海上油田膜技术水质处理过程的研究进展

2022-09-11

前言

随着我国陆上油田开采时间的增长, 海上采油将逐渐成为维护国家能源安全的重要措施。海上采油面临解决技术问题, 诸如含油废水的处理以及回注过程的结垢。海上油田采出水具有含油量多、矿化度高、固体悬浮物含量高等特点, 处理难度极大。常规处理过程为自然沉淀除油-混凝除油-过滤除油的“三段式”工艺。经此工艺处理后的水质基本可以达到中、高渗透油层的回注标准, 但距SY/T 5329-94低渗及特低透油层的回注水A1级要求还有一定距离。与传统采出水水质处理工艺相比, 膜技术属于纯物理过程, 不会产生污泥, 装置简单, 占地面积小, 适用性较强, 容易控制, 分离效率高, 能耗较低, 因此将是今后采油废水处理回注技术研究和发展的重点。

一、膜技术

膜分离技术在处理油田采出水方面具有突出的优势, 超滤和微滤膜技术可有效去除废水中的乳化油类, 纳滤可以有效去除硫酸根离子等。选择适宜的膜材料、组件和膜工艺, 可去除水体中的油滴、分散油和乳化油, 综合除油率>90%, 对细菌也有很好的去除效果, 纳滤可以很好地去除硫酸盐, 能够在一定程度上降低结垢的可能性。

1. 微滤技术的应用

微滤又称微孔过滤, 是以多孔膜 (微孔滤膜) 为过滤介质, 在0.1~0.5MPa的压力推动下, 截留溶液中的砂砾等颗粒物和藻类等微生物, 而溶剂、小分子溶质等透过膜的分离过程。在采出水处理过程中多采用比较便宜的陶瓷微滤膜, 突出的特点是设备简单, 成本相对有机膜较低, 耐腐蚀, 占地节省且停留时间短。很多研究[1,2,3]均利用三氧化二铝陶瓷膜过滤器处理采出水, 固体悬浮物和油的去除率均可达到98%以上, 处理后的水质可以达到国家油田注水水质标准中A1标准要求。因海上采油平台占地有限, 因此设备简单, 占地节省处理量大的微滤技术具有广阔的前景

2. 超滤技术的应用

超滤是采用中空纤维有机膜过滤技术, 超滤膜孔径一般小于0.01微米, 能彻底滤除水中的细菌和胶体等物质。近年来, 超滤膜技术在油田采出水处理方面的研究与应用发展迅速。徐俊等[4]对大庆油田采出水进行了处理, 采用非对称结构的陶瓷复合超滤膜和PVDF (聚偏氟乙烯) 膜。对浊度、悬浮物和油的去除率均超过94%, 对各类细菌如SRB、IB以及TGB的去除率接近100%, 对COD和TOC的去除率大于90%, 处理后的水质远远优于油田回注水水质SY/T 5329-1994中A1类标准的要求。王农村等[5]采用PVC合金中空纤维超滤膜组件对大庆油田某采油污水进行了膜处理试验, 出水悬浮物含量<1.0 mg/L, 含油量为1.5 mg/L, 且检测不到硫酸还原菌, 达到了特低渗透油层注水水质要求。雷乐成等[6]采用采用硅藻土动态膜超滤工艺处理采油污水, 效果良好, 出水中油和悬浮物含量均小于2mg/L, 悬浮物粒径控制在1μm左右, 能够达到了低渗透油层注水水质要求。丁慧等[7]采用聚偏氟乙烯 (PVDF) 中空纤维超滤膜处理胜利油田某采油污水, 研究了影响膜通量的主要因素并优化了膜处理工艺, 滤后水油含量和悬浮物的浓度均小于1 mg/L, 颗粒直径中值小于1μm。对比可见, 超滤技术处理效果优于微滤技术, 对于渗透性能较差的采油平台, 超滤技术更为适合, 但是相对于陶瓷膜微滤技术, 有机超滤中空纤维膜存在适应性稍差、易污染的缺点, 需要进一步在膜材料的开发和改性方面做更多的工作。

3. 纳滤技术

纳滤是一种压力驱动、压力范围介于反渗透和超滤之间的膜分离过程, 纳滤膜的孔径只有纳米级。纳滤膜本体带有电荷性, 因此在很宽的压力范围内具有较高脱盐性能和截留分子性能。海水中存在较高浓度的硫酸根离子以及钙镁离子, 因此海水作为海上油田回注水会引起严重的硫酸盐结垢。纳滤技术可以有效地去除硫酸根, 可防止硫酸盐结垢, 还可减少回注水中还原性硫细菌的数量, 并降低与其相关的结垢费用和腐蚀泄漏等安全隐患。利用纳滤软化海水作为海上油田采油注水已得到成功应用, 早在1991年英国北海油田就已经开始将纳滤技术引入海水软化过程, 并将软化海水作为油田注水。纳滤软化技术对于深海采油, 高钡锶含量水层更为重要, 利用纳滤技术将海水中的硫酸根离子降至40mg/L以下时, 能有效的消除结垢现象。国内苏保卫等[8]也开展了纳滤软化海水的试验研究, 效果令人满意, 并已开展储层岩芯试验。相对微滤和超滤技术而言, 目前纳滤技术处理采出水的研究报道仍然很少, 其原因在于较为昂贵的纳滤膜材料以及相对较低的膜通量的限制。但在一些特殊场合, 例如稠油热采区块, 可单独通过纳滤或结合RO技术软化海水用于热采蒸汽锅炉给水, 纳滤技术在此领域具有相对的成本优势。