金屬膜過濾技術(shù)在臨盤油田注水中的應(yīng)用

周秋柱（中國石化石油工程設(shè)計有限公司 北京 100101）

1 概述

勝利油田臨盤采油廠主要由臨盤、商河、臨南、江家店4個油田組成，區(qū)塊主力油藏孔隙度一般在16.1%～24.0%之間，平均18.5%；滲透率一般在33.5～269.210-3m2之間，平均81.5×10-3m2；局部邊遠區(qū)塊孔隙度一般11.7%～21.1%，平均15.8%，滲透率一般2.1～67.4×10-3μm2，平均28.6×10-3μm2，屬低滲透油藏是典型的復(fù)雜小斷塊油田。該廠共有4座油田采出水集中處理站，均采用水質(zhì)改性工藝，各站的外輸污水水質(zhì)均能達到或超過以下指標：含油：≤15mg/L；懸浮物：≤5mg/L；粒徑中值：≤3μm（簡稱B3級指標）。

隨著局部邊遠區(qū)塊的逐步開發(fā)，需求水質(zhì)不斷提高，邊遠區(qū)塊需求水質(zhì)主要指標為含油：≤6mg/L；懸浮物：≤2mg/L；粒徑中值：≤1.5μm（簡稱A2級指標）。在相應(yīng)的站場配套了金屬膜過濾系統(tǒng)，保證了水質(zhì)達標，滿足了地質(zhì)開發(fā)需求。

2 金屬膜過濾技術(shù)在臨盤采油廠的應(yīng)用

金屬膜過濾器通常為1根或多根濾芯組成，濾芯是一種采用特殊工藝制造的、具有選擇透過性的薄膜，材質(zhì)以鈦或不銹鋼為主。金屬膜過濾是在外力推動下對液體進行分離、提純、濃縮的一種新型分離技術(shù)，根據(jù)污水物理性質(zhì)的不同，用過篩的方法實現(xiàn)水質(zhì)的凈化分離。

臨盤采油廠自2003年開始使用金屬膜過濾器，目前臨盤廠已安裝投產(chǎn)5套金屬膜水處理裝置，總處理規(guī)模達10500m3/d，各區(qū)塊需求水質(zhì)為A2級，各套裝置出水均能穩(wěn)定滿足區(qū)塊注水的指標。各裝置安裝站場如下表：

臨盤采油廠金屬膜過濾裝置站場統(tǒng)計表

臨盤廠的5套金屬膜水處理裝置均由主要兩部分組成，前端為金剛砂過濾器，后端為鈦金屬膜過濾器。金剛砂過濾器的作用為保安，防止進水水質(zhì)的短期不穩(wěn)定給金屬膜過濾器造成的沖擊；鈦金屬膜過濾器保證出水水質(zhì)能夠穩(wěn)定達到A2級標準。

3 金屬膜過濾器的應(yīng)用分析

以臨中污水站為例，對金屬膜過濾系統(tǒng)進行應(yīng)用分析如下：

臨中污水站設(shè)計處理規(guī)模為2.5×104m3/d，實際處理量約2.3×104m3/d，2003年以前采用常規(guī)重力混凝沉降工藝，流程如下：

油站來水→一次除油罐→混凝沉降罐→緩沖罐→提升泵→石英砂過濾器→外輸

工藝流程中投加水質(zhì)凈化的藥劑為PAC和PAM，投加點為混凝沉降罐，外輸?shù)乃|(zhì)能夠穩(wěn)定達到B3的指標。臨中污水站2003年建設(shè)了1套處理量2000m3/d的金屬膜過濾系統(tǒng)，是勝利油田最早使用金屬膜過濾系統(tǒng)的站場之一。該系統(tǒng)包括2級鈦金屬膜過濾器，一級采用10μm的濾芯，二級采用0.5μm的濾芯，過濾方式為死端過濾（即上端進水，下端封死，側(cè)壁出水）。該系統(tǒng)的進水設(shè)計利用臨中站的外輸水進行處理，設(shè)計出水水質(zhì)為A2級，工藝主流程如下：

臨中污主流程外輸水→緩沖罐→提升泵→10μm金屬膜過濾器→0.5μm金屬膜過濾器→外輸

裝置投產(chǎn)運行近10年左右，實際運行效果不穩(wěn)定，出水水質(zhì)除投產(chǎn)初期的1～2月和期間換膜的初期能夠達到水質(zhì)要求外，其余時間運行均不能穩(wěn)定達到A2級指標。運行效果見下圖：

從圖1和圖2中可以得出，在2009年以前，金屬膜過濾器進水含油量較高，在10mg/L以上，造成出水含油量和懸浮物含量不能滿足A2的標準；2009年以后，金屬膜過濾器進水含油量大幅下降，但懸浮物含量仍然不能滿足A2級小于2mg/L的要求，打開濾罐發(fā)現(xiàn)濾芯存在局部斷裂、油膜淤堵、無法清洗等現(xiàn)象，因此進水含油量對金屬膜過濾器的運行影響較大，一旦污染后再生困難，很難達到原設(shè)計要求。

2009年臨中污水站進行了整體水質(zhì)改性工藝的改造，投加的藥劑調(diào)整為復(fù)合堿、石灰水等藥劑，投加點為改造后增加的混合反應(yīng)器，改造后的主流程如下：

油站來水→一次除油罐→混合反應(yīng)器→混凝沉降罐→緩沖罐→提升泵→石英砂過濾器→外輸

改造后使污水的pH值由原來的6.3左右提高到7.5左右，降低了污水的腐蝕性，同時也使主流程的出水水質(zhì)穩(wěn)定達到了含油≤5mg/L，懸浮物≤5mg/L的指標。隨著邊遠區(qū)塊的不斷開發(fā)，需求A2級水質(zhì)的需求不斷增加，在2013年臨中污水站重新建設(shè)了1套處理量4500m3/d的金屬膜過濾系統(tǒng)。該系統(tǒng)仍然為2級，一級采用金剛砂過濾器作為保安過濾器，二級采用0.5μm濾芯的鈦金屬膜過濾器來保證水質(zhì)，過濾方式為錯流過濾（即上端進水，側(cè)壁出水，下端出水回流）。該系統(tǒng)的進水設(shè)計仍然利用臨中污水站的外輸水進行處理，設(shè)計出水水質(zhì)為A2級，工藝主流程如下：

臨中污主流程外輸水→緩沖罐→提升泵→金剛砂過濾器→0.5μm金屬膜過濾器→外輸

裝置自2013年6月投產(chǎn)運行至今近8月左右，實際運行效果穩(wěn)定，出水水質(zhì)能夠穩(wěn)定達到A2級指標。運行效果見下圖：

從圖3和圖4中可以得出，該裝置中的金屬膜過濾器進水含油量和懸浮物含量均在3mg/L以下，金屬膜過濾器的出水能夠滿足A2級的要求，但是不能穩(wěn)定滿足懸浮物≤1mg/L的要求。

4 結(jié)論

（1）金屬膜的進水要求較高，在進水含油和懸浮物在10mg/L以內(nèi)時，采用兩級過濾，一級金剛砂過濾、二級金屬膜過濾，能夠保證達到出水的A2級水質(zhì)；

（2）在保證進水水質(zhì)的情況下，使金屬膜不被嚴重污染，金屬膜過濾器的使用壽命是有保證的，運行效果是穩(wěn)定的；

（3）目前0.5μm濾芯金屬膜過濾器的出水水質(zhì)不能穩(wěn)定達到含油≤5mg/L，懸浮物≤1mg/L，粒徑中值≤1μm的指標，不能滿足一些超低滲透區(qū)塊的注水需求，需進一步攻關(guān)研究。