低渗油藏回注水膜处理工艺技术研究进展

张树友 只伟 邓智东 岳新元 佟建超 陈争光

1. 中海油天津化工研究设计院有限公司 天津 300131

2. 中海石油（中国）有限公司天津分公司 天津 300450

3. 中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司第一采油厂 陕西 延安 716000

4. 中海石油（中国）有限公司深圳分公司 广东 深圳 518000

近年来，国内油田己经进入中后期开采阶段，“注好水、注够水”己成为当下各油田的主流开发方式，注水开发方式对各油田提高原油采出率，增储上产具有重要意义。因此，注水开发不仅带来了水的来源问题，而且原油中含水率己经达到高达90%，经三相分离器分离后的含油污水处理成为亟待解决的问题。注水水质好坏是注水采油能否实现高采出率的关键，影响着各油田的增储上产和稳定发展。注水水质不合格将引发储油层孔喉的堵塞、渗透率下降，从而导致储油层压力增大，影响油田的正常开采工作。

随着地球上的淡水资源日益枯竭及环境污染问题日益加剧，超过70%的油田采用油田采出水达标处理后回注。低渗透油藏是目前各油田增储上产的主力军，其储量约占60～70%。长庆油田、渤海油田近年来新建的产能区块中，大多数为低渗透油田，这些油田属于多层系砂岩油藏，断块小、分布零散。

目前低渗与特低渗油田，一部分尚无开展注水，另一部分在注水平台水处理工艺仍然采用老三套工艺，注入水质难以保证。因此，对低渗透油层回注水处理新工艺技术的开发尤为重要[1]。

1 油田采出污水回注处理技术

1.1 油田采出污水处理方法

当前油田采出污水具有油含量高；COD高；悬浮物高等特点，极易造成储油层孔喉堵塞。行业标准SY/T5329-94对油田回注水中的含油量，悬浮物含量、粒径中值等指标有严格要求，污水中的悬浮物和油含量是含油污水回注时导致油层堵塞的重要原因。因此，含油污水回注处理技术的重点是去除污水中油及悬浮物，主要处理方法有以下几种[2]。

1.1.1 重力分离除油

重力分离除油是根据油和水的密度差使油上浮，实现油水分离效果。目前，油田常用的重力分离除油设备为斜板沉降罐、粗粒化除油罐等，主要去除采油污水中的浮油和机械分散态油。

1.1.2 混凝法

混凝方法主要用于去除水中乳化油及小颗粒的悬浮物，专用混凝剂投加到水中将产生大颗粒的凝聚体。油田上常用的混凝剂有聚丙烯酰胺、硫酸铝、硫酸亚铁、聚合氯化铝等。油田上常用的混凝除油装置是混凝除油罐。

1.1.3 气浮法

气浮法是利用微小气泡作为载体去吸附污水中的悬浮物，使其上浮到水面实现固液或者液液分离的过程，分为电解气浮、溶气气浮。电解气浮是利用电解采油污水产生高度分散气泡，乳化油失稳，气泡黏附在油珠上。

1.1.4 过滤法

过滤法是多介质深床过滤，即污水中的杂质通过石英砂或者其它粒状截留，从而使水得到净化。过滤器分为重力式和压力式两种，在油田含油污水处理工艺中核桃壳过滤器使用最为广泛。而过滤法易造成滤料堵塞和损害，所以应用时受到很大的限制。

1.1.5 膜分离法

膜分离法就是根据膜的选择透过特点，对流体中油及悬浮物等杂质进行高度分离和净化的技术。膜法处理具有高效、节能、环境友好等特点。最近，膜分离技术在低渗与特低渗油藏采出水精细处理中的应用越来越广泛。针对含油污水精细处理，膜分离主要包括超滤、微滤、反渗透等，超滤膜技术在国内外各大油田应用较为广泛。

1.2 油田采出污水回注处理工艺

目前，国内外在油田采出水常规处理工艺为沉淀除油-混凝除油-过滤除油的“三段式”传统工艺，各个油田的含油污水经过“三段式”工艺处理后的产水水质基本可以达到中、高渗透油层的回注指标，但不能够达到低渗及特低渗透油层的回注水A1级指标。

近年来新建的产能区块中，大多数为低渗透油田，这些油田属于多层系砂岩油藏，断块小、分布零散。目前长庆油田、渤海油田在开发低渗油田，一部分尚无开展注水，另一部分在注水平台水处理工艺仍然采用老三套工艺，注入水质难以保证。因此，对低渗透与特低渗油层回注水精细处理新工艺技术的开发尤为重要。

油田采出污水回注处理基于膜分离技术设计的工艺具有占地小、重量轻、操作简便、易于海上钻井平台上设备集成等优点，并且在分离过程中，无相变发生、化学药剂添加量少、污泥量少。膜分离技术用于海上油田低渗储层回注水达标处理，能够提高海上低渗油田的采出率，提升油田废水的处理技术水平，节约采油用水，促进海洋环境保护事业的发展，对经济、社会和环境效益显著。

2 膜分离技术研究进展

2.1 膜种类

针对采油污水特点，膜材质应具备以下特征：耐氧化，强度高，疏油亲水耐污染。因此，文中选取荷电膜、陶瓷膜和钛金膜进行介绍。

2.1.1 荷电膜

荷电膜是以复合材料为基质，引入具有相关特性的功能性基团制成具有较高离子选择透过性的功能膜[3]。根据所带电荷电性不同可将荷电膜分为荷正电膜和荷负电膜。近几年，荷电膜因其优异的分离特性受到业内人士的广泛关注。邵帅等[4]选用聚偏氟乙烯膜作为基膜，采用紫外光辐照接枝方法，制备出多孔PVDF荷电膜。

2.1.2 陶瓷膜

陶瓷膜是以无机陶瓷材料为基础，经特殊烧结工艺制备而成的非对称膜。其运行方式是采用内压或者外压错流运行方式，小分子物质透过膜，大分子物质被膜截留，从而达到分离、浓缩和纯化的目的。油田采出水陶瓷膜处理具有明显的优点，材料表面功能层的亲水特性有利于有机类物质的沉积；陶瓷膜材料具有化学稳定性好的特点，可用强酸、强碱、等清洗剂再生；陶瓷膜的机械强度高，能在高温等恶劣条件下使用。陶瓷膜出水水质达标，水质稳定，完全满足SY/T5329-94标准中要求的A1注水水质要求。王怀林等[5]人分别采用美国Filter公司和南京化工大学生产的陶瓷膜对含油污水进行了实验研究，处理后的悬浮固体含量小于3×10-6，油含量小于4×10-6。

2.1.3 钛金膜

以钛金属为原料制备的钛金膜，可以在强酸、强碱等腐蚀介质中稳定使用。钛金膜具有超强的机械性能，可应用于大压力、快速分离的工艺中；除以上优点外，钛金膜还具有寿命长、再生效果好等优点。因此，钛金膜在油田采出污水处理中受到人们的广泛关注。

2.2 膜分离技术在采油污水回注中的应用

随着油田采出率的不断衰减及膜材料技术的快速发展，采用膜工艺技术去除采油污水中的油及悬浮物等杂质越来越引起人们的重视。目前，用于油田含油污水处理的膜分离技术主要是超滤，它们的作用主要是截留污水中的微米级悬浮固体、乳化油和溶解油等[6]。

目前，国内在膜分离技术处理中的研究主要集中在油田含油污水实验阶段研究，还没有大规模工业应用的相关报道。李发永等[7]人采用自制的外压管式聚砜超滤膜处理含油污水，研究表明：超滤膜截留率均大于97%，处理后水中的含油量、悬浮固体含量和腐生菌个数均达到了SY/T5329-94中规定的A1标准。蔺爱国等[8]采用改性聚四氟乙烯膜进行含油污水处理，处理后水质指标基本符合（SY5329-94）规定的A1级注水水质标准。鄢玲俐等[8]提出采用中空纤维超滤膜过滤技术解决悬浮物含量高导致油田回注水质超标的问题，并对中空纤维超滤膜进行了试验研究，试验结果表明，产水含油质量浓度≤1×10-6，悬浮物质量浓度≤1×10-6，粒径中值≤1，处理后水质达到（SY5329-94）规定的A1级注水水质标准。

在国外，膜分离技术处理油田含油污水的研究目前主要集中在实验研究。Chen等[9]采用陶瓷膜（0.2～0.8μm）处理油田采出水时发现，处理后的产水悬浮固体由73×10-6-350×10-6降低到1×10-6以下油质量分数由27×10-6-583×10-6降低到5×10-6以下。J.M. Lee[10]开展了超滤膜处理油田污水中试试验，膜孔径为0.01μm，采用错流运行方式保持膜表面的清洁，膜处理后出水中油和油脂的总量<2 mg/L。

3 结论

长庆油田及渤海油田近年来新建的产能区块中，大多数为低渗透油田，这些油田属于多层系砂岩油藏，断块小、分布零散。目前开发低渗油田过程中，一部分尚无开展注水，另一部分在注水平台水处理工艺仍然采用老三套工艺，注入水质难以保证。低渗油田作为各油田增储上产的主要基础，需进一步提高开采率，实现“注够水、注好水”的开发目标。膜分离技术用于海上油田低渗储层回注水达标处理，能够提高海上低渗油田的采出率，提升油田废水的处理技术水平，节约采油用水，促进海洋环境保护事业的发展，对经济、社会和环境效益显著。因此，低渗与特低渗油藏采用膜技术处理含油污水达到A1注水水质指标是今后含油污水精细处理技术的发展方向。