李建波，孫 杰

（遼寧石油化工大學(xué)， 遼寧 撫順 113001）

目前，我國(guó)大部分油田已進(jìn)入石油開發(fā)的中期和后期。采出油中的含水量為70%～80%，有的油田甚至已高達(dá)90%，日產(chǎn)含油污水量非常大，每年約生產(chǎn)6 億多噸油田采出水。如果對(duì)采出水進(jìn)行處理，并用于回注，則不僅可滿足油田開采過程中注水量日益增長(zhǎng)的要求，同時(shí)也可以節(jié)省水資源，為油田帶來經(jīng)濟(jì)效益。為保證在確定的注水壓力和必須的流量下，所注的水能自由地流經(jīng)地層，而不引起油層孔隙孔喉的阻塞，對(duì)注入水質(zhì)要求較高，因此，油田采出水的回注達(dá)標(biāo)處理成為關(guān)鍵[1]。

陶瓷微孔濾膜用于油田采出水的處理具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，首先在于材料的親水憎油特性，有利于防止有機(jī)類物質(zhì)的污染；其次由于陶瓷膜材料的化學(xué)穩(wěn)定性，可用強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化還原劑等清洗劑來清洗再生；再次陶瓷膜的機(jī)械強(qiáng)度高，能在高溫、高壓下使用和清洗。陶瓷膜出水水質(zhì)好，水質(zhì)穩(wěn)定，完全能滿足標(biāo)準(zhǔn)SY/T5329-1994 對(duì)低滲透油層注水水質(zhì)的要求。除此以外陶瓷微濾膜設(shè)備使用壽命長(zhǎng)、占地面積小、配套設(shè)施少[2]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 料液

本實(shí)驗(yàn)研究所用污水為某油田采出水，懸浮物含量為30～200 mg/L，含油量為20～500 mg/L[3]。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置及流程

實(shí)驗(yàn)室溫度為常溫，實(shí)驗(yàn)裝置見圖 1。將油田采出水加入污水罐，經(jīng)污水提升泵抽入膜組件中錯(cuò)流過濾，凈化水進(jìn)入凈化水罐，濾渣進(jìn)入排污罐。壓力計(jì)P1、P3 測(cè)量膜組件進(jìn)出口壓強(qiáng)，流量計(jì)1、流量計(jì)2 測(cè)量油田采出水進(jìn)入、排出時(shí)的流量。流量及進(jìn)出口壓差由閥門K2、K3、K5 控制。通過空氣壓縮機(jī)給儲(chǔ)氣罐沖氣，由閥門 K1 控制氣體反沖過程。而液體反沖洗過程是通過反沖洗泵將過濾之后的凈化水抽入膜組件進(jìn)行反沖洗，該過程是由閥門 K4 控制[4]。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置流程圖Fig.1 The flow chart of experimental device

2 結(jié)果與討論

2.1 膜材料與孔徑的選擇

該試驗(yàn)所用陶瓷微濾膜有關(guān)技術(shù)參數(shù)如表1[5]。

表1 陶瓷膜的技術(shù)參數(shù)Table 1 The technical parameters of ceramic membrane

2.2 膜組件進(jìn)出口壓差對(duì)透液通量的影響

在u=0.8 m/s，T=50 ℃定義條件下，改變組件進(jìn)出口壓差，比較透液通量的變化如圖2。

圖2 壓差對(duì)流量的影響Fig.2 Effect of pressure on flow

提高膜組件進(jìn)出口壓差有利于提高采出水流速和延緩?fù)敢和康乃p，但是耗能增大，對(duì)于特定的陶瓷微濾組件，采用一定的壓差即可。因此，選擇膜組件進(jìn)出口壓差?p=0.15 MPa 較為合適。

2.3 油田采出水溫度對(duì)透液通量的影響

在u=0.8 m/s，?p=0.15 MPa 定義條件下，用該裝置分別測(cè)得處理水在T=70、50、25 ℃時(shí)的過濾特性見圖3。

圖3 溫度對(duì)流量的影響Fig.3 Effect of temperature on flow

可以看出，溫度較高，透液通量的衰減越低，但是對(duì)其影響并不是特別明顯，考慮到對(duì)采出水加熱就要增加過濾的成本問題，所以我們選擇 50 ℃比較合適。

2.4 膜面流速對(duì)透液通量的影響

在?p=0.15 MPa，T=50 ℃定義條件下，分別測(cè)出 u=2.0、1.5、1.0、0.5、0.25、0 m/s 時(shí)的過濾特性，如圖4 所示。

圖4 流速對(duì)流量的影響Fig.4 Effect of velocity on flow

顯然在實(shí)驗(yàn)條件下，u 越大，J 衰減越小，說明在一定范圍之內(nèi)u 的大小，可以改變膜面的沉積狀態(tài)，但必須考慮到實(shí)際應(yīng)用過程中系統(tǒng)泵功率的消耗，兩者兼顧，選擇0.5～1.0 m/s 較為合適。

2.5 濃縮倍數(shù)對(duì)透液通量的影響

在實(shí)際應(yīng)用中，膜過濾過程是一個(gè)料液的濃縮過程，存在濃縮極限問題，因此需考察不同料液質(zhì)量濃度對(duì)膜通量的影響。在u=0.8 m/s，?p=0.15 MPa，T=50 ℃定義條件下，測(cè)得膜通量隨料液質(zhì)量濃度的變化曲線，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖5。

2.6 運(yùn)行時(shí)間對(duì)透液通量的影響

陶瓷微濾膜運(yùn)行了較長(zhǎng)一段時(shí)間后總會(huì)產(chǎn)生膜污染通量下降，所以需要確定膜清洗方法，以恢復(fù)膜滲透通量。每天運(yùn)行1 h，清洗一次，運(yùn)行時(shí)間與過濾速率的關(guān)系如圖6 所示。膜經(jīng)過清洗后，過濾速率基本得到恢復(fù)。

圖5 濃縮倍數(shù)對(duì)流量的影響Fig.5 Effect of concentration multiple on flow

圖6 運(yùn)行時(shí)間對(duì)流量的影響Fig.6 Effect of running time on flow

4 結(jié) 論

（1）選用0.8 μm Al2O3陶瓷微孔濾膜處理油田采出水，懸浮物和油的去除率均可達(dá)到98%以上，處理后的水質(zhì)可以完全達(dá)到國(guó)家油田注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5329-1994。

（2）膜組件進(jìn)出口的壓差能改變膜的過濾速率，影響膜的使用壽命，適宜的操作壓差?p=0.15 MPa。溫度對(duì)膜的過濾速率影響并不明顯，選擇T=50 ℃比較合適。膜面流速越大，過濾速率衰減的越慢，再考慮到能量的消耗，選擇流速u=0.8 m/s。

（3）陶瓷膜處理采出水主要適用必須進(jìn)行污水開發(fā)的低滲透或者特低滲透油藏的回注水處理，且是常規(guī)工藝處理工藝難以達(dá)到處理要求或采用其他非常規(guī)處理工藝的處理費(fèi)用比采用陶瓷膜更高的情況。陶瓷膜水處理工程的上馬必須面向?qū)ο?，從小試做起，?duì)適用性進(jìn)行論證和優(yōu)選，不能直接進(jìn)行大規(guī)模的推廣應(yīng)用，避免造成浪費(fèi)[6]。

［1］楊云霞,張曉健.我國(guó)油田采出水處理回注的現(xiàn)狀及技術(shù)發(fā)展[J].工業(yè)給排水,2000,26(7):32-35.

［2］祝威,韓月梅,陸詩(shī)建,楊向平.陶瓷膜處理低滲透油田采出水的研究進(jìn)展[J].化學(xué)工程與裝備,2009(9):125-127.

［3］王學(xué)松.現(xiàn)代膜技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2005-04.

［4］孫杰,金珊.微孔濾膜處理催化劑的濾洗液[J].石油化工,1999,28(9):59 2-594.

［5］王懷林,王憶川,姜建勝,等.陶瓷微濾膜用于油田采出水處理的研究[J].膜科學(xué)與技術(shù),1998,18(2):59-64.

［6］王紅.陶瓷膜在油田采出水處理中的應(yīng)用[J].廣州化工，2012,40(10):39-41.