超滤在油田回注水应用简介Barry

超滤在油田回注水应用简介Barry超滤技术是多种膜技术中的一种,在废水的深度处理中该技术具有出水水质好、占地面积小、自动化程度高等优点。超滤技术处理油田采出水的过程已从20世纪的实验室研究小试研究逐步走向工业规模的中试研究少数油田已建成大规模膜系统来处理油田采出水并取得了较好的经济和社会效益。超滤对油田采出水中的悬浮物、胶体、细菌和各种有机物均有较好的去除效果。产水水质不仅达到了低渗透油田回注用水指标，而且作为预处理满足了油田废水深度处理的进水水质要求，是油田解决采出水对石油开采的破坏和环境污染的重要技术手段之一。1、超滤对于油田回注水分离作用超滤除油：油田采出水中所含的油依据粒径的大小以漂浮油、分散油、乳化油、溶解油和油-固体物5种状态存在。对于油滴粒径较大的浮油和分散油通过重力分离即可较好地去除，但是要满足低渗透油田回注水水质指标则必须除去水体中粒径更小的乳化油和溶解油。传统的深度除油方法常辅以电解絮凝、气浮等先行破乳过程，能耗和物耗较大。而超滤技术处理油田采出水依赖超滤膜孔对油滴的截留效应，同时超细的膜孔又有利于破乳和油滴聚结，两者共同作用实现油水的分离---乳化油基于油滴尺寸被膜阻止而溶解油的被阻止则是基于膜和溶质的分子间的相互作用。膜的亲水性越好膜与油分子之间的排斥力越强阻止油透过的效果越好水通量越高。超滤除悬浮物：油田采出水中的悬浮物包括泥沙、黏土有机物、微生物、化学沉淀物、细菌等杂质。其粒径范围为0.001-100μm，这些悬浮物进入油层后能直接堵塞渗流孔道，降低吸水能力，降低石油的采收率。具有较小孔径的超滤膜对采出水中悬浮物的截留效果较传统的过滤器效果好，特别是去除低悬浊度污水中的微小颗粒。经超滤过滤后的油田采出水中的悬浮物质量浓度一般低于1mg/L，粒径中值小于1μm。超滤除菌：油田废水中的硫酸盐还原菌、腐生菌和铁细菌会给油田生产带来严重危害，细菌的存在可以使水体发黑，悬浮固体含量增加，严重地污染滤料，降低设备的处理效率，使处理后水中悬浮固体含量超标。试验研究表明，超滤对油田采出水中有害细菌的去除效果较好。超滤除有机物：油田采出水中含有大量地下水体中存在的天然有机物、石油类有机物，同时由于二次、三次石油开采过程及污水前处理阶段中使用了大量的表面活性剂、絮凝剂、破乳剂等有机添加剂，使油田采出水中的有机物组成相对较复杂。污水中的有机物含量一般用COD来表征，超滤对污水中有机物的去除率一般为5%-60%。2、超滤膜污染由于膜的截留作用，油和悬浮固体等杂质会在膜表面浓缩吸附和沉积，同时油分子和细微的悬浮物颗粒会在膜孔内吸附聚结，膜透水通量必然下降，这就是膜污染。膜污染不仅使膜通量下降，而且还会影响膜的使用寿命。超滤处理油田采出水过程中，导致超滤膜污染的污染因子主要有油、悬浮物和细菌。它们的存在可引起浓差极化，并可导致滤饼层或凝胶层的形成以及吸附膜孔堵塞。目前主要从膜材料膜孔径和膜组件结构的选择、操作条件的选择、改进膜组件构型设计、膜表面改性等几个主要方面研究解决膜污染问题。3、超滤膜组件油田回注水实际应用大庆油田应用：针对目前回注水处理工艺无法满足特低渗透油层回注水水质要求问题，结合国内外油田污水处理技术发展趋势，大庆高新区百世环保科技开发有限公司与大庆油田有限责任公司第十采油厂进行联合开发，在为期两年的试验研究基础上，确定了一套特低渗透油田含油污水处理新工艺，见下图：中空纤维超滤膜装置采用6英寸（152.4mm）高抗污染聚偏氟乙烯（PVDF）外压式UOF-IV-511（油田专用膜组件）中空纤维超滤膜组件，每只膜组件长度为1730mm，纤维内径0.7mm，外径1.2mm。纤维膜孔径为0.03μm，单支组件的有效过滤面积为37.5m2。共采用14支超滤组件及其配套设备构成连续膜过滤CMF系统，系统采用恒定出水流量和错流过滤的方式，实现连续自动运行，系统回收率大于95%。从图中可见，中空超滤膜装置对水中油及悬浮固体去除效果稳定，膜后出水油的含量平均值为痕迹，悬浮固体含量的平均值为0.32mg/L，粒径中值的平均值为0.82μm，中空超滤膜后出水达到了特低渗透油田回注水的“5.1.1”标准。江苏台兴油田应用：根据低渗透和特低渗油田注水水质的要求,2005年6月中国石化华东分公司与江苏博大环保股份有限公司合作研制出PVDF管式超滤膜。超滤膜主要是在一定的压差作用下,使悬浮液通过膜,其中液体和小的溶质透过膜作为透过液而收集,悬浮的粒子被膜截留并作为浓缩截留物而收集。当膜的孔径小于悬浮粒子的尺寸,粒子以其几何形状被阻挡,不能进入或通过膜,而与透过液分离,若膜的孔径大于粒子尺寸,在这种情况下,粒子能够进入膜孔隙内,当它与孔壁相接触并粘附于其上时,它们就从悬浮液中被滤除。图2中空超滤膜进出水水质变化图Fig2.ThecontentofoilandSSinoutcomewaterbyhollowultrafiltrationmembrane2005年6月在原注水站的基础上,采用PVDF管式超滤膜过滤处理技术进行改进,工艺流程见图3。其处理工艺为原油处理系统来水,经自然沉降除油后直接进入微生物反应池(水温超高时需先进行冷却塔降温),在生物反应器中投加高效专性联合菌群,对采出水中易造成膜污染的油及有机物有效地进行生物降解,改变了水中污泥的特性,有利于膜的分离,同时可以除硫化物、铁离子等物质,从而减少了对膜的污染。经过预处理后,采出水进入膜过滤装置,将油颗粒、悬浮物、TGB、SRB和铁细菌等截留,出水的细菌、悬浮物几乎为零。