膜分离技术在低渗透油藏含油污水处理中的应用

作者：蒲美玲 罗森曼 李少明

摘要：膜分离技术是特低渗透油藏开发中注水水质处理的关键技术。根据低渗透油藏开发中注水水质要求，介绍了多级金属膜、有机超滤膜和陶瓷膜处理油田污水的效果，阐明了膜分离技术在低渗透油藏精细水处理中的适用性，并对膜过滤装置的反洗方法进行了研究。

关键词：膜分离；低渗透油藏；油田污水

中图分类号：X741.031 文献标识码：A 文章编号：%1009-2455（2014）02-0006-03

Application of membrane separation technology in treatment of oily sewage from low permeability oil reservoirs

PU Mei-ling，LUO Sen-man，LI Shao-ming

Abstract：Membrane separation is the key technology of injection water treatment for low permeability oil reservoirs. According to the quality requirement of injection water for low permeability oil reservoirs exploitation, the effect of multi-stage metal film, organic ultrafiltration membrane, and ceramic membrane on oilfield sewage treatment was introduced. The adaptability of membrane separation technology in fine treatment of oily sewage from low permeability oil reservoirs was elaborated with the backwashing method of membrane filtration device studied at the same time.

Keywords：membrane separation; low permeability oil reservoirs; oilfield sewage

在低渗透油田注水开发过程中，含油污水的精细过滤处理至关重要。低渗透油藏由于储层孔喉细小，对水质的要求十分严格。根据石油天然气行业标准SY/T 5329—94《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》，渗透率低于50 md 的油藏，其注入水中的固体质量浓度应不超过1．0～3．0 mg/L，颗粒粒径中值应不超过1．0～2．0 μm，油的质量浓度应不超过5．0～8．0 mg/L，要达到以上要求，必须对来水进行精处理。因此，对于特低渗透油藏而言，膜分离技术是注水水质处理的关键技术［1］。

本文分析了几种膜分离技术在国内低渗透油藏中的应用概况，通过分析膜分离处理工艺前、后的油田污水水质情况，阐明了膜分离技术在低渗透油藏精细水处理中的适用性，并对精细处理后的膜过滤装置的反洗方法进行了研究，为低渗透油藏中的油田污水处理提供了参考依据。

1 多级金属膜精细处理工艺

金属膜过滤工艺过滤精度高，反洗再生能力强，处理后的水质可以达到A1 级指标的要求，颗粒粒径中值可达到2 μm［2］。该工艺中，金属膜过滤由两级组成。第一级采用5 μm 金属膜，死端操作；第二级采用0．2 μm 金属膜，错流操作，浓水回流到一级过滤器进行再处理，净化水进入注水缓冲罐。第一级为死端过滤，随着时间的延长，被截留物在膜表面形成污染层，且不断加厚，过滤阻力也随之增加，在操作压力不变的情况下，膜通量随之下降，必须定期清洗。第二级为错流过滤，原料液以切线方向流过膜表面，在压力作用下粒径小于膜孔的颗粒和溶剂通过膜，粒径大于膜孔的颗粒被截留形成污染层，膜通量可在较长时间内稳定在一定的水平。

该工艺在胜利油田某采油厂使用后，污水处理前、后的水质情况如表1 所示。

从表1 中可以看出，粒径中值在使用多级金属膜过滤器后都能控制在2 μm 以下，油浓度能达到A1 级指标的要求。金属膜过滤器在低渗透油藏含油污水处理中应注重前端预处理，同时建议进水中悬浮物的质量浓度小于10mg/L，油的质量浓度小于10mg/L。

金属膜工艺处理油田采出水的主要问题是膜容易被污染，导致膜通量降低。反洗时，一级膜管采用正洗（由内部向外冲洗）方式，二级膜管采用正洗加反洗方式，反洗周期为4~6 h，反洗时间为5min。

2 生化处理-超滤膜精细处理技术

膜处理与生化处理相结合的工艺技术是非常有发展前途的油田污水处理方法之一，其具体工艺流程如图1 所示。该技术有独特的优点：①可以截留粒径在0．1 μm 以上的物质，包括悬浮颗粒、几乎所有的细菌等，污水中悬浮颗粒、细菌和粒径中值达标率可大幅度提高；②可以直接破乳污水中的乳化油并使之聚集，从而截留污水中的乳化油和溶解油，使含油达标率进一步提高；③减轻由于SRB引起的硫化物浓度上升问题，同时减缓由细菌和硫化物造成的腐蚀，提高注水开发效果。

胜利油田孤岛采油厂对此项技术进行了试验研究。三相来水经沉降罐除油后进入冷却塔冷却，出水流入微生物反应池，利用池中特种菌群降解污水中的有机物和油类等污染物质，使得污染物质在生化池中转化为简单的无机物，再经过有机管式膜，去除粒径大于0．22 μm 的非溶解性固体，使处理后水质达到A1 标准，孤岛油田采出水处理试验结果如表2 所示。该工艺适用于处理低渗透油藏中悬浮物的质量浓度小于1 500 mg/L，油的质量浓度小于300 mg/L 的污水。

膜清洗方法主要有酸洗、碱洗和表面活性剂洗等，酸洗主要去除无机污染物；碱洗和表面活性剂清洗主要去除有机污染物。对于微生物污染，可用杀菌剂溶液清洗。对于含油污水，清洗液温度对清洗效果的影响十分明显。实际应用过程中将3 种清洗方案按不同清洗次数间隔轮换进行，循环清洗45～55 min，可以较好地恢复膜通量。

3 新型陶瓷膜精细处理工艺

陶瓷膜是一种无机膜组件，是经特殊工艺制备而成的呈管状或多通道状膜。与有机膜相比，陶瓷膜具有热稳定性好、刚性及机械强度大、化学稳定性好、抗微生物能力强、易清洁、使用寿命长等优点，因此可以在处理要求更高、使用场合更为苛刻的环境中使用［3-5］，能满足低渗透油层注水水质的要求。江汉油田某注水站采用陶瓷膜处理方法进行现场过滤试验，结果如表3 所示。

从表3中可以看出，经陶瓷膜过滤装置处理后的采油水，大部分情况下悬浮物的质量浓度小于1mg/L，油的质量浓度小于1 mg/L，达到了SY/T5329—94 中A1 标准的要求。该工艺可以在来水油的质量浓度不超过100 mg/L，悬浮物的质量浓度不超过100 mg/L 的条件下运行，出水水质能够达到A1 标准的要求。

陶瓷膜的清洗采用氢氧化钠和硝酸溶液交替进行，排污清洗周期为48 h。每次清洗2～4 h，即可恢复膜通量。陶瓷膜是清洗相对方便的膜材料，在污水深度处理中的应用前景较好。陶瓷膜工艺设备投资成本大，运行费用高，如何降低装置的一次性投资，并且通过工艺条件的优化设计和强化传质过程，降低操作成本是当前实现其大规模应用的首要条件。

4 结语

随着膜材料技术的发展，各种膜分离技术的相互配合、膜技术与常规水处理技术联用等，成为低渗透、超低渗透油藏开发新型水处理工艺的一个重要方向，而金属膜、超滤膜、陶瓷膜等膜分离技术都具有过滤精度高、粒径控制稳定、性能易恢复等优点，可广泛应用于各种低渗透油藏的污水处理中。由于膜过滤器对来水水质要求高，污水一般经过预处理达到进水水质要求时再经膜过滤器处理后，才可以获得预期的处理效果，使得油田采出水达到严格的出水水质标准的要求。

参考文献：

［1］刘建兴，袁国清．油田采出水处理技术现状及发展趋势［J］．工业用水与废水，2007，38（5）：20-23.

［2］李伟英，汤浅晶，董秉直，等．超高流速金属膜过滤性能及其微粒子去除特性［J］. 同济大学学报，2008，36（2）：202-206.

［3］王红．陶瓷膜在油田采出水处理中的应用［J］. 广州化工，2012，40（10）：39-41.

［4］王春梅，谷和平，王义刚，等．陶瓷微滤膜处理含油废水的工艺研究［J］. 南京化工大学学报，2000，22（5）：38-42.

［5］黄有泉，武云龙，付馨，等. 陶瓷膜一步清洗法可行性研究［J］．工业用水与废水，2012，43（3）：42-45.

作者简介：蒲美玲（1980-），女，湖北天门人，工程师，大学本科，主要从事采油工艺、地面工程、油田规划等方面的研究工作。