功能陶瓷膜处理含聚采油污水技术研究*

滕厚开，刘宗园，吴 巍，陈 赞，王楚宁，臧毅华

（中海油天津化工研究设计院有限公司，天津300131）

功能陶瓷膜处理含聚采油污水技术研究*

滕厚开，刘宗园，吴 巍，陈 赞，王楚宁，臧毅华

（中海油天津化工研究设计院有限公司，天津300131）

针对海上聚驱采油污水处理难题，采用抗聚合物污染的功能陶瓷膜材料，设计出了撬块化膜精细处理装备，做了含聚采油污水处理稳定性运行实验，并在渤海绥中36-1平台通过了现场实验验证。结果表明，该膜装备可将含聚采油污水中油的质量浓度从30mg/L以上降至5mg/L以下，将悬浮物质量浓度和粒径中值分别降至1mg/L和1μm以下，聚合物截留率小于5%，有效实现了聚合物的循环使用。该技术的开发对改善海上聚驱采油污水处理水质以及降低成本具有重要意义。

功能陶瓷膜；含聚采油污水；水处理

随着中国油田进入开发中后期，聚合物驱成为油田三次采油提高采收率的重要手段，目前已在大庆、辽河、胜利、大港及河南等油田得到普遍运用，并且取得显著的增产效果［1］。目前，中国海洋石油总公司已经在渤海部分平台开展了聚合物驱采油技术的应用，代表性的油田为绥中36-1稠油油田。随着油田开发的深入，聚合物驱油技术有望在油田得到更大空间的推广和应用。聚合物驱采出液经过脱水后得到含油污水，污水处理后回注地层重复利用。然而陆地聚驱采油污水处理工艺流程长、停留时间长、设备体积大，有些需要增加生化处理流程，占地面积大［2-3］，因此不适用于空间小、承重能力有限的海上平台聚驱采油污水处理。同时，海上平台现有水处理工艺无法将含聚采油污水处理达到高标准回注水水质。绥中36-1油田设计污水处理能力为4.5万m3/d，但受目前处理工艺水平制约，其实际处理能力只有2万m3/d［4］。目前，海上油田含聚采油污水处理是世界性难题，也是制约聚驱实践的关键技术之一。针对含聚采油污水处理难题，笔者采用中海油天津化工研究设计院有限公司（简称“天津院”）自主开发的以抗污染型功能陶瓷膜材料为核心的撬块化膜精细处理装备，应用于绥中36-1油田含聚采油污水处理研究。研究结果表明，该装备能够有效去除污水中乳化油、悬浮物等物质，产水水质达到回注标准［5］。

1 现场污水处理概况

图1为绥中36-1平台生产水处理工艺流程。由图1可见，由一级和二级分离器、电脱水器、开排罐及污水罐分离出的水加入清水剂后，经过斜板除油器、加气浮选器和双介质滤器三级处理，处理后的生产水进入注水缓冲罐，回注地层。斜板除油器和加气浮选器分别用于去除污水中粒径较大的浮油和粒径大于10μm的油滴，双介质处理器用于深度除油，同时去除水中的悬浮物。

图1 绥中36-1平台污水处理工艺流程示意图

2 膜材料与中试装置

2.1 膜材料

实验采用天津院自主开发的抗污染型功能陶瓷膜材料，通过无机粒子和有机功能基团对膜表面进行改性，控制膜的孔径大小和分布，改善膜表面的亲水疏油性能，增加水通量，防止油及聚合物在膜表面黏附，并有效阻止微生物生长，延长了膜的化学清洗周期和使用寿命。膜元件参数：通道数为19，膜面积为0.25m2，膜平均孔径为40 nm，膜材质为氧化锆/氧化铝。

2.2 中试装置

在功能陶瓷膜基础上开发了撬块化膜精细处理装置，用于海上油田含聚采油污水处理，其工作流程见图2。装置采用错流过滤工艺，膜组件内料液在循环泵的推动下平行于膜面流动，料液流经膜面时产生的剪切力将膜面上滞留的颗粒及污染物带走，从而使污染层保持在一个较薄的水平，减少了膜的污染。供料泵提供跨膜压差作为过滤推动力。料液经三级浓缩后进入斜板除油器继续进行处理，膜产水进入注水缓冲罐进行回注。

图2 撬块化膜精细处理装置工作流程

图3为膜中试装置。由图3可见，该装置采用撬装结构，实现了装置的轻量化、小型化；系统运行采用可编程逻辑控制器（PLC）自动化控制，能够减轻劳动负荷，提高操作可靠性，防止因误操作造成膜损坏；装置集成了在线清洗（CIP）单元，具有在线自动控制、操作简便、清洗液密闭运行无泄漏、清洗液循环处理无二次污染等优点。装置通过了中国船级社（CCS）认证，满足了海上油田现场实验要求。

图3 膜中试装置图

2.3 中试工艺

采用功能陶瓷膜中试装置处理绥中36-1平台双介质滤器出口含聚采油污水。膜过滤工艺采用三级串联操作方式，考察了膜产水水质、膜通量及跨膜压差随时间的变化。跨膜压差达到0.1MPa时停止过滤，进行清洗。水中含油分析采用InfraCalCVH水中含油分析仪；悬浮物含量测定采用重量法［6］。

3 实验室可行性实验研究

取绥中36-1平台水处理系统斜板除油器、加气浮选器及双介质滤器出口生产水，采用中试装置进行膜装置处理实验。在恒定通量为200L/（m2·h）条件下连续运行100 h，跨膜压差控制在0.1MPa以下，膜产水均能满足注水A1级标准，结果见表1。实验表明，功能陶瓷膜能有效去除污水中的乳化油、悬浮物，显著改善了平台注水水质，已具备海上油田现场应用实验条件。

表1 绥中36-1平台含聚采油污水膜装置实验室处理结果

4 海上平台现场实验研究

4.1 膜装置运行稳定性

采用传统三段式工艺处理含聚采油污水难以达到B1级水质要求［5］。绥中36-1平台为了能够达到水质回注要求，通过降低设备处理负荷来保证注水水质。中试过程处理了绥中36-1平台双介质滤器出口生产水，处理前后水质分析结果见表2。从表2可见，绥中36-1平台双介质滤器出口生产水经膜设备处理后，水质达到A1级标准［5］，满足绥中36-1平台注水水质要求。膜处理前后水中聚合物聚丙烯酰胺（PAM）含量基本没有变化，表明功能陶瓷膜对聚合物无截留作用，聚合物可以顺利通过功能膜并保留在水中，不会在膜表面和内部残留造成污染，从而保证了膜的长周期稳定运行。同时，聚驱采油过程中不用额外加入化学药剂，降低了聚驱采油成本。

表2 膜装置现场处理绥中36-1平台含聚采油污水结果

实验采用绥中36-1平台双介质滤器出口生产水作为膜装置进水，水温为60～65℃，膜面流速保持在3.2～3.5m/s，膜装置进水与膜浓缩液体积比设定为6，对功能陶瓷膜设备运行的稳定性做了考察，结果见图4。经过120 h连续实验，膜原水油含量、悬浮物含量随时间波动；膜产水水质始终满足A1级注水标准［5］，膜通量始终维持在200 L/（m2·h），跨膜压差平缓上升，120h后仍小于0.07MPa，表明功能膜装置处理海上平台含聚采油污水具有较好的产水水质、较平稳的处理量以及较稳定的设备运行，能够解决平台采用降低设备处理负荷来保证注水水质的问题。

图4 膜产水油含量（a）、膜产水悬浮物含量（b）、膜通量及压差（c）随时间的变化

4.2 膜再生

油田采出水组成复杂，污水中含有大量的油滴、微粒、胶体等杂质，在过滤的过程中会吸附、沉积在膜表面或膜的孔道内，即使经过良好的膜表面改性，膜通量的衰减也不可避免。根据天津院研制的功能陶瓷膜特性，膜表面进行了亲水疏油改性，受油污染影响较小，清洗的目的主要是针对吸附在膜表面或堵塞在膜孔道的微粒及胶体杂质。清洗实验操作参数：跨膜压差为0.05MPa、温度为65℃、清洗时间为60min、清洗剂采用质量分数为0.2%的自制碱性和酸性清洗剂。清洗前后膜纯水通量测试结果：实验前为614L/（m2·h），实验后为255L/（m2·h），洗清后为609 L/（m2·h）。清洗后膜通量恢复了99%以上，恢复效果良好。

5 结论

1）采用功能陶瓷膜中试装置处理绥中36-1平台含聚采油污水，膜产水油质量浓度小于5mg/L、悬浮物质量浓度小于1mg/L、悬浮物粒径中值小于1μm，满足平台含聚采油污水处理后回注的要求。2）功能陶瓷膜对聚驱药物无截留作用，避免了膜污染，聚合物可循环注入开采层，从而减少了药物用量，降低了聚驱采油成本。3）功能陶瓷膜中试装置稳定运行120 h，膜通量始终维持在200 L/（m2·h），跨膜压差小于0.07MPa，化学清洗后膜纯水通量恢复99%以上，表明该技术可有效解决海上聚驱采油污水处理难题，具有良好的工业应用前景。

［1］ 邓述波，周抚生，陈忠喜，等.聚丙烯酰胺对聚合物驱含油污水中油珠沉降分离的影响［J］.环境科学，2002，23（2）：69-72.

［2］ 宋伟.青海柴达木盆地尕斯库勒油田采油污水处理技术发展动态综述［J］.内蒙古石油化工，2011（16）：52-53.

［3］ 曹怀山，姜红，谭云贤，等.胜利油田回注污水处理技术现状及发展趋势［J］.油田化学，2009，26（2）：218-221，226.

［4］ 彭齐国，车连发，宿辉.渤海绥中36-1油田核桃壳过滤器滤料清洗再生的研究［J］.清洗世界，2007，23（9）：10-17.

［5］ SY/T 5329—2012 碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法［S］.

［6］ GB 11901—1989水质悬浮物的测定 重量法［S］.

Study on ceram ic functionalm embrane treatm entofwastewater containing polymer

Teng Houkai，Liu Zongyuan，WuWei，Chen Zan，Wang Chuning，Zang Yihua
（CenerTech Tianjin ChemicalResearch and Design Institute Co.，Ltd.，Tianjin 300131，China）

In allusion to the treatment problems of themarine wastewater containing polymer，amembrane pilot equipment was designed with anti-polymer pollution ceramic functionalmembranematerials for the treatmentofwastewater containing polymer.Land stability experiments and field tests in the central treatment platform of SZ36-1 Oilfield were carried out.Result showed that the oil contentwas reduced from more than 30mg/L to below 5mg/L，the suspended particles content and median diameterwas decreased to below 1mg/L and 1μm，respectively.The retention rate of polymer was less than 5%in water production，whichwas beneficial to the recycling of the polymer.The ceramic functionalmembrane technology developmentcan improve themarinewastewater containing polymer treatmentand reduce costs.

ceramic functionalmembrane；wastewater containing polymer；wastewater treatment

TE357.6

A

1006-4990（2016）12-0075-03

2016-11-23

滕厚开（1963— ），男，硕士，教授级高工，硕士生导师，主要从事工业水处理研究开发。

国家科技支撑计划课题“功能膜材料及成套技术开发与示范”（2014BAE06B00）。

联系方式：tenghk@cnooc.com.cn