0.8 µm Al2O3陶瓷膜处理油田采出水的研究

李建波，孙 杰

（辽宁石油化工大学， 辽宁 抚顺 113001）

目前，我国大部分油田已进入石油开发的中期和后期。采出油中的含水量为70%～80%，有的油田甚至已高达90%，日产含油污水量非常大，每年约生产6 亿多吨油田采出水。如果对采出水进行处理，并用于回注，则不仅可满足油田开采过程中注水量日益增长的要求，同时也可以节省水资源，为油田带来经济效益。为保证在确定的注水压力和必须的流量下，所注的水能自由地流经地层，而不引起油层孔隙孔喉的阻塞，对注入水质要求较高，因此，油田采出水的回注达标处理成为关键[1]。

陶瓷微孔滤膜用于油田采出水的处理具有明显的优点，首先在于材料的亲水憎油特性，有利于防止有机类物质的污染；其次由于陶瓷膜材料的化学稳定性，可用强酸、强碱、强氧化还原剂等清洗剂来清洗再生；再次陶瓷膜的机械强度高，能在高温、高压下使用和清洗。陶瓷膜出水水质好，水质稳定，完全能满足标准SY/T5329-1994 对低渗透油层注水水质的要求。除此以外陶瓷微滤膜设备使用寿命长、占地面积小、配套设施少[2]。

1 实验部分

1.1 料液

本实验研究所用污水为某油田采出水，悬浮物含量为30～200 mg/L，含油量为20～500 mg/L[3]。

1.2 实验装置及流程

实验室温度为常温，实验装置见图 1。将油田采出水加入污水罐，经污水提升泵抽入膜组件中错流过滤，净化水进入净化水罐，滤渣进入排污罐。压力计P1、P3 测量膜组件进出口压强，流量计1、流量计2 测量油田采出水进入、排出时的流量。流量及进出口压差由阀门K2、K3、K5 控制。通过空气压缩机给储气罐冲气，由阀门 K1 控制气体反冲过程。而液体反冲洗过程是通过反冲洗泵将过滤之后的净化水抽入膜组件进行反冲洗，该过程是由阀门 K4 控制[4]。

图1 实验装置流程图Fig.1 The flow chart of experimental device

2 结果与讨论

2.1 膜材料与孔径的选择

该试验所用陶瓷微滤膜有关技术参数如表1[5]。

表1 陶瓷膜的技术参数Table 1 The technical parameters of ceramic membrane

2.2 膜组件进出口压差对透液通量的影响

在u=0.8 m/s，T=50 ℃定义条件下，改变组件进出口压差，比较透液通量的变化如图2。

图2 压差对流量的影响Fig.2 Effect of pressure on flow

提高膜组件进出口压差有利于提高采出水流速和延缓透液通量的衰减，但是耗能增大，对于特定的陶瓷微滤组件，采用一定的压差即可。因此，选择膜组件进出口压差∆p=0.15 MPa 较为合适。

2.3 油田采出水温度对透液通量的影响

在u=0.8 m/s，∆p=0.15 MPa 定义条件下，用该装置分别测得处理水在T=70、50、25 ℃时的过滤特性见图3。

图3 温度对流量的影响Fig.3 Effect of temperature on flow

可以看出，温度较高，透液通量的衰减越低，但是对其影响并不是特别明显，考虑到对采出水加热就要增加过滤的成本问题，所以我们选择 50 ℃比较合适。

2.4 膜面流速对透液通量的影响

在∆p=0.15 MPa，T=50 ℃定义条件下，分别测出 u=2.0、1.5、1.0、0.5、0.25、0 m/s 时的过滤特性，如图4 所示。

图4 流速对流量的影响Fig.4 Effect of velocity on flow

显然在实验条件下，u 越大，J 衰减越小，说明在一定范围之内u 的大小，可以改变膜面的沉积状态，但必须考虑到实际应用过程中系统泵功率的消耗，两者兼顾，选择0.5～1.0 m/s 较为合适。

2.5 浓缩倍数对透液通量的影响

在实际应用中，膜过滤过程是一个料液的浓缩过程，存在浓缩极限问题，因此需考察不同料液质量浓度对膜通量的影响。在u=0.8 m/s，∆p=0.15 MPa，T=50 ℃定义条件下，测得膜通量随料液质量浓度的变化曲线，实验结果见图5。

2.6 运行时间对透液通量的影响

陶瓷微滤膜运行了较长一段时间后总会产生膜污染通量下降，所以需要确定膜清洗方法，以恢复膜渗透通量。每天运行1 h，清洗一次，运行时间与过滤速率的关系如图6 所示。膜经过清洗后，过滤速率基本得到恢复。

图5 浓缩倍数对流量的影响Fig.5 Effect of concentration multiple on flow

图6 运行时间对流量的影响Fig.6 Effect of running time on flow

4 结 论

（1）选用0.8 µm Al2O3陶瓷微孔滤膜处理油田采出水，悬浮物和油的去除率均可达到98%以上，处理后的水质可以完全达到国家油田注水水质标准SY/T5329-1994。

（2）膜组件进出口的压差能改变膜的过滤速率，影响膜的使用寿命，适宜的操作压差∆p=0.15 MPa。温度对膜的过滤速率影响并不明显，选择T=50 ℃比较合适。膜面流速越大，过滤速率衰减的越慢，再考虑到能量的消耗，选择流速u=0.8 m/s。

（3）陶瓷膜处理采出水主要适用必须进行污水开发的低渗透或者特低渗透油藏的回注水处理，且是常规工艺处理工艺难以达到处理要求或采用其他非常规处理工艺的处理费用比采用陶瓷膜更高的情况。陶瓷膜水处理工程的上马必须面向对象，从小试做起，对适用性进行论证和优选，不能直接进行大规模的推广应用，避免造成浪费[6]。

［1］杨云霞,张晓健.我国油田采出水处理回注的现状及技术发展[J].工业给排水,2000,26(7):32-35.

［2］祝威,韩月梅,陆诗建,杨向平.陶瓷膜处理低渗透油田采出水的研究进展[J].化学工程与装备,2009(9):125-127.

［3］王学松.现代膜技术及其应用[M].北京：化学工业出版社,2005-04.

［4］孙杰,金珊.微孔滤膜处理催化剂的滤洗液[J].石油化工,1999,28(9):59 2-594.

［5］王怀林,王忆川,姜建胜,等.陶瓷微滤膜用于油田采出水处理的研究[J].膜科学与技术,1998,18(2):59-64.

［6］王红.陶瓷膜在油田采出水处理中的应用[J].广州化工，2012,40(10):39-41.