CN104402132A - 用于特低渗透油田a1级回注水精细过滤的设备与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于油田地面工程技术领域，具体地，涉及一种用于特低渗透油田A1级回注水精细过滤的设备与方法；该设备包括提升泵、改性有机膜过滤器、陶瓷膜过滤器和循环泵；来水经过预处理设备处理后出水与提升泵、改性有机膜过滤器依次通过管线连接，改性有机膜浓缩液回流管与与预处理设备进水管连接预处理设备进水管连接，改性有机膜出水管与循环泵的吸水管连接，循环泵的出水管连接陶瓷膜过滤器的进水端，陶瓷膜过滤器的出水端连接循环泵吸水管，陶瓷膜过滤器的浓缩液回流管与预处理设备进水管连接。本发明采用分段处理针对性处理路线，改性有机膜过滤器实现高精度除油，陶瓷膜过滤器实现高精度截留悬浮固体；处理效率高，工艺流程短。

Description

用于特低渗透油田A1级回注水精细过滤的设备与方法
技术领域
本发明属于油田地面工程技术领域，具体地，涉及一种用于特低渗透油田A1级回注水精细过滤的设备与方法。 
背景技术
特低渗透油田指注入层平均空气渗透率≤0.01μm2的油藏,该类油藏具有孔喉细小,比表面积大,孔隙度和渗透率低等特点，对地面系统的注水水质要求达到《碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法》(SY/T5329-94)A1级标准(含油量≤5mg/L，悬浮固体含量≤5mg/L，粒径中值≤1μm)。 
针对特低渗透油田A1级回注水水质要求,目前国内精细过滤工艺一般采用“常规处理+粗过滤+保安过滤+精细过滤”工艺流程，如附图1，常规处理工艺有重力混凝沉降工艺、压力混凝沉降工艺气浮工艺等，预处理工艺出水满足过滤工艺进水水质要求，过滤段有两级或三级过滤设备，通常第一级过滤器为核桃壳过滤器，第二级过滤器为金刚砂或者多介质过滤器；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，在A2级水质的基础上通过最后一级精细过滤器进一步处理，目前常用的精细过滤器有机超滤膜和无机金属膜两种。 
有机超滤膜膜材料中以聚丙烯中空纤维滤膜应用最多，通过选择合适的膜孔径，能够确保膜出水达到A1级水质标准，但目前应用的有机膜通常为亲油性有机材料，财耐油污性能较差，膜污染后不能再生，膜使用寿命短，更换成本高，不具备大规模应用前景。 
金属膜过滤器是目前油田使用较多的无机膜过滤器，金属膜包括 不锈钢膜、Ag膜、Ni膜、Ti膜和合金金属膜等，受制作工艺的限制，金属膜膜孔径在0.5～10μm之间，而且孔径不均匀，在运行初期勉强可以达到A1级指标要求，但是随着运行时间延长，由于前段过滤设备除油精度低，金属膜长期受油污染后，处理效果变差，膜污染后需要频繁反冲洗和酸碱化学清洗，操作维护工作量大，长期运行可靠性难以保证。 
如图1所示，现有的用于特低渗透油田A1级回注水精细过滤的设备，包括：预处理设备、提升泵、核桃壳过滤器、金刚砂/多介质过滤器和金属膜/有机超滤膜过滤器；油站来水进入预处理设备进行常规预处理，预处理设备出水管与提升泵的吸水管连接，提升泵的出水管与核桃壳过滤器进水管连接，核桃壳过滤器出水管与金刚砂/多介质过滤器进水管连接，金刚砂/多介质过滤器出水管与金属膜/有机超滤膜进水管连接，金属膜/有机超滤膜出水用于回注。 
综合A1级回注水处理技术现状可以看出，由于常规处理后采出水中油多为乳化油，粒径小，去除难度大，极易污染过滤设备，影响处理水质，现有A1级回注水处理技术在过滤方式上采用死端过滤方式，虽设置多级过滤工艺，但每级过滤工艺均同时去除原油和悬浮物，过滤器功能上未能实现针对性的分段处理，而且处理效率低，造成各级的过滤器的污染，尤其是最后一级精细过滤膜受到油污污染，不仅处理水质不达标，而且工艺运行稳定性差，反洗及化学清洗周期频繁，操作维护非常复杂。 
发明内容
为克服现有技术存在的上述缺陷，为特低渗透油田采出水达标处理提供一种方法及装置，本发明采用“先除油、后除悬浮物”的分段式处理方法，该方法通过“高效除油”过滤设备和“精细过滤”过滤设备组合实现，高效除油设备采用改性有机膜过滤器，精细过滤设备采用无机陶瓷膜过滤器，提高了装置的运行稳定性，确保了出水水质，拓宽了装置的应用范围。 
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下： 
用于特低渗透油田A1级回注水精细过滤的设备，包括：提升泵、改性有机膜过滤器、陶瓷膜过滤器和循环泵；油站来水进入预处理设备进行常规预处理，预处理设备出水管与提升泵吸水管连接，提升泵的出水管与改性有机膜过滤器的进水管连接，改性有机膜过滤器的改性有机膜浓缩液回流管与预处理设备进水管连接，改性有机膜过滤器的改性有机膜出水管与循环泵的吸水管连接，循环泵的出水管连接陶瓷膜过滤器的进水端，陶瓷膜过滤器的出水端连接循环泵吸水管，陶瓷膜过滤器的浓缩液回流管与预处理设备进水管连接。 
与目前A1级回注水精细过滤技术相比较，本发明有如下优势： 
(1)、采用分段处理针对性处理路线，高效除油设备实现高精度除油，精细过滤实现高精度截留悬浮固体；处理效率高，工艺流程短； 
(2)、处理水质达标率高，运行稳定性高，适应范围广； 
(3)、改性有机膜和陶瓷膜均采用错流过滤方式，耐污性大大提高，膜清洗再生容易，膜使用寿命长，膜更换成本较现有有机膜可降低50％以上，较金属膜可降低30％以上。 
附图说明
图1现有A1级处理工艺流程示意图； 
图2本发明处理工艺流程示意图。 
具体实施方式
如图2所示，用于特低渗透油田A1级回注水精细过滤的设备与方法，主要包括：提升泵、改性有机膜过滤器、陶瓷膜过滤器和循环泵。 
油站来水进入预处理设备进行常规预处理，预处理设备出水管与提升泵吸水管连接，提升泵的出水管与改性有机膜过滤器的进水管连接，改性有机膜过滤器的改性有机膜浓缩液回流管与预处理设备进水管连接，改性有机膜过滤器的改性有机膜出水管与循环泵的吸水管连接，循环泵的出水管连接陶瓷膜过滤器的进水端，陶瓷膜过滤器的出水端连接循环泵吸水管，陶瓷膜过滤器的浓缩液回流管与预处理设备进水管连接。 
油站来水预处理设备去除部分悬浮固体和油后，出水进入缓冲罐经提升泵提升进入改性有机膜过滤器，改性有机膜膜材质选用极度亲水疏油的高分子合成改性有机纤维材料，化学稳定性高、机械强度高，油滴接触角θc>110°，具有非常强的疏油性，不易被油污染；改性有机纤维遇水后表面活化，嫁接强电荷基团，电性缔合水分子，形成缔合水层(静电吸附键键能大于水分子氢键)，在过滤时为置换渗透原理，即在一定过滤压力下水分子与缔合水分子置换透过，油被阻隔，实现油水分离，实现长期稳定地高精度除油(出水含油量<1mg/L)，部 分悬浮固体在压力推动下可以穿透膜，但不会造成堵塞污染，改性有机膜设备过滤方式为错流过滤，未透过膜的浓缩液部分回流至预处理设备前与油站来水混合后重新处理，回流比根据来水中污染物浓度进行调整，控制在1％～10％之间；透过膜的渗透液带与陶瓷膜浓缩液混合后经循环泵提升进入陶瓷膜过滤器，陶瓷膜为多通道管式陶瓷膜，膜通道直径2.0～3.5mm，膜孔径30～100nm，由于改性有机膜过滤器出水含油量已非常低(含油量<1mg/L)，陶瓷膜精细过滤主要过滤悬浮固体，实现高精度截留(出水悬浮固体含量<1mg/L,粒径中值<1μm)；陶瓷膜过滤方式为错流过滤，可控制膜面流速在相对降低的范围(2～4m/s之间)，膜面流速可根据浓缩液的污染物浓度进行调整，污染物浓度较高时可适当提高膜面流速，通过水利冲刷作用减缓膜面凝胶层的增速，在压力驱动下污水在陶瓷膜管内高速流动，污水沿与陶瓷膜层垂直的方向透过陶瓷膜，大分子物质和悬浮固体被截留，透过陶瓷膜的渗透液直接用于回注，未透过陶瓷膜膜的浓缩液保持一定的回流比例回流至预处理设备前与油站来水混合后重新处理，回流比根据改性有机膜出水及浓缩液中污染物浓度进行调整，控制在1％～10％之间。 
本发明专利充分发挥了改性有机膜耐油污性强，除油精度高，以及陶瓷膜过滤精度高，耐污染性强的特点，过滤过程不需要添加化学药剂，是一种绿色环保的回注水处理方法。 
实施例1：本发明在胜利油田樊家污水站进行现场应用，处理量200m3/d，油站来水含油量为486.7mg/l，悬浮固体含量为66.8mg/l， 经预处理设备处理后出水含油量为37.7mg/l，悬浮固体含量为26.8mg/l，改性有机膜过滤器进口压力0.36MPa，出口压力0.24MPa，控制浓缩液回流比3.5％，改性有机膜出水含油量0.72mg/l，悬浮固体含量12.6mg/l，改性有机膜出水与陶瓷膜循环液混合，经循环泵提升经过陶瓷膜错流过滤，陶瓷膜膜孔径为50nm，陶瓷膜进口压力0.40MPa，出口压力0.14MPa，控制膜面流速2m/s，陶瓷膜浓缩液回流比4％，连续运行30天，经检测出水水质，平均含油量0.22mg/L，平均悬浮固体含量0.20mg/L，平均粒径中值0.17μm，达到A1级标准。 
实施例2：本发明在胜利油田樊家污水站进行现场应用，处理量200m3/d，油站来水含油量为486.7mg/l，悬浮固体含量为66.8mg/l，经预处理设备处理后出水含油量为37.7mg/l，悬浮固体含量为26.8mg/l，改性有机膜过滤器进口压力0.36MPa，出口压力0.24MPa，控制浓缩液回流比3.5％，改性有机膜出水含油量0.72mg/l，悬浮固体含量12.6mg/l，改性有机膜出水与陶瓷膜循环液混合，经循环泵提升经过陶瓷膜错流过滤，陶瓷膜膜孔径为30nm，陶瓷膜进口压力0.41MPa，出口压力0.13MPa，控制膜面流速3m/s，陶瓷膜浓缩液回流比5％，连续运行30天，经检测出水水质，平均含油量0.10mg/L，平均悬浮固体含量0.10mg/L，平均粒径中值0.12μm，达到A1级标准。 
实施例3：本发明在胜利油田樊家污水站进行现场应用，处理量200m3/d，油站来水含油量为516.2mg/l，悬浮固体含量为72.3mg/l，经预处理设备处理后出水含油量为187.5mg/l，悬浮固体含量为45.4mg/l，改性有机膜进口压力0.38Pa，出口压力0.25Pa，控制浓缩液回 流比5％，改性有机膜出水含油量0.85mg/l，悬浮固体含量19.6mg/l，改性有机膜出水与陶瓷膜循环液混合，经循环泵提升经过陶瓷膜错流过滤，陶瓷膜膜孔径为50nm，陶瓷膜进口压力0.42Pa，出口压力0.15Pa，控制膜面流速3m/s，陶瓷膜浓缩液回流比5％，连续运行30天，经检测出水水质，平均含油量0.25mg/L，平均悬浮固体含量0.32mg/L，平均粒径中值0.18μm，达到A1级标准。 
实施例4：本发明在胜利油田樊家污水站进行现场应用，处理量200m3/d，油站来水含油量为516.2mg/l，悬浮固体含量为72.3mg/l，经预处理设备处理后出水含油量为187.5mg/l，悬浮固体含量为45.4mg/l，改性有机膜进口压力0.38Pa，出口压力0.25Pa，控制浓缩液回流比5％，改性有机膜出水含油量0.85mg/l，悬浮固体含量19.6mg/l，改性有机膜出水与陶瓷膜循环液混合，经循环泵提升经过陶瓷膜错流过滤，陶瓷膜膜孔径为30nm，陶瓷膜进口压力0.44Pa，出口压力0.14Pa，控制膜面流速4m/s，陶瓷膜浓缩液回流比6％，连续运行30天，经检测出水水质，平均含油量0.10mg/L，平均悬浮固体含量0.12mg/L，平均粒径中值0.12μm，达到A1级标准。 

Claims (10)

1.一种用于特低渗透油田A1级回注水精细过滤的设备，包括：提升泵、改性有机膜过滤器、陶瓷膜过滤器和循环泵；其特征在于：油站来水进入预处理设备进行常规预处理，预处理设备出水管与提升泵吸水管连接，提升泵的出水管与改性有机膜过滤器的进水管连接，改性有机膜过滤器的改性有机膜浓缩液回流管与预处理设备进水管连接，改性有机膜过滤器的改性有机膜出水管与循环泵的吸水管连接，循环泵的出水管连接陶瓷膜过滤器的进水端，陶瓷膜过滤器的出水端连接循环泵吸水管，陶瓷膜过滤器的浓缩液回流管与预处理设备进水管连接。
2.根据权利要求1所述的用于特低渗透油田A1级回注水精细过滤的设备，其特征在于：改性有机膜膜材质选用极度亲水疏油的高分子合成改性有机纤维材料，油滴接触角θc>110°，在压力推动下部分悬浮固体可以穿透膜，不会造成膜的堵塞和污染。
3.根据权利要求1-2所述的用于特低渗透油田A1级回注水精细过滤的设备，其特征在于：改性有机膜设备过滤方式为错流过滤，未透过膜的浓缩液部分回流至预处理设备前与来水混合后重新处理，回流比根据来水中污染物浓度进行调整，控制在1％～10％之间。
4.根据权利要求1-3所述的用于特低渗透油田A1级回注水精细过滤的设备，其特征在于：陶瓷膜为多通道管式陶瓷膜，膜孔径30～100nm。
5.用于特低渗透油田A1级回注水精细过滤的方法，采用权利要求1所述的用于特低渗透油田A1级回注水精细过滤的设备，其特征在于：采用“先除油，后除悬浮固体”两级针对性处理方案，改性有机膜用于高精度除油，陶瓷膜用于高精度截留悬浮固体。
6.根据权利要求5所述的用于特低渗透油田A1级回注水精细过滤的设备与方法，其特征在于：改性有机膜膜材质选用极度亲水疏油的高分子合成改性有机纤维材料，油滴接触角θc>110°，在压力推动下部分悬浮固体可以穿透膜，不会造成膜的堵塞和污染。
7.根据权利要求5-6所述的用于特低渗透油田A1级回注水精细过滤的设备与方法，其特征在于：改性有机膜设备过滤方式为错流过滤，未透过膜的浓缩液部分回流至预处理设备前与来水混合后重新处理，回流比根据来水中污染物浓度进行调整，控制在1％～10％之间。
8.根据权利要求5-7所述的用于特低渗透油田A1级回注水精细过滤的设备与方法，其特征在于：陶瓷膜为多通道管式陶瓷膜，膜孔径30～100nm。
9.根据权利要求5-8所述的用于特低渗透油田A1级回注水精细过滤的设备与方法，其特征在于：陶瓷膜过滤方式为错流过滤，膜面流速可根据浓缩液的污染物浓度进行调整，控制在2～4m/s。
10.根据权利要求5-9所述的用于特低渗透油田A1级回注水精细过滤的设备与方法，其特征在于：未透过陶瓷膜的浓缩液保持一定的回流比例回流至至预处理设备前与来水混合后重新处理，回流比改性有机膜出水污染物浓度进行调整，控制在1％～10％之间。
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