0.8 μm Al2O3陶瓷膜處理油田采出水的研究

李建波，孫 杰

（遼寧石油化工大學， 遼寧 撫順 113001）

目前，我國大部分油田已進入石油開發(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。如果對采出水進行處理，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的要求，同時也可以節(jié)省水資源，為油田帶來經(jīng)濟效益。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，對注入水質要求較高，因此，油田采出水的回注達標處理成為關鍵[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，首先在于材料的親水憎油特性，有利于防止有機類物質的污染；其次由于陶瓷膜材料的化學穩(wěn)定性，可用強酸、強堿、強氧化還原劑等清洗劑來清洗再生；再次陶瓷膜的機械強度高，能在高溫、高壓下使用和清洗。陶瓷膜出水水質好，水質穩(wěn)定，完全能滿足標準SY/T5329-1994 對低滲透油層注水水質的要求。除此以外陶瓷微濾膜設備使用壽命長、占地面積小、配套設施少[2]。

1 實驗部分

1.1 料液

本實驗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 實驗裝置及流程

實驗室溫度為常溫，實驗裝置見圖 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流過濾，凈化水進入凈化水罐，濾渣進入排污罐。壓力計P1、P3 測量膜組件進出口壓強，流量計1、流量計2 測量油田采出水進入、排出時的流量。流量及進出口壓差由閥門K2、K3、K5 控制。通過空氣壓縮機給儲氣罐沖氣，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行反沖洗，該過程是由閥門 K4 控制[4]。

圖1 實驗裝置流程圖Fig.1 The flow chart of experimental device

2 結果與討論

2.1 膜材料與孔徑的選擇

該試驗所用陶瓷微濾膜有關技術參數(shù)如表1[5]。

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

2.2 膜組件進出口壓差對透液通量的影響

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

圖2 壓差對流量的影響Fig.2 Effect of pressure on flow

提高膜組件進出口壓差有利于提高采出水流速和延緩透液通量的衰減，但是耗能增大，對于特定的陶瓷微濾組件，采用一定的壓差即可。因此，選擇膜組件進出口壓差?p=0.15 MPa 較為合適。

2.3 油田采出水溫度對透液通量的影響

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

圖3 溫度對流量的影響Fig.3 Effect of temperature on flow

可以看出，溫度較高，透液通量的衰減越低，但是對其影響并不是特別明顯，考慮到對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 膜面流速對透液通量的影響

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

圖4 流速對流量的影響Fig.4 Effect of velocity on flow

顯然在實驗條件下，u 越大，J 衰減越小，說明在一定范圍之內u 的大小，可以改變膜面的沉積狀態(tài)，但必須考慮到實際應用過程中系統(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)對透液通量的影響

在實際應用中，膜過濾過程是一個料液的濃縮過程，存在濃縮極限問題，因此需考察不同料液質量濃度對膜通量的影響。在u=0.8 m/s，?p=0.15 MPa，T=50 ℃定義條件下，測得膜通量隨料液質量濃度的變化曲線，實驗結果見圖5。

2.6 運行時間對透液通量的影響

陶瓷微濾膜運行了較長一段時間后總會產(chǎn)生膜污染通量下降，所以需要確定膜清洗方法，以恢復膜滲透通量。每天運行1 h，清洗一次，運行時間與過濾速率的關系如圖6 所示。膜經(jīng)過清洗后，過濾速率基本得到恢復。

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

圖6 運行時間對流量的影響Fig.6 Effect of running time on flow

4 結 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到98%以上，處理后的水質可以完全達到國家油田注水水質標準SY/T5329-1994。

（2）膜組件進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到處理要求或采用其他非常規(guī)處理工藝的處理費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對象，從小試做起，對適用性進行論證和優(yōu)選，不能直接進行大規(guī)模的推廣應用，避免造成浪費[6]。

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

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

［3］王學松.現(xiàn)代膜技術及其應用[M].北京：化學工業(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].膜科學與技術,1998,18(2):59-64.

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