膜技術(shù)對油田精細(xì)注水的研究與應(yīng)用

朱洪生 張靜

摘? 要：根據(jù)地質(zhì)資料，低滲透油藏的注水開發(fā)，對回注水的水質(zhì)提出了嚴(yán)格的要求，其中主要的指標(biāo)為：懸浮物小于1.0mg/L，含油量小于1.0mg/L，粒徑中值小于0.6μm。對于常規(guī)的處理技術(shù)和設(shè)備，上述三項指標(biāo)很難穩(wěn)定達(dá)到。基于對該領(lǐng)域水質(zhì)特點的認(rèn)識，利用膜處理工藝進(jìn)行中試試驗，本次試驗提出了確保粒徑中值小于0.8μm，達(dá)到0.6μm的目標(biāo)，并能穩(wěn)定運行。

關(guān)鍵詞：超濾膜;工程試驗;膜清洗

中圖分類號：X703? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）03-0149-02

Abstract： According to the geological data， the waterflooding development of low permeability reservoirs puts forward strict requirements for the quality of reinjected water， in which the main indexes are： suspended solids less than 1.0mg/L， oil content less than 1.0mg/L， and median particle size less than 0.6μm. For conventional processing technology and equipment， the above three indicators are difficult to achieve stably. Based on the understanding of the characteristics of water quality in this field， a pilot test was carried out by using the membrane treatment process. The goal of ensuring the median particle size less than 0.8μm， reaching 0.6μm， and running stably was put forward in this experiment.

Keywords： ultrafiltration membrane; engineering test; membrane cleaning

1 工藝技術(shù)路線選擇

水處理工藝技術(shù)及設(shè)備運行的穩(wěn)定，是選擇工藝路線的關(guān)鍵。氣浮→多介質(zhì)過濾→保安過濾→微/超濾膜工藝技術(shù)及配套設(shè)備是一套切實可行的工藝技術(shù)。膜分離屬于物理分離過程，將污水中的大于1微米的懸浮固體分離出來的過程，具有選擇性分離的功能，不需發(fā)生相的變化和添加助劑。膜的分類按孔徑從小到大一般分為反滲透膜、納濾膜、超濾膜、微濾膜。按膜的使用材料分類，使用陶瓷、金屬累材料做成的膜稱為無機膜。由高分子材料做成的如醋酸纖維素、聚氟聚合物等稱為有機膜。無論何種材料做成的膜都對膜的孔徑大小、孔徑的均勻程度有要求，如果想過濾級別到一定程度，就要求這個級別的孔徑均勻度達(dá)到99%以上，才能達(dá)到應(yīng)有的效果。根據(jù)理論和工程實踐經(jīng)驗，本項目選擇保安過濾→超濾膜的工藝技術(shù)路線。

2 中試試驗方案及試驗裝置

2.1 水質(zhì)要求

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況的要求，注水水質(zhì)如表1：

2.2 試驗規(guī)模

根據(jù)試驗注水量的需要，確定試驗外輸?shù)囊?guī)模為70m3/d。

2.3 工藝流程（見圖1）

超濾膜裝置進(jìn)水投加殺菌劑進(jìn)行殺菌，保持水質(zhì)穩(wěn)定。

2.4 試驗系統(tǒng)

根據(jù)實驗裝置工藝流程、運輸、現(xiàn)場安裝等的需要，本方案將試驗裝置分為3座集裝箱、1座調(diào)節(jié)水罐和2套座埋地污水水箱，各集裝箱的功能劃分如表2。

3 現(xiàn)場中試試驗投加藥劑

殺菌劑：液體，連續(xù)投加，投加量2～100mg/L，視細(xì)菌生長情況而定。

鹽酸：試劑純，31%液體，使用濃度0.5%，使用量200L（0.5%），頻率1～2次/月。

氫氧化鈉：40%液體，使用濃度0.5%，使用量200L（0.5%），頻率1～2次/月。

4 存在問題分析

4.1 指標(biāo)及檢測方法

4.1.1 粒徑中值

對于分離孔徑為0.03微米的膜來說，在其未受損傷的情況下大于0.03微米的剛性顆粒是不能透過膜的，但試驗裝置超濾膜出水卻很難得到粒徑中值小于0.6微米的數(shù)據(jù)。

首先，粒徑中值未能達(dá)到0.6微米以下，原因主要在于檢測儀器的精度和穩(wěn)定性問題。

其次，腐植酸等大分子物質(zhì)或0.03微米以下的顆粒透過膜以后，由于表面張力或表面特性的變化，微小顆粒之間發(fā)生了聚并，現(xiàn)場了0.6微米以上的顆粒。最后，膜出水側(cè)如果發(fā)生細(xì)菌污染，或膜出現(xiàn)損壞，膜出水的粒徑中值也將偏高。

在其他領(lǐng)域，沒有粒徑中值的水質(zhì)要求，因此相關(guān)的研究很少，因此膜出水粒徑中值，目前是一個業(yè)界的難題，幾乎沒有一個合理的理論解釋。

4.1.2 懸浮物

由于膜出水懸浮物含量很小，如果懸浮物檢測時，過濾的水樣體積小，濾紙上截留的懸浮物質(zhì)量大大低于5mg，容易產(chǎn)生很大的稱量誤差和計算誤差，導(dǎo)致懸浮物數(shù)據(jù)偏大。試驗表明，膜出水過濾水樣的體積在接近2000mL時，可以得到較好的檢測精度（平行樣檢測數(shù)據(jù)差值小）。

對于超濾膜出水而言，其出水可以達(dá)到SDI15（污泥淤積指數(shù)）小于3，在理論上是可以滿足濾膜系數(shù)小于20的要求，但由于標(biāo)準(zhǔn)將其取消，檢測單位沒有標(biāo)準(zhǔn)可循。

4.2 保安過濾的作用

試驗期間，來水水質(zhì)很好時，保安過濾表觀上體現(xiàn)出的懸浮物分離效率低，在不對二次污水進(jìn)行回收的工況下，似乎保安過濾是可以取消的。但實際上，保安過濾起到了對超濾膜的保護(hù)作用，避免非正常來水水質(zhì)條件下對膜造成不可恢復(fù)的污染，并避免膜表面受到機械雜質(zhì)的損傷。另外，當(dāng)鹽溶液含雜質(zhì)較多時，可以在保安過濾進(jìn)口投加鹽，避免雜質(zhì)對膜的長期穩(wěn)定運行帶來負(fù)面影響。

5 研究結(jié)論

5.1 工藝技術(shù)流程和設(shè)備運行穩(wěn)定可靠

試驗采用的工藝技術(shù)路線和設(shè)備合理，可以確保整個系統(tǒng)平穩(wěn)運行。

5.2 超濾膜出水水質(zhì)穩(wěn)定，粒徑中值在0.6～0.8微米的范圍

試驗超濾膜出水可以長期穩(wěn)定的滿足懸浮物和含油小于1.0mg/L的處理要求，其中有60%以上的懸浮物數(shù)據(jù)小于0.5mg/L。但粒徑中值只得到穩(wěn)定小于0.8微米的數(shù)據(jù)，但很難得到小于0.6微米的數(shù)據(jù)。

5.3 試驗超濾膜適應(yīng)性好，膜污染速率小，可以實現(xiàn)長期穩(wěn)定運行

試驗超濾膜很好地適應(yīng)了試驗水源的水質(zhì)條件，未見明顯的膜污染趨勢，超濾膜可以長期穩(wěn)定的運行，預(yù)期能長期保持穩(wěn)定的出水水量和設(shè)計的使用年限。

5.4 檢測方法需要完善

粒徑中值檢測采用宜激光粒度儀法，儀器粒徑范圍參數(shù)設(shè)置為0～2微米。

重量法檢測懸浮物，過濾的水樣為2000mL以上時可以獲得較好的精度。

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