CN102225812B - 一种油田回注水膜法处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油田回注水膜法处理工艺，具体步骤为：含油污水首先进入沉降罐进行自然沉降，除去部分大的悬浮固体颗粒和污油；沉降后的水直接进入陶瓷膜超滤设备，在陶瓷膜设备内部循环过滤后，透过膜的渗透液可直接用于回注，未透过膜的含有大量悬浮固体和污油的循环液进入沉降罐继续沉降，和来水混合后进入陶瓷膜超滤设备再次进行过滤；当循环罐中的污水达到一定的浓缩倍数时，设备可进行自动排污；在线检测设备还可根据来水水质情况自行调整膜面流速，达到节能降耗的目的。本发明具有工艺简单，投资成本低，过滤精度高等优点，并且在处理过程中不需要加入任何试剂，不造成二次污染。

Description

一种油田回注水膜法处理工艺

技术领域

本发明涉及油田回注水处理的一种方法，属于水处理领域。

背景技术

我国目前已开发的石油地质储量中，特低渗透储量占开发总储量的10%，随着油田的进一步开发，特低渗透油田的开发比例会逐渐增加。以大庆油田为例，“十一五”期间，大庆油田规划开发新建油水井30000口左右，其中特低渗透油田基建井占40%。按照《碎屑岩油藏注水水质推荐指标》（SY5329-94）注水水质应达到A1级特低渗透油层要求标准，主要指标为：含油量≤5mg/L，悬浮固体含量≤1mg/L，粒径中值≤1μm。但传统技术尚不能达到A1级标准，这严重制约了特低渗透层油田的开发和利用。

目前，很多单位都在加大研发力度，也取得了丰硕的成果，如中空纤维膜超滤技术、生化技术，悬浮污泥过滤技术等，但尚未有使用陶瓷膜技术取代传统油田回注水膜法处理工艺的报道。

如图3所示，传统工艺流程为：经过油水分离后的含油污水首先进入沉降罐，进行自然沉降，去除大部分颗粒较大的悬浮固体和油，再进入气浮、横向流或磁分离等一些高效分离器，通过加入一些絮凝剂，如聚合氯化铁、聚合氯化铝、聚磷酸钠等的一种或多种复合试剂，进一步去除污水中的悬浮固体和油，经两次净化后的污水再依次进入核桃壳过滤器、沙滤、二次沙滤进行深处理；此时的出水只能达到A2级标准，即含油量≤8mg/L，悬浮固体含量≤3mg/L，粒径中值≤2μm。该工艺的主要缺点有：（1）过滤精度低，出水水质不能达到特低渗透层油田回注水标准；（2）工艺流程长，控制点多，自动化程度低，工人劳动强度高；（3）占地面积大，基础建设多，一次性投入高。

如图4所示，油田回注水中空纤维超滤膜处理工艺流程为：经油水分离后的含油污水首先进入除硫装置和恒压浅层气浮装置，去除污水中的硫化物、悬浮固体和油，保护后续工艺的长期稳定有效运行，同时为膜法分离技术的应用提供保障，再进入海绿石过滤装置和双膨胀精细过滤器，进一步去除污水中的油和悬浮固体，使水质达到A2级标准，为膜处理提供良好的水质保证，最后进入中空超滤超滤膜装置进行过滤，出水水质可达到A1级回注水标准。此工艺已经在大庆油田采油五厂和采油八厂实施，取得了良好的效果，解决了注水水质不达标的问题；但仍无法避免传统工艺的缺点，更为严重的是中空纤维超滤膜极难清洗，使用寿命短，容易断丝，会直接导致产水水质不稳定。

如图5所示，生化技术（03112720）的工艺流程为：经油水分离后的含油污水依次进入缓冲隔油池和气浮装置，去除大部分的悬浮固体和油，然后再进入微生物处理系统，对易导致膜污染的油及其有机物污染物进行最大限度的生物降解，出水进入超滤膜处理系统，进一步对污水中残留的悬浮物、细菌和油进行截留分离，出水水质可达到A1级注水标准。生化技术虽然在工艺上有所改进，但水质达标仍然需要四级处理，且微生物受环境影响较大，不易在高寒地区或水体温度较高的条件下使用，这大大制约了此项技术在油田回注水处理方面的推广。

对于陶瓷膜技术在油田回注水处理中的应用，国内外有过许多研究，例如在中国专利02111402.1、01105241.4中公开的处理方法，但迄今为止，尚未有在油田回注水处理方面的成功应用案例，究其原因主要在于：（1）仅将其局限于深处理部分，使之无法与其它超滤技术相抗衡；（2）常规陶瓷膜（如图1所示）单位通量小，一次性投资高，运行成本高，与其它工艺相比不具备明显优势。鉴于上述两点，结合陶瓷膜自身特殊的性质，我们设计出专门应用于油田回注水处理的高通量陶瓷膜，并对陶瓷膜系统和传统工艺加以改进；与其他工艺相比，这项技术不但出水指标可达到A1级标准，也可使一次性投资减少50％以上，运行成本节省30％以上。

发明内容

本发明的目的是针对目前现有工艺中存在的问题，提出一种针对特地渗透油田的油田回注水处理的新方法。

本发明针对是油田采出水成分复杂，传统工艺处理达不到特低渗透油层注水精度，一般的处理工艺又较为复杂的难题，提出了以陶瓷膜为核心技术的油田回注水膜法处理工艺，确保过滤后的出水水质满足特低渗透层油田的回注水要求。

实现本发明目的的技术方案是：一种油田回注水膜法处理工艺，包括下列步骤：

（1）将经油水分离后的污水首先输入沉降罐，进行自然沉降，去除大部分的悬浮固体和油，沉降后的污水输入循环罐，再依次经供料泵和循环泵进入陶瓷膜设备；

（2）污水在陶瓷膜设备内进行错流过滤，透过膜的渗透液直接用于回注，未透过膜的循环液进入循环罐，与来水混合后进入陶瓷膜设备进行再次错流过滤；污水在循环泵的作用下进行循环，经多次循环错流过滤后，循环罐中的污水浓度达到来水浓度的300~1000倍时，将浓缩液排掉。

所述陶瓷膜设备中的陶瓷膜为高通量陶瓷膜，陶瓷膜采用平均孔径为20~500nm的对称或不对成膜，膜通道的直径为1.5~3.5mm，单通道和多通道即可。本发明根据油田污水固体杂质相对较少的特点，将通道直径设计较小，并且改变通道的结构，不但增加了单只膜的产水通量，也可保证污水在浓缩倍数较高的情况下也不会出现孔道阻塞的现象；

作为本发明的进一步改进，所述步骤（1）中，当含油污水进入陶瓷膜超滤设备时，跨膜压差控制在0.1~0.6MPa，膜面流速控制在4.0~8.0m/s。

作为本发明进一步改进，所述步骤（1）中，在陶瓷膜超滤设备的进水口装有在线检测设备，对来水水质实现在线监测，根据来水水质的变化自动调整循环泵的频率，改变膜面流速，降低膜污染速度。也可更进一步地实现当来水出现异常时自动停止进水。在过滤过程当中，由于来水水质浮动较大，采取固定的膜面流速，不但会增加处理成本，而且当水质恶化时，还会造成膜堵塞加快，影响正常的生产运行；因此，在设备进水口增加在线监测设备，可实时监控来水水质，根据来水水质的变化自动调整循环泵的频率，自动调整膜面流速，避免上述情况的发生。

作为本发明的进一步改进，所述步骤（2）中，采用自动定时排污的方式使膜通量恢复，即当循环罐中污水浓度为来水浓度的300~1000倍时，排污阀自动打开排污。当循环罐中的污水浓度较高时，膜通量开始下降，必须通过其它手段使膜通量恢复。本发明摈弃了传统的反冲洗模式，采用直接排污的方式使通量得到恢复；这种方式不但使工艺更加简化，而且减少了陶瓷膜设备的配套装置，降低了投资成本；最为重要的是，避免了在反冲洗过程当中对形成的有益滤饼层的破坏，使运行更加稳定。

本发明充分发挥了陶瓷膜的耐污染特性和过滤精度的优点，且在过滤过程中不需要添加任何化学试剂，是一种绿色环保的油田回注水膜法处理工艺。

本发明具有以下优势：

（1）此工艺可将油和悬浮物一步去除，出水质达到A1级特地渗透油层回注水标准；

（2）与其它油田会注水工艺相比，本工艺具有工艺流程短，出水水质稳定，出水水质不受来水水质的影响；

（3）采用高通量陶瓷膜具有投资低，运行费用少的优点，与其他工艺相比，一次性投资可节省50％以上，运行成本可节省30％以上；与传统陶瓷膜相比，通量提高了一倍，运行成本降低了约50％，一次性投资也降低将了近一半。

（4）采用本发明的系统控制方法，即通过定时排污替代反冲洗技术和通过在线监测调整膜面流速的方法，可大大简化陶瓷膜油田回注水工艺，使运行更加稳定。

附图说明

图1是常规陶瓷膜结构图；

图2是本发明采用的高通量陶瓷膜结构图；

图3是传统油田回注水膜法处理工艺图；

图4是中空纤维膜超滤工艺图；

图5是生化工艺图；

图6是本发明实施例的陶瓷膜工艺图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例做进一步说明。

实施例1

如图6所示，一种油田回注水膜法处理工艺，包括下列步骤：

（1）      将含油污水经自然沉降，去除大部分的悬浮固体和油后，输入循环罐，再依次经供料泵和循环泵进入陶瓷膜设备。在陶瓷膜超滤设备的进水口装有在线检测设备，对来水水质实现在线监测，根据来水水质的变化自动调整循环泵的频率，改变膜面流速。本实施例来水油含量为15.3mg/l，陶瓷膜设备中的陶瓷膜为高通量陶瓷膜（如图2所示），陶瓷膜采用平均孔径为20nm的对称或不对成膜，控制系统自动将膜面流速调整到4m/s，操作压力为0.1MPa。

（2）   污水在陶瓷膜设备内进行错流过滤，透过膜的渗透液直接用于回注，未透过膜的循环液进入循环灌，与来水混合后进入陶瓷膜设备进行再次错流过滤；污水在循环泵的作用下进行错流过滤循环，经多次循环错流过滤后，当循环罐中的浓度为污水浓度的1000倍时，自动排污。根据中华人民共和国石油天然气行业标准（SY/T5329-94）中规定的碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法进行水质分析，出水水质为：油含量：痕迹；粒径中值为0.892μm；悬浮固体含量为0.28mg/l，完全符合A1级注水标准。

实施例2

如图6所示，一种油田回注水膜法处理工艺，包括下列步骤：

（1）      将含油污水经自然沉降，去除大部分的悬浮固体和油后，输入循环罐再依次经供料泵和循环泵进入陶瓷膜设备。在陶瓷膜超滤设备的进水口装有在线检测设备，对来水水质实现在线监测，根据来水水质的变化自动调整循环泵的频率，改变膜面流速。本实施例来水油含量为53.1mg/l，陶瓷膜设备中的陶瓷膜为高通量陶瓷膜（如图2所示），陶瓷膜采用平均孔径为200nm的对称或不对成膜，控制系统自动将膜面流速调整到5m/s，操作压力为0.4MPa。

（2）      污水在陶瓷膜设备内进行错流过滤，透过膜的渗透液直接用于回注，未透过膜的循环液进入循环灌，与来水混合后进入陶瓷膜设备进行再次错流过滤；污水在循环泵的作用下进行错流过滤循环，经多次循环错流过滤后，当循环罐中的浓度为污水浓度的600倍时，自动排污。根据中华人民共和国石油天然气行业标准（SY/T5329-94）中规定的碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法进行水质分析，出水水质为：油含量为0.55mg/l；粒径中值为0.883μm；悬浮固体含量为0.47mg/l，完全符合A1级注水标准。

实施例3

如图6所示，一种油田回注水膜法处理工艺，包括下列步骤：

（1）      将含油污水经自然沉降，去除大部分的悬浮固体和油后，输入循环罐，再依次经供料泵和循环泵进入陶瓷膜设备。在陶瓷膜超滤设备的进水口装有在线检测设备，对来水水质实现在线监测，根据来水水质的变化自动调整循环泵的频率，改变膜面流速。本实施例来水油含量为81.4mg/l，陶瓷膜设备中的陶瓷膜为高通量陶瓷膜（如图2所示），陶瓷膜采用平均孔径为400nm的对称或不对成膜，控制系统自动将膜面流速调整到6m/s，操作压力为0.5MPa。

（2）污水在陶瓷膜设备内进行错流过滤，透过膜的渗透液直接用于回注，未透过膜的循环液进入循环罐，与来水混合后进入陶瓷膜设备进行再次错流过滤；污水在循环泵的作用下进行错流过滤循环，经多次循环错流过滤后，当循环罐中的浓度为污水浓度的500倍时，自动排污。根据中华人民共和国石油天然气行业标准（SY/T5329-94）中规定的碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法进行水质分析，出水水质为：油含量为0.38mg/l；粒径中值为0.913μm；悬浮固体含量为0.67mg/l，完全符合A1级注水标准。

实施例4

如图6所示，一种油田回注水膜法处理工艺，包括下列步骤：

（1）      将含油污水经自然沉降，去除大部分的悬浮固体和油后，输入循环罐，再依次经供料泵和循环泵进入陶瓷膜设备。在陶瓷膜超滤设备的进水口装有在线检测设备，对来水水质实现在线监测，根据来水水质的变化自动调整循环泵的频率，改变膜面流速。本实施例来水油含量为132.7mg/l，陶瓷膜设备中的陶瓷膜为高通量陶瓷膜（如图2所示），陶瓷膜采用平均孔径为500nm的对称或不对成膜，控制系统自动将膜面流速调整到8m/s，操作压力为0.6MPa。

（2）污水在陶瓷膜设备内进行错流过滤，透过膜的渗透液直接用于回注，未透过膜的循环液进入循环罐，与来水混合后进入陶瓷膜设备进行再次错流过滤；污水在循环泵的作用下进行错流过滤循环，当循环罐中的浓度为污水浓度的300倍时，自动排污。根据中华人民共和国石油天然气行业标准（SY/T5329-94）中规定的碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法进行水质分析，出水水质为：油含量为0.43mg/l；粒径中值为0.933μm；悬浮固体含量为0.53mg/l，完全符合A1级注水标准。

Claims (4)

1.一种油田回注水膜法处理工艺，其特征是，该工艺包括下列步骤：

（1）将经油水分离后的污水首先输入沉降罐，进行自然沉降，去除大部分的悬浮固体和油，沉降后的污水输入循环罐，再依次经供料泵和循环泵进入陶瓷膜设备；

（2）污水在陶瓷膜设备内进行错流过滤，透过膜的渗透液直接用于回注，未透过膜的循环液进入循环罐与来水混合后进入陶瓷膜设备进行再次错流过滤；污水在循环泵的作用下进行循环，经多次循环错流过滤后，循环罐中的污水浓度达到来水浓度的300~1000倍时，将浓缩液排掉；

 所述步骤（1）中，当含油污水进入陶瓷膜设备时，跨膜压差控制在0.1~0.6MPa，膜面流速控制在4.0~8.0m/s；同时对来水水质实现在线监测，根据来水水质的变化自动调整循环泵的频率，改变膜面流速；当来水出现异常时自动停止进水。

2.根据权利要求1所述的油田回注水膜法处理工艺，其特征是，所述步骤（2）中，当循环罐中污水浓度为来水浓度的300~1000倍时，排污阀自动打开排污。

3.根据权利要求1所述的油田回注水膜法处理工艺，其特征是，所述陶瓷膜设备中的膜过滤元件为管式无机陶瓷膜，通道直径为1.5~3.5mm，单通道或多通道。

4.根据权利要求1或3所述的油田回注水膜法处理工艺，其特征是，所述陶瓷膜设备中的陶瓷膜为高通量陶瓷膜，陶瓷膜采用平均孔径为20~500nm的对称或不对称膜。

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