低渗油田回注水陶瓷膜除油过滤技术

武 博

（中国石油长庆油田分公司第十一采油厂， 甘肃 庆阳 745000）

低渗油田回注水陶瓷膜除油过滤技术

武 博

（中国石油长庆油田分公司第十一采油厂， 甘肃 庆阳 745000）

注水是目前油田的主要开发方式，能有效保持地层压力、驱替原油，提高采收率。通常利用采出的地层污水进行除油、除污处理后再回注入地层。针对于低渗储层若回注污水水质较差，将导致储层受到损害的问题，对回注污水水质要求较高，因此有必要开展回注污水处理工艺技术的相关研究。分析了无机陶瓷膜处理回注污水的可行性，进行了室内实验，优选了陶瓷膜最佳孔径，并优化了陶瓷膜过滤处理的工艺参数，并探讨了陶瓷膜再生的技术方法。对陶瓷膜除油过滤技术的实践应用，应用效果表明，处理后水质基本满足了低渗油田I级回注水水质要求。

低渗储层；回注水；陶瓷膜；过滤

陶瓷膜具有分离效率高、效果稳定、化学稳定性好、耐酸碱、耐有机溶剂、耐菌、耐高温、抗污染、机械强度高、再生性能好、分离过程简单、能耗低、操作维护简便、使用寿命长等众多优势，已经成功应用于食品、饮料、植（药）物深加工、生物医药、发酵、精细化工等众多领域，可用于工艺过程中的分离、澄清、纯化、浓缩、除菌、除盐等，能应用于诸多工艺［1］。

注水开发已被广泛应用多年，注入水可有效补充地层能量、驱替原油，最终达到提高采收率的目的。低渗油田在开发过程也同常规油田情况相似，在开发后期油田含水率逐渐上升，而不同之处在于低渗储层孔隙吼道更容易被堵塞，因此在开发后期的注水时，在保证注入量和注水速度的前提下，必须保证注入水水质合格［2-5］。在现场实际注水工作中，油田回注水主要为地层采出的含油污水，通过除油、沉降、过滤等一些列技术工艺手段处理，再回注入地层。污水处理后回注工程能极大的解决油田生产过程附带污染，降低开发成本，节约水资源。

国内低渗油田例如大庆油田在回注污水处理工艺方面，采用预处理+生物化学方法+超滤工艺，所处理后的水质情况基本达到了I级水质标准。超滤工艺所采用的聚丙烯管式膜和纤维滤膜过滤效果较好，但存在着耐油性能较差，无法持续反复利用，材料寿命较短，无形之中加大工艺成本。中原油田部分低渗开发区块采用水质调节+床层过滤+金属膜处理的工艺，在水质调节处理时加入了大量石灰碱，不仅能有效调节水质酸碱度，还能吸附污水中的原油成分，但该工艺处理后产生污泥量较大，导致产生额外的污泥处理费用，甚至产生二次污染［6,7］。针对低渗油田采出水物理法处理工艺，开展了阻截膜过滤的高效污水处理技术研究，选优陶瓷膜进行回注污水处理，并评价处理效果。该技术与其它回注水处理工艺配套，有效解决回注水水质保障的问题，形成的配套技术在低渗油田回注水处理上有着可靠的实用意义。

1 技术原理

陶瓷膜是无机膜中的一种，属于膜分离技术中的固体膜材料，主要以不同规格的氧化铝、氧化锆、氧化钛和氧化硅等无机陶瓷材料作为支撑体，经表面涂膜、高温烧制而成［6］。商品化的陶瓷膜通常具有三层结构（多孔支撑层、过渡层及分离层），呈非对称分布，其孔径规格为0.05 ～2μm不等，过滤精度涵盖微滤、超滤、纳滤级别（图1）。

图1 陶瓷膜电镜扫描照片Fig.1 Scanning electron microscopy of ceramic membrane

陶瓷膜分离工艺是一种“错流过滤”形式的流体分离过程，主要利用原料液在膜管内高速流动，在压力驱动下含小分子组分的澄清渗透液沿与之垂直方向向外透过膜，含大分子组分的混浊浓缩液被膜截留，从而使流体达到分离、浓缩、纯化的目的。

2 陶瓷膜除油处理工艺

本研究中利用无机陶瓷膜对油田回注污水的过滤实验，来分析无极陶瓷膜的过滤效果，并有选择出最佳的处理工艺参数。

2.1 水质情况及实验设备

利用某采油厂联合站污水分离后的含油污水，并经过污水处理站一次除油、过滤悬浮污泥后再进入陶瓷薄膜水处理装置，水质情况见表1。

表1 实验水质情况Table 1 Experimental water quality

实验装置为小型平板陶瓷膜组，主要应用污水处理、含油废水处理工程等小试、中试设备中，小型平板陶瓷膜组规格主要有2平方、5平方，过滤孔径有0.05、0.1和1μm（图2）。

图2 小型平板陶瓷膜组Fig.2 Small flat ceramic membrane group

2.2 陶瓷膜孔径优选

对水样的悬浮颗粒粒径中值进行了测定，得到从某站经过初次处理后的污水粒径中值集中分布在290～400 nm之间，正态平均中值为约320 nm。根据陶瓷膜 1/3粒径堵塞理论，即颗粒粒径小于 1/3膜孔时，颗粒能良好的通过膜孔。小型平板陶瓷膜组规格主要有2平方、5平方，选择过滤孔径为0.05、0.1和0.2μm的陶瓷模组进行过滤实验，分析过滤后水质情况，对过滤后水质监测结果如下表2。

表2 不同粒径过滤水质情况Table 2 Water quality with different pore sizes

监测成果表明，选择的三种孔径的陶瓷膜对含油量及悬浮颗粒的过滤效果都较好，含油量的处理上基本都达到了石油行业I级标准，但固体悬浮颗粒过滤上，0.1和0.2μm的孔径过滤稳定性不足，因此最终决定采用孔径为0.05μm的陶瓷膜组件。

2.3 透膜压差对过滤效果的影响

透膜压差即为过滤过程进水端与出水端压力差，为驱动过滤液流动的驱动力，对过滤的效果有着较大的影响。一般情况，在透膜压差逐渐增大的情况下，过滤液膜透液量会提高，但随着透膜压差的逐渐增大，过滤液膜透液量提高速率会逐渐变缓。在实验室进行进行分析透膜压差与膜透量的关系，以确定最优的透膜压差。

首先分析不同透膜压差下随着过滤时间的变化，膜透量的动态变化情况。设定0.02、0.06、0.10、0.14、0.18、0.22 MPa六个不同的透膜压差进行过滤实验，各透膜压差实验时间为60 min。实验结果表明，透膜压差越大，初始膜透量越大，但都表现出越高的透膜压差下膜透量降低速度越快。理论上分析其原因，随着透膜压差的增大，污水中含油成分、悬浮颗粒滤出速度增大，将造成透膜孔径堵塞，使得透膜量降低。

假定通透膜稳定运行，操作温度 50 ℃，膜面过滤液流速6 m/s，再分析不同透膜压差与膜透量的关系（图3）。实验表明，随着透膜压差的逐渐增大，膜透量也持续增大，但在超过0.16 MPa时增幅降低，因此综合考虑能耗成本，确定透膜压差为0.16 MPa。

图3 透膜压差与膜透量关系Fig.3 The relationship between membrane pressure difference and membrane permeability

2.4 透膜流速对过滤效果的影响

透过膜系统透膜压差0.16MPa，滤液温度51℃，分析不同的膜面流速与膜透量的关系，从实验测定情况反应出，膜透量随膜面流速的增大而增大，但在超过4 m/s开始时增幅降低，在5 m/s开始膜透量呈现下降趋势。其原因为当透膜压差不变时，膜面流速加大将导致膜面压降降低，势必产生跨膜压差降低，因此产生膜透量不升反而下降。

根据实验测定的结果，结合能耗综合确定以4～6 m/s为膜面流速。

2.5 温度对过滤效果的影响

为进一步明确陶瓷膜过滤系统的性能，分析不同温度的滤液对膜透量的影响，因此，在膜面流速6 m/s，透膜压差为0.16 MPa进行实验，分别分析滤液温度为 20、30、40、50、60 ℃条件下膜透量的变化情况。经过实验分析表明，在实验所选用的滤液温度范围内，膜透量随着滤液温度的增高而持续上升。主要原因为温度的升高，导致膜透面渗透压降低，有利于提高膜透量［7］。

综合实际工艺处理，若采取刻意提高过滤液温度来达到目的，将会增大能耗及处理成本，因此在实际应用过程，按照现场实际水温进行即可。

3 陶瓷膜再生技术

陶瓷膜过滤系统在对污水处理过程，不可避免的将会产生污染，主要采用物理清洗及化学清洗两种方法，来解决膜污染的问题，经过清洗处理后的陶瓷膜可进行反复利用，达到再生技术的目的。

3.1 反洗技术

采用水、氮气和氮气与水混合物进行反冲洗，特别需要之处的是，由于油田回注水有含氧量的要求，因此不能用空气进行反洗。

3.2 清洗方法及清洗剂

陶瓷膜在过滤过程，膜表面会吸附油污、颗粒悬浮物等，采用物理的反冲洗，能清除掉大部分过滤后的污染物，但仍有部分污染物附着于膜孔表面，这就必须要采用化学清洗的方法来进行清除。

陶瓷膜具有良好的耐强酸、强碱的特性，因此在化学清洗时可采用：

（1） 强酸，溶解污染物质；

（2） 强氧化剂强碱，清除油脂类有机质；

（3） 表明活性剂，清楚有机质。

4 结束语

（1） 对陶瓷膜除油过滤技术的研究分析，基本形成了相关的及方法，包括对陶瓷膜过滤孔径的优选，分析了过滤处理工艺的透膜压差、透膜流速和温度对过滤效果的影响，并确定了最优的各项运行参数。

（2） 讨论了陶瓷膜的可再生技术方法，即采用物理和化学的清洗方法，对陶瓷膜过滤后的过滤物、附着污染物进行清除，使得陶瓷膜可进行重复利用。

［1］ 张杰，刘仁楼，乔玉珠，等.HK阻截膜除油技术在离温凝结水回收系统中的应用[J].化工科技，2010，18(5)：38-40.

［2］ 李满屯，贾瑞宝，于衍真，等．超滤膜工艺技术在饮用水处理的应用研巧进展[J].净水技术，2012，31(6)：18-21.

［3］ 张继武，张强，朱友益，等.浮选技术净化含油污水的现状及展望[J].过滤与分离，2002，12(2):8-11.

［4］ 李静，祁万军，吉庆林.油田污水处理研究[J].过滤与分离，2010，20(2):26-29.

［5］ 张弛，蔡旭森.油田污水微生物处理技术研究进展[J].石油化工应用，2014(5):1-3.

［6］ 袁惠民.含油废水处理方法[J].北工环保，1998，18(3):146-149.

［7］ 夏江峰.萨南油田水处理技术发展及展望[J].集输处理，2012(6)：48-49.

Ceramic Membrane Filtration Technology for Oil Removal of Reinjection Water in Low Permeability Oilfields

WU Bo
(No.11 Oil Production Plant,PetroChina Changqing Oilfield Company,Gansu Qingyang 745000, China)

Water injection is now main development method of oilfields, which can effectively maintain formation pressure, drive oil and improve oil recovery. Strata produced water is usually treated by removing oil and other pollutant process and then is reinjected into the stratum. Aiming at the problem that poor quality reinjected water can cause reservoir damage in low permeability reservoirs, and required quality of reinjected water is higher, it is necessary to study the relevant sewage treatment technology. In this paper, the feasibility of using inorganic ceramic membrane to treat recycling sewage was analyzed, the ceramic membrane aperture was optimized by indoor experiments, and the process parameters of ceramic membrane filtration were also optimized, and the technical method of ceramic membrane regeneration was discussed. The application results of ceramic membrane filtration technology showed that the treated water can meet the basic requirements of grade I low permeability oilfield reinjection water quality.

Low permeability reservoir;Reinjection water;Ceramic membrane;Filter

TE 992.2

A

1671-0460（2017）11-2379-03

2017-03-01

武博（1972-），男，工程师，甘肃庆阳人，研究方向：从事油田开发管理工作。