低渗透油田含油污水处理中超滤技术的研究与应用

低渗透油田含油污水处理中超滤技术的研究与应用

王敏

中石化江苏石油工程设计有限公司

摘要：超滤技术在低渗透油田含油污水精细处理中受到越来越多的重视。介绍了超滤技术在含油污水处理中的研究及应用进展，及该技术在推广应用中存在的问题、解决的方法及技术展望。

关键词：超滤、低渗透、含油污水

1引言

在低渗透油田的开发中,主要的开采方式是以向碎屑岩层注水为主的二次采油[1]。我国油田每年产生的污水达20×108～30×108t[2],从经济和环境方面考虑,回注或再利用含油废水十分必要。低渗透油层的有效孔隙度低,孔喉半径小,注水过程中容易被堵塞，为保证确定的注水压力和必须的流量,需要对含油污水进行精细处理，以满足《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》SY/T5329-2012对低渗油层回注水质要求。膜分离技术与传统的分离技术相比,具有设备简单,操作方便,分离效率高和节能等优点,是油田含油污水处理技术的重点发展方向之一[3]。

2超滤技术及研究进展

2.1超滤技术

超滤的平均孔径在3～100nm，是以压力为驱动的重要的膜分离技术之一。利用超滤膜的不同孔径对杂质进行物理筛分，可去除粒径0.005μm、相对分子质量1000以上的粒子，可有效截留水中的悬浮物、油颗粒、TGB、SRB和铁细菌等杂质。

膜材料决定了其通量、耐污能力及化学与热稳定性，在实际应用中应根据水质特性及处理要求选择合适的膜材料。当前常用的超滤膜材料分为有机高分子超滤膜和无机超滤膜两种。常用的有机膜包括：聚砜（PS）、聚醚砜（PES）、聚乙烯（PF）、聚丙烯（PPS）、聚偏氟乙烯（PVDF）和聚丙烯腈（PAN）等。无机膜材料有陶瓷、金属、玻璃、硅酸盐、沸石及炭素等，其中以陶瓷膜为最常用材料。

2.2研究进展

随着膜技术的发展，相关学者就超滤技术处理含油污水进行了广泛而深入的研究，使该项技术逐渐从实验室走向实际应用阶段。Famand[4]采用超滤膜对稠油污水进行了处理，结果表明，采出水越稳定，超滤膜处理效率越高，反之，处理效率就会降低。Santos[5]采用管状超滤膜对不同采出水进行了实验研究，结果表明，不同类型的采出水，膜通量和和反洗频率变化很大，对某一特定的采出水要进行中试研究才能确定该工艺的可行性。王静荣[6]等采用聚砜共混中空纤维超滤膜对油田含油污水进行处理，试验表明，使用表面活性剂和异戊醇混合溶液为清洗剂，采用负压冲洗和反压冲洗同时进行的方法，可使膜通量恢复率达到90%以上。王农村[7]等采用采用改性的PVC合金超滤膜对油田采出水进行深度处理，试验表明，化学清洗时,采用表面活性剂+酸洗+碱洗,可以获得最佳的清洗效果。王立国[8]等采用核桃壳过滤器-超滤装置组合工艺处理油田含油污水，处理后的水质可以满足：悬浮固体含量≤1.0mg/L,悬浮物颗粒直径中值≤1.0μm，含油量≤5.0mg/L（SY/T5329-2012）。包木太[9]等采用气浮－生化－超滤工艺处理渤南低渗透油田回注污水，试验表明，气浮－生化流程去除了水中大部分有机物、胶体物质和生物体，为后续超滤膜的稳定运行提供了可靠保障。张奉东[2]应用PVDF管式超滤膜在台兴油田进行中试试验，处理后的水质满足低渗油藏注水水质要求，但考虑到一次性投资成本较大，推广应用时需做经济评价。

以上研究表明，超滤技术处理含油污水具有操作简单、分离效果良好、化学添加剂用量少、无相变、能耗低等优点，但在推广应用中需要解决好如下问题：膜通量下降较快，出水水质经常恶化，清洗频繁，需要较高的预处理，投资和运行费用需要降低。目前，该技术的研究重点是对膜表面进行改性，以有效减少膜污染，使膜能长期工作，并降低运行费用。

3超滤技术在江苏油田真武污水处理站中的应用

江苏油田大部分油藏属于低渗、特低渗，中、强水敏复杂小段块油藏，“小、贫、碎、散”是江苏油田复杂小断块低渗油藏的典型特征。膜分离技术的开发与应用，将有助于提高含油污水精细处理效果，提高投资效益，完善江苏油田特色小断块油田采出水处理工艺。

目前，超滤技术已在江苏油田真武污水处理站进行了应用。通过膜材料性能和膜组件特点对比，选用化学稳定性好的疏水性材料改性聚偏氟乙烯（PVDF）有机管式超滤膜，设计处理量10m3/h，处理后污水输往许5-1断块进行有效回注。图1为该站主要工艺流程。

图1超滤处理工艺流程

现场运行表明，管式膜超滤污水处理装置抗冲击能力强，在来水条件恶劣时，可保持一定出水水质的稳定，正常运行出水达到设计“双3”指标，固含和含油≤3mg/L，膜通量大于70L/(m2.h)，颗粒去除率>97%，细菌达到A2级，基本满足低渗透油藏对注入水水质的要求。主要问题是清洗周期变短，通量下降较快，难以满足回注供水需要。

4结语及展望

超滤技术作为主要的膜分离技术之一，具有设备简单,操作方便,分离效率高、化学添加剂用量少、节能等优点，在低渗透油田含油污水精细处理中受到越来越多的重视。根据水质特性及处理要求选择合适的膜材料和适当的操作条件，是确保超滤技术在实际应用中得到良好油水分离效果的前提。

研究适合不同水质的超滤与混凝或气浮等预处理工艺相结合的联合工艺，以增加膜通量，减缓膜污染。同时应加强膜材料的改性研究，开发无机膜和功能高分子膜材料，从而提高膜的抗污染性能、耐压、耐热和化学生物稳定性等，以促进超滤技术在含油污水处理中的广泛应用，进而取得更好的经济效益，环境效益和社会效益。

参考文献：

[1]栾希炜,曹会哲,丁慧.低渗透油田注水精细处理技术[J].给水排水,2002,28(6):40-43.

[2]张奉东.PVDF管式超滤膜在低渗油田水处理中的研究及应用———以江苏台兴油田为例[J].海洋石油,2008,(6):92-94.

[3]蔺爱国,刘培勇,刘刚,等．膜分离技术在油田含油污水处理中的应用研究进展[J].工业水处理,2006,26(1):5-8.

[4]姜凤玖,张传江．油田用膜分离技术的研究与应用进展[J].石油机械,2004,32(7):62-64.

[5]Santos．Ultra-filtrationofWaterGeneratedinOilandGasProduction[J].WaterEnvironmentResearch,1997,69(6):1120-1127.

[6]王静荣,许成．超滤法处理油田含油污水膜清洗方法的研究[J].膜科学与技术,2000,20(6):23-25.

[7]王农村,张振家，姜义行．PVC合金超滤膜在油田采出水回用中的应用研究[J].环境科学与技术,2006,29(8):86-87.

[8]王立国,高从楷，王琳，等．核桃壳过滤-超滤工艺处理油田含油污水[J].石油化工高等学校学报,2006,19(2):23-26.

[9]包木太，泮胜友，苏俊杰，等．气浮－生化－超滤工艺处理低渗透油田回注污水[J].水处理技术,2009,35(5):117-119.