超滤膜处理油田采出水试验研究

超滤膜处理油田采出水试验研究

经过处理后，油田东14号储水站的水质无法满足规定的高回水量，因此不得不外排。大庆油田重新制定出了一套适合榆树林油田储层的水质标准。该标准要求悬浮物粒径中值应控制在0.5μm以下，悬浮物含量≤1.0mg/L，含油≤5.0mg/L，铁细菌<1×102个/mL，腐生菌<1×102个/mL，不能含有硫酸还原菌。本试验采用改性的PVC合金超滤膜法进行深度处理，以期达到回注的标准，降低注水压力，提高注水能力，恢复地层产能，提高原油采收率，并考察该工艺的可行性。同时，也为同类油田回注污水提供可以借鉴的经验。1-0650-v型立升中空纤维超滤膜组件试验设计采用10组LH3-0650-V型立升中空纤维超滤膜组件来处理200m3/d的污水。LH3-0650-V型立升中空纤维超滤膜组件外形尺寸为1398×准187mm，外壳材质为PVC，膜材料为PVC合金，封胶材料为环氧树脂，超滤膜丝数量为4800根，有效膜面积16m2。该型号单支中空纤维超滤膜的清水的通量为5m3/h（操作条件：运行压力0.12MPa，进水温度为25℃）。1.1多介质过滤器+回收剂回沙处理原有系统，10支LH3-0650-V型超滤膜组件；一套PLC控制系统；8个气动球阀；3个流量计；1台空气压缩机；一台高效空气净化器；3个储水罐；3台水泵油田采出水200m3储水罐，将可浮油或大颗粒物质去除掉，然后进入气浮池，去除小颗粒的污染物并进一步去除可浮油和部分乳化油，气浮出水接着进入核桃壳过滤器，可进一步去除乳化油和部分废水中的溶解油，到多介质过滤器，可截留20μm以上的颗粒物，以上水处理设施为原有，该试验就是在多介质过滤器后接超滤膜组件，以截留微粒、油、细菌等，使出水水质达到榆树林油田特低渗透油层要求的回注水水质指标。同时通过对膜组件运行方式的优化，使系统处于最佳的运行成本和运行状态。1.3超滤膜的制备(1)Jv=V/S，式中，Jv为膜通量（L/(m2·h)）；V为膜产水量(L/h)；S为膜的有效面积(m2)。(2)Jr=Jv/PtmPtm=[(Pi+Po)/2]-Pp式中，Jr为比通量（L/(m2·h·MPa)）；Jv为膜通量（L/(m2·h)）；Ptm为跨膜压差(MPa)；Pi为超滤进口处的压力(MPa)；Po为超滤浓水口处的压力(MPa)；Pp为超滤产水侧压力(MPa)。(3)Vm=Fm/Am/3600式中，Vm为膜面流速(m/s)；Fm为进膜水量(m3/h)；Am为膜的有效截面积(m2)。2结果和讨论2.1水环境监测结果试验设备于2004年10月28日开始运行。时间持续1个月，本次试验设备采取全自动化运行。出水水质数据检测情况见表1(5次抽样检测的平均）。从表1可以看出，通过预处理+UF系统的工艺流程，各出水水质指标均达到规定的榆树林油田特低渗透油层要求的回注水水质指标。2.2运行周期对清洗的影响采用死端过滤，正冲线速度为0.4m/s，时间为10s，反冲洗通量为150L/（m2·h），时间为10s。进水压力为：0.1MPa的条件下，运行周期设定为见图1～3。图3在15min运行周期以后平均比通量稳定在230L/(m2·h·MPa)上下，为初始平均比通量的50%。在稳定的状态下，在图1、2中，比膜通量为300L/（m2·h·MPa），而图3中，比膜通量为230L/（m2·h·MPa）。因此运行周期为15min，时间偏长，难以清洗。每个运行周期，单支膜的清洗用水量为21.6L(原水15L和超滤产水6.6L)。在运行周期10min和12min，效果基本相同的情况下，选择运行周期为12min，节省物理清洗的用水量；增加制水的时间，相应的也就提高了膜的产水率。2.3进水压力对膜通量的影响采用死端过滤，运行周期为12min，正冲线速度为0.4m/s，时间为10s，反冲洗通量为150L/（m2·h），时间为10s。运行时间为24h，在以上条件相同的情况下，分别在进水压力为：0.08、0.1、0.12MPa，所获得通量变化趋势见图4。通过图4可以看出，当进水压力为0.08MPa,0.1MPa时，在10h以后，比通量基本维持在300L/(m2·h·MPa)上下，而当进水压力为0.12MPa，时，在7h以后，比通量基本维持在230L/(m2·h·MPa)上下。试验压力范围内，开始阶段，随着进水压力的增加，膜的产水通量也随着增加，但随着不断的运行，膜的产水通量逐渐下降。在以上三种不同操作压力条件下，在稳定的比通量的情况下，进水压力为0.12MPa的产水通量低于进水压力为0.1MPa的产水通量。由于运行压力越大，导致膜内的污染物在正冲和反冲时，越不易将污染物清洗出来而使膜的阻力增大，使得增大的压力差与增大的阻力相抵消。2.4反冲洗通量b根据原理进行三因素三环分离法，根据具体的工艺条件运行,将膜面耗水量设置一个条件;采用死端过滤，运行周期为10min，进水压力为：0.1MPa的条件下，采用以下两种物理清洗方式（图5A代表物理清洗方式；图6B代表物理清洗方式）A:正冲线速度为0.2m/s,时间为30s，反冲洗通量为60L/（m2·h），时间为20s。B:正冲线速度为0.4m/s,时间为10s，反冲洗通量为150L/（m2·h），时间为10s。每个周期，单只膜耗水量：图5耗水量为27.8L，图6耗水量为18.3L；图6比图5耗水量节约32%；图5第10个周期以后，平均产水比通量稳定在75L/(m2·h·MPa)左右，而图6第10个周期以后，平均产水比通量稳定在300L/(m2·h·MPa)左右；图5不仅耗水量大，而且通量恢复效果很差，而图6通量的恢复率在95%以上。说明图5未把正常运行时截留在膜孔内和膜面的污染物清洗干净。而图6采用强度大单时间短的清洗方式，每次通量的恢复率都能达到95%以上。因此，物理清洗的原则“强度大时间短”，对膜通量的恢复可以取得很好的效果。2.5表面活性剂+碱洗+酸盐+注浆后油膜通量恢复单一的酸洗、碱洗效果不佳，比通量恢复均达不到50%。这主要因为采油污水值组分十分复杂所致，采用酸洗+碱洗，比通量恢复效果良好。恢复率达到83%；采用表面活性剂+碱洗+酸洗，比通量恢复效果更佳。恢复率达到96%。根据采油污水组分复杂的特点及上述清洗实验的结果，采用三步清洗的方法：即用表面活性剂清洗掉膜表面的石油类、再用酸洗清洗掉膜表面的机械杂质及结垢层，最后用碱洗消除因酸洗而造成的膜表面的吸附层。这样可以使清洗后的膜通量基本恢复至清洁膜的膜通量。3透油层水质指标(1）通过预处理+UF系统的含油废水处理工艺，其处理出水完全达到规定的榆树林油