(gè)性化優(yōu)化設(shè)計(jì)及處理后水質(zhì)穩(wěn)定性及質(zhì)量的保證，構(gòu)建破解水量失衡矛盾下油田地面污水處理系統(tǒng)運(yùn)行精細(xì)化、低碳化難題的科學(xué)有效方法，提供含聚污水工業(yè)化深度處理及技術(shù)界限及時(shí)有效跟蹤調(diào)整的根本途徑。采用本發(fā)明所述含聚污水多介質(zhì)級配過濾‐反沖洗參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)裝置及方法進(jìn)行了保密性試驗(yàn)，保密性試驗(yàn)中含聚污水水源涉及普通中分聚合物驅(qū)（聚合物注入分子量1400萬、注入濃度1300mg/L）、普通高分聚合物驅(qū)（聚合物注入分子量1900萬、注入濃度1600mg/L）及高分子量高濃度聚合物驅(qū)（聚合物注入分子量2500萬、注入濃度2000mg/L）開發(fā)區(qū)塊的采出水，表1為試驗(yàn)裝置主體參數(shù)及多介質(zhì)級配濾床填設(shè)參數(shù)：表1試驗(yàn)裝置主體參數(shù)及多介質(zhì)級配濾床填設(shè)參數(shù)表2為在上述濾料級配填設(shè)模式下進(jìn)行的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，對35～974mg/L范圍（35℃粘度范圍為1.0～3.6mPa.s）含聚濃度的污水特性所完成的分級情況：表2試驗(yàn)含聚污水特性的分級特性分級濾滯系數(shù)含聚濃度范圍Ⅰ級1.30～1.33×10835～150mg/LⅡ級2.55～2.60×108150～448mg/LⅢ級3.88～4.00×108448～720mg/LⅣ級5.15～5.40×108720～974mg/L同時(shí)，抽樣分析了實(shí)例中這些不同開發(fā)區(qū)塊采出水中的含聚分子量，結(jié)果進(jìn)一步證明了隨著驅(qū)油過程中聚合物前緣的推進(jìn)及采出環(huán)節(jié)的系列剪切降解過程，含聚分子量已不是影響粘度特性及濾滯系數(shù)的主因，考慮來水含聚濃度的變化來進(jìn)行污水特性分級是充分而合理的。表3為上述級配模式及相應(yīng)分級水質(zhì)的過濾‐反沖洗參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果：表3過濾‐反沖洗參數(shù)試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果試驗(yàn)含聚污水特性過濾速度反沖洗時(shí)間反沖洗強(qiáng)度反沖洗周期Ⅰ級5.6m/h12min12.63L/(m2.s)44hⅡ級5.1m/h15min13.55L/(m2.s)32hⅢ級4.7m/h18min14.28L/(m2.s)25hⅣ級4.0m/h22min14.63L/(m2.s)20h圖5為經(jīng)過本發(fā)明裝置及方法優(yōu)化設(shè)計(jì)后應(yīng)用于高分子量高濃度聚合物驅(qū)（聚合物注入分子量2500萬、注入濃度2000mg/L）采出水深度處理的實(shí)際動態(tài)運(yùn)行數(shù)據(jù)。顯然，基于本發(fā)明裝置及方法的優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果，處理后水質(zhì)的含油、懸浮物均在10mg/L以內(nèi)，懸浮物粒徑中值低于4μm，且處理后水質(zhì)質(zhì)量穩(wěn)定，達(dá)到了實(shí)現(xiàn)含聚污水深度處理的目的，表明本技術(shù)方案適應(yīng)于含聚污水過濾‐反沖洗參數(shù)的個(gè)性化優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而破解水量失衡矛盾下油田地面污水處理系統(tǒng)運(yùn)行精細(xì)化、低碳化的難題。當(dāng)前第1頁1 2 3