CN111547908A

CN111547908A - 超稠油含盐采出水回用处理再生的方法及装置

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Publication number: CN111547908A
Application number: CN202010432718.3A
Authority: CN
Inventors: 郑帅; 杨萍萍; 黄强; 曾玉彬; 王乙福; 叶洋; 武文静; 王炯; 曲朋
Original assignee: CNPC Xinjiang Petroleum Engineering Co Ltd; China Petroleum Engineering and Construction Corp
Current assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Xinjiang Petroleum Engineering Co Ltd; China Petroleum Engineering and Construction Corp
Priority date: 2020-05-20
Filing date: 2020-05-20
Publication date: 2020-08-18

Abstract

本发明涉及油田采出水处理技术领域，是一种超稠油含盐采出水回用处理再生的方法及装置，前者将超稠油含盐采出水经净化预处理后冷却降温，进入生物活性炭过滤器去除有机物及部分悬浮物后，送入超滤膜处理器内，截留悬浮物、胶体硅和有机物后，超滤出水送入纳滤膜处理器膜处理，得到的超稠油含盐采出净化水回用于热采锅炉用水，后者包括换热器、生物活性炭过滤器、超滤给水箱、超滤膜处理器、纳滤给水箱、纳滤膜处理器。本发明综合采用了生物质活性炭、超滤、纳滤处理工艺处理超稠油含盐采出水，能够达到回用热采锅炉的水质标准并长期稳定运行，实现了节约水资源和保护环境的目标，具有显著的经济、社会效益及环保效应。

Description

超稠油含盐采出水回用处理再生的方法及装置

技术领域

本发明涉及油田采出水处理技术领域，是一种超稠油含盐采出水回用处理再生的方法及装置。

背景技术

超稠油采出水是蒸汽驱采超稠油过程中对粘度大、流动性差的超稠油区油层注入高温蒸汽以降低其粘度，由地面超稠油设备采出的油水混合物即采出液，然后对采出液进行油水分离后得到的废水。超稠油因其在地层条件下高粘度、低流动性的特殊属性，在热力开采过程中需要持续补充高温高压蒸汽降低开采区原有粘度以满足需要，因此需要消耗大量的热力和淡水资源。超稠油采出水具有高水温，高含油量、高矿化度，高悬浮物含量以及高污染物负荷等特点，超稠油蒸汽驱采的能耗是普通原油的两至三倍，每开采1m³超稠油伴随着4m³超稠油采出污水。如果污水未经有效处理被直接回注至开采区，会对地下水层造成严重的污染。由于超稠油开发过程中需要大量的蒸汽，油田普遍采用过热蒸汽锅炉和燃煤流化床锅炉，锅炉用水使用净化后的油田采出水，由于锅炉用水对进水水质的矿化度要求较高（过热蒸汽锅炉和燃煤流化床锅炉总溶解固体在2000mg/L以下），为了保证水质，运行过程中会排放10%至20%的高温含盐水，矿化度在4000mg/L至60000mg/L左右。

现阶段，膜分离技术已在节能减排、清洁生产、资源回收等方面展现了明显的技术优势，相对于蒸发技术来说，膜分离技术是一种低成本、低能耗的废水深度处理技术，水处理过程中常用的膜技术包括微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜，微滤可去除悬浮物和细菌，超滤可分离大分子和病毒，纳滤可去除部分硬度、重金属和有机物，反渗透技术几乎可以去除各种杂质。因此膜处理技术逐渐成为水处理与回用的主要技术，也是当前和未来水质净化处理的发展方向和必然趋势。

国内外超稠油采出水普遍采用重力除油+混凝气浮+过滤+软化的处理流程出水回用锅炉。常规开发超稠油采出水（总溶解固体在3000mg/L以下）净化后回用注汽锅炉已基本实现，但随着SAGD超超稠油开发及过热注汽锅炉和燃煤流化床锅炉的推广使用，采出液呈现粘度高、携砂量大，硬度（在3000mg/L以下）和矿化度（10000 mg/L至50000 mg/L）普遍较高的特点，采用净化+树脂软化已经不能达到锅炉进水指标的要求。

发明内容

本发明提供了一种超稠油含盐采出水回用处理再生的方法及装置，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有超稠油含盐采出水净化处理时存在采出液粘度高、携砂量大、硬度和矿化度普遍较高的问题。

本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种超稠油含盐采出水回用处理再生的方法，按照下述方法进行：第一步，将超稠油含盐采出水经净化预处理后由净化水管路送入换热器内冷却降低温度，再进入生物活性炭过滤器，过滤去除超稠油含盐采出水中的有机物及部分悬浮物后，得到一次产水；第二步，一次产水经超滤进水管路送入超滤膜处理器内，经过滤后截留一次产水中的悬浮物、胶体硅和有机物后，得到超滤出水和超滤浓缩液；第三步，超滤浓缩液回流至净化水管路，超滤出水经纳滤进水管路送入纳滤膜处理器，经过纳滤膜处理器的膜处理后，得到纳滤浓缩液和超稠油含盐采出净化水，纳滤浓缩液回流至进水管路，超稠油含盐采出净化水回用于热采锅炉用水。

下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：

上述生物活性炭过滤器中填充有颗粒尺寸为0.2mm至0.5mm的生物活性炭颗粒。

上述纳滤膜处理器包括一级纳滤膜处理器和二级纳滤膜处理器，当超稠油含盐采出水中钙离子含量低于2000mg/L、溶解性固体总量低于 30000 mg/L时，采用一级纳滤膜处理器处理超稠油含盐采出水；当超稠油含盐采出水中钙离子含量高于2000mg/L、溶解性固体总量高于30000mg/L时，采用二级纳滤膜处理器处理超稠油含盐采出水。

上述采用一级纳滤膜处理器处理超稠油含盐采出水时，纳滤浓缩液回流至超滤进水管路；或/和，采用二级纳滤膜处理器处理超稠油含盐采出水时，纳滤浓缩液回流至纳滤进水管路。

上述纳滤膜处理器中的纳滤膜通量下降15%时，纳滤膜的清洗方法按照下述步骤进行：第一步，用除盐水冲洗纳滤膜处理器，排出残留在纳滤膜处理器的原水后，在常压、20℃至25℃条件下冲洗纳滤膜处理器30min至60min；第二步，采用0.1%的乙二胺四乙酸、0.2%的焦磷酸钠和0.5%的十二烷基硫酸钠的混合液清洗纳滤膜处理器20min至40min；第三步，用pH值为2的盐酸清洗纳滤膜处理器20min至40min；第四步，用除盐水冲洗纳滤膜处理器至出水pH值呈中性，纳滤膜完成再生。

本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种实施超稠油含盐采出水回用处理再生的方法的装置，包括换热器、生物活性炭过滤器、超滤给水箱、超滤膜处理器、纳滤给水箱、纳滤膜处理器，换热器下部进水口固定连通有第一水管线，换热器上部出液口固定连通有冷却液出液管线，换热器下部进液口固定连通有冷却液进液管线，换热器上部出水口与生物活性炭过滤器进水口之间固定连通有第二水管线，生物活性炭过滤器出水口与超滤给水箱顶部第一进水口之间固定连通有第三水管线，超滤给水箱下部出水口与超滤膜处理器底部进水口之间固定连通有第四水管线，超滤膜处理器顶部出水口与纳滤给水箱顶部第一进水口之间固定连通有第五水管线，纳滤给水箱下部出水口与纳滤膜处理器上部进水口之间固定连通有第六水管线，纳滤膜处理器顶部固定连通有第七水管线。

下面是对上述发明技术方案之二的进一步优化或/和改进：

上述第二水管线、第四水管线和第六水管线上均固定安装有低压泵。

上述低压泵出口与超滤膜处理器底部进水口之间的第四水管线与超滤给水箱顶部第二进水口之间固定连通有第一回水管线，纳滤给水箱顶部第二进水口与第七水管线之间固定连通有第二回水管线。

上述超滤给水箱下部出水口与低压泵进口之间的第四水管线与超滤膜处理器下部出液口之间连通有超滤浓缩液回流管线，纳滤给水箱下部出水口与低压泵进口之间的第六水管线与纳滤膜处理器底部出液口之间连通有纳滤浓缩液回流管线。

上述低压泵出口与超滤膜处理器底部进水口之间的第四水管线、第一回水管线、第二回水管线、第六水管线、第七水管线上均固定安装有阀门。

本发明综合采用了生物质活性炭、超滤、纳滤处理工艺处理超稠油含盐采出水，能够达到回用热采锅炉的水质标准并长期稳定运行，实现了节约水资源和保护环境的目标，具有显著的经济、社会效益及环保效应。

附图说明

附图1为本发明实施例6的工艺流程示意图。

附图中的编码分别为：1为换热器，2为生物活性炭过滤器，3为超滤给水箱，4为超滤膜处理器，5为纳滤给水箱，6为纳滤膜处理器，7为第一水管线，8为第二水管线，9为第三水管线，10为第四水管线，11为第五水管线，12为第六水管线，13为第七水管线,14为第一回水管线，15为第二回水管线，16为低压泵，17为阀门，18为换热器冷却液出液管线，19为冷却液进液管线，20为超滤浓缩液回流管线，21为纳滤浓缩液回流管线。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。本发明中所提到各种化学试剂和化学用品如无特殊说明，均为现有技术中公知公用的化学试剂和化学用品；本发明中的百分数如没有特殊说明，均为质量百分数；本发明中的溶液若没有特殊说明，均为溶剂为水的水溶液，例如，盐酸溶液即为盐酸水溶液；本发明中的常温、室温一般指15℃到25℃的温度，一般定义为25℃。

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

实施例1：该超稠油含盐采出水回用处理再生的方法，按照下述方法进行：第一步，将超稠油含盐采出水经净化预处理后由净化水管路送入换热器内冷却降低温度，再进入生物活性炭过滤器，过滤去除超稠油含盐采出水中的有机物及部分悬浮物后，得到一次产水；第二步，一次产水经超滤进水管路送入超滤膜处理器内，经过滤后截留一次产水中的悬浮物、胶体硅和有机物后，得到超滤出水和超滤浓缩液；第三步，超滤浓缩液回流至净化水管路，超滤出水经纳滤进水管路送入纳滤膜处理器，经过纳滤膜处理器的膜处理后，得到纳滤浓缩液和超稠油含盐采出净化水，纳滤浓缩液回流至进水管路，超稠油含盐采出净化水回用于热采锅炉用水。

本发明超稠油含盐采出水回用处理再生的方法，通过生物质活性炭过滤器、超滤膜处理器、纳滤膜处理器综合利于处理超稠油含盐采出水，而且本发明中纳滤膜处理器的纳滤膜可以实现再生，从而实现各类油气田采出水中高浓度废水资源化处理利用、达到节能、环保的目的。

本发明还可以广泛应用在国外海水淡化、油气田废水及压裂液废水处理等工程上。

实施例2：作为上述实施例的优化，生物活性炭过滤器中填充有颗粒尺寸为0.2mm至0.5mm的生物活性炭颗粒。

本发明中，生物活性炭过滤器中填充的颗粒尺寸为0.2mm至0.5mm的生物活性炭颗粒，能够有效去除水中的有机物。

实施例3：作为上述实施例的优化，纳滤膜处理器包括一级纳滤膜处理器和二级纳滤膜处理器，当超稠油含盐采出水中钙离子含量低于2000mg/L、溶解性固体总量低于30000 mg/L时，采用一级纳滤膜处理器处理超稠油含盐采出水；当超稠油含盐采出水中钙离子含量高于2000mg/L、溶解性固体总量高于30000mg/L时，采用二级纳滤膜处理器处理超稠油含盐采出水。

实施例4：作为上述实施例的优化，采用一级纳滤膜处理器处理超稠油含盐采出水时，纳滤浓缩液回流至超滤进水管路；或/和，采用二级纳滤膜处理器处理超稠油含盐采出水时，纳滤浓缩液回流至纳滤进水管路。

本发明中，在进水总溶解固体较高、达到32706mg/L时，采用两级纳滤，第二级的出水总溶解固体、总硬度及SiO²含量能满足出水水质标准，两级纳滤过程适合于硬度高、盐度高的进水。

实施例5：作为上述实施例的优化，纳滤膜处理器中的纳滤膜通量下降15%时，纳滤膜的清洗方法按照下述步骤进行：第一步，用除盐水冲洗纳滤膜处理器，排出残留在纳滤膜处理器的原水后，在常压、20℃至25℃条件下冲洗纳滤膜处理器30min至60min；第二步，采用0.1%的乙二胺四乙酸、0.2%的焦磷酸钠和0.5%的十二烷基硫酸钠的混合液清洗纳滤膜处理器20min至40min；第三步，用pH值为2的盐酸清洗纳滤膜处理器20min至40min；第四步，用除盐水冲洗纳滤膜处理器至出水pH值呈中性，纳滤膜完成再生。

本发明中，通过清洗后的纳滤膜通量恢复率为99%，可以有效实现超稠油含盐采出水回用处理装置的再生。

实施例6：如附图1所示，该实施上述实施例所述超稠油含盐采出水回用处理再生的方法的装置，包括换热器1、生物活性炭过滤器2、超滤膜处理器4、超滤给水箱3、纳滤膜处理器6、纳滤给水箱5，换热器1下部进水口固定连通有第一水管线7，换热器1上部出液口固定连通有冷却液出液管线18，换热器1下部进液口固定连通有冷却液进液管线19，换热器1上部出水口与生物活性炭过滤器2进水口之间固定连通有第二水管线8，生物活性炭过滤器2出水口与超滤给水箱3顶部第一进水口之间固定连通有第三水管线9，超滤给水箱3下部出水口与超滤膜处理器4底部进水口之间固定连通有第四水管线10，超滤膜处理器4顶部出水口与纳滤给水箱5顶部第一进水口之间固定连通有第五水管线11，纳滤给水箱5下部出水口与纳滤膜处理器6上部进水口之间固定连通有第六水管线12，纳滤膜处理器6顶部固定连通有第七水管线13。

本发明中，超滤膜处理器6运行工作压力为0.5MPa，能够除去超稠油含盐采出水中尺寸在0.01μm的悬浮物、胶体硅以及大部分有机物。纳滤膜处理器6选用现有商售的陶氏NF90和NF270，操作压力为0.6MPa，纳滤膜处理器6处理后能够显著降低超稠油含采出水的盐度、硬度及二氧化硅，其中，纳滤膜对Mg²⁺和SO₄ ^2-具有可达100%的截留率，对Ca²⁺离子的截留率在90%以上，对Na⁺、Cl^-离子的截留率在80%；对SiO₂截留率在实验压力范围内最高可达85%，对水中有机物具有良好的去除作用，对 DOC 的去除率为77.0%至83.2%，回收率可达80%。

可根据实际需要，对上述装置作进一步优化或/和改进：

如附图1所示，第二水管线8、第四水管线10和第六水管线12上均固定安装有低压泵16。

如附图1所示，低压泵16出口与超滤膜处理器4底部进水口之间的第四水管线10与超滤给水箱3顶部第二进水口之间固定连通有第一回水管线14，纳滤给水箱5顶部第二进水口与第七水管线13之间固定连通有第二回水管线15。

如附图1所示，超滤给水箱3下部出水口与低压泵16进口之间的第四水管线10与超滤膜处理器4下部出液口之间连通有超滤浓缩液回流管线20，纳滤给水箱5下部出水口与低压泵16进口之间的第六水管线12与纳滤膜处理器6底部出液口之间连通有纳滤浓缩液回流管线21。

如附图1所示，低压泵16出口与超滤膜处理器4底部进水口之间的第四水管线10、第一回水管线14、第二回水管线15、第六水管线12、第七水管线13上均固定安装有阀门17。

本发明超稠油含盐采出水回用处理再生的方法及装置，处理超稠油SGAD低盐采出水：总溶解固体(4902.9 mg/L)+ 100 mg/L二氧化硅+25.5 mg/L Ca²⁺+7.4mg/L Mg²⁺+399.4mg/LHCO₃ ^-+总铁0.1mg/L+ Na⁺ K⁺1892.8 mg/L+ Cl^-2680.4 mg/L+ SO₄ ^2-97.1mg/L，仅采用一级纳滤膜，膜的出水总溶解固体能达到1000 mg/L以下、硬度为0mg/L、SiO₂含量在50 mg/L以下。

本发明超稠油含盐采出水回用处理再生的方法及装置，处理超稠油高硬度进水及高盐高硬高硅水的脱盐除硬，除SiO₂的结果如表1和表2所示。由表1和表2可知，在进水水质为高硬度低盐废水（钙离子2000mg/L，总溶解固体 21038 mg/L），仅采用一级纳滤膜，膜的出水总溶解固体能达到3000 mg/L 以下、硬度在200 mg/L以下、SiO₂含量在50 mg/L以下。

本发明超稠油含盐采出水回用处理再生的方法及装置，采用超稠油SGAD采出水的二级滤后水进行纳滤膜受到污染前及清洗后的长效性试验，以考察膜的使用周期：操作压力为0.6MPa，全回流运行，每个周期运行72小时。

按照膜通量下降15%的依据进行判断，当进水组成总溶解固体为5000mg/L的SGAD采出水，主要污染组成为2mg/L 悬浮固体+2mg/L油+100 mg/L二氧化硅+25 mg/L Ca²⁺+7mg/L Mg²⁺+400 mg/LHCO₃ ^-：经过纳滤膜后，在40小时，通量下降15%左右，污染周期为40小时。对纳滤膜进行清洗：第一步采用水力清洗，首先用除盐水冲洗系统，排出残留在系统中的原水；然后，用除盐水在25℃下进行常压大流量的水力冲洗，清洗时间为45min。第二步采用0.1%乙二胺四乙酸+0.2%的焦磷酸钠+0.5%十二烷基硫酸钠清洗30min；第三步用pH值为2的盐酸清洗30min；第四步用除盐水冲洗系统至出水 pH 值呈中性，温度为25^oC。

清洗后纳滤膜的膜通量恢复率为99%。清洗后纳滤膜的长效性—污染周期（以膜通量衰减率≤15%计）如表3所示。

纳滤深度处理超稠油SGAD二级滤后水：总溶解固体(4902.9 mg/L)+ 2 mg/L 悬浮固体+2mg/L油+100 mg/L二氧化硅+25.5 mg/L Ca²⁺+7.4mg/L Mg²⁺+399.4mg/L HCO₃ ^-+总铁0.1mg/L+ Na⁺ K⁺1892.8 mg/L+ Cl^-2680.4 mg/L+ SO₄ ^2-97.1 mg/L，运行72小时，操作压力为0.6MPa，纳滤膜对SGAD采出水的二级滤后水作为进水的总溶解固体、硬度、SiO₂的去除率分别为74.2%、95.0%、72.0%。经过清洗后运行72小时，纳滤膜对超稠油含盐采出水的总溶解固体、硬度、SiO₂的去除率分别为73.0%、95.0%、69.5%。可见，清洗后经过72小时运行，纳滤膜产水水质仍然保持稳定，对总溶解固体、硬度、SiO₂的去除仍然保持较高的去除率，表现了纳滤膜良好的耐污染性和恢复性。

综上所述，本发明综合采用了生物质活性炭、超滤、纳滤处理工艺处理超稠油含盐采出水，能够达到回用热采锅炉的水质标准并长期稳定运行，实现了节约水资源和保护环境的目标，具有显著的经济、社会效益及环保效应。

以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

Claims

1.一种超稠油含盐采出水回用处理再生的方法，其特征在于按照下述方法进行：第一步，将超稠油含盐采出水经净化预处理后由净化水管路送入换热器内冷却降低温度，再进入生物活性炭过滤器，过滤去除超稠油含盐采出水中的有机物及部分悬浮物后，得到一次产水；第二步，一次产水经超滤进水管路送入超滤膜处理器内，经过滤后截留一次产水中的悬浮物、胶体硅和有机物后，得到超滤出水和超滤浓缩液；第三步，超滤浓缩液回流至净化水管路，超滤出水经纳滤进水管路送入纳滤膜处理器，经过纳滤膜处理器的膜处理后，得到纳滤浓缩液和超稠油含盐采出净化水，纳滤浓缩液回流至进水管路，超稠油含盐采出净化水回用于热采锅炉用水。

2.根据权利要求1所述的超稠油含盐采出水回用处理再生的方法，其特征在于生物活性炭过滤器中填充有颗粒尺寸为0.2mm至0.5mm的生物活性炭颗粒。

3.根据权利要求1或2所述的超稠油含盐采出水回用处理再生的方法，其特征在于纳滤膜处理器包括一级纳滤膜处理器和二级纳滤膜处理器，当超稠油含盐采出水中钙离子含量低于2000mg/L、溶解性固体总量低于 30000 mg/L时，采用一级纳滤膜处理器处理超稠油含盐采出水；当超稠油含盐采出水中钙离子含量高于2000mg/L、溶解性固体总量高于30000mg/L时，采用二级纳滤膜处理器处理超稠油含盐采出水。

4.根据权利要求3所述的超稠油含盐采出水回用处理再生的方法，其特征在于采用一级纳滤膜处理器处理超稠油含盐采出水时，纳滤浓缩液回流至超滤进水管路；或/和，采用二级纳滤膜处理器处理超稠油含盐采出水时，纳滤浓缩液回流至纳滤进水管路。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的超稠油含盐采出水回用处理再生的方法，其特征在于纳滤膜处理器中的纳滤膜通量下降15%时，纳滤膜的清洗方法按照下述步骤进行：第一步，用除盐水冲洗纳滤膜处理器，排出残留在纳滤膜处理器的原水后，在常压、20℃至25℃条件下冲洗纳滤膜处理器30min至60min；第二步，采用0.1%的乙二胺四乙酸、0.2%的焦磷酸钠和0.5%的十二烷基硫酸钠的混合液清洗纳滤膜处理器20min至40min；第三步，用pH值为2的盐酸清洗纳滤膜处理器20min至40min；第四步，用除盐水冲洗纳滤膜处理器至出水pH值呈中性，纳滤膜完成再生。

6.一种实施根据权利要求1至5任意一项所述的超稠油含盐采出水回用处理再生的方法的装置，其特征在于包括换热器、生物活性炭过滤器、超滤给水箱、超滤膜处理器、纳滤给水箱、纳滤膜处理器，换热器下部进水口固定连通有第一水管线，换热器上部出液口固定连通有冷却液出液管线，换热器下部进液口固定连通有冷却液进液管线，换热器上部出水口与生物活性炭过滤器进水口之间固定连通有第二水管线，生物活性炭过滤器出水口与超滤给水箱顶部第一进水口之间固定连通有第三水管线，超滤给水箱下部出水口与超滤膜处理器底部进水口之间固定连通有第四水管线，超滤膜处理器顶部出水口与纳滤给水箱顶部第一进水口之间固定连通有第五水管线，纳滤给水箱下部出水口与纳滤膜处理器上部进水口之间固定连通有第六水管线，纳滤膜处理器顶部固定连通有第七水管线。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于第二水管线、第四水管线和第六水管线上均固定安装有低压泵。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于低压泵出口与超滤膜处理器底部进水口之间的第四水管线与超滤给水箱顶部第二进水口之间固定连通有第一回水管线，纳滤给水箱顶部第二进水口与第七水管线之间固定连通有第二回水管线。

9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于超滤给水箱下部出水口与低压泵进口之间的第四水管线与超滤膜处理器下部出液口之间连通有超滤浓缩液回流管线，纳滤给水箱下部出水口与低压泵进口之间的第六水管线与纳滤膜处理器底部出液口之间连通有纳滤浓缩液回流管线。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于低压泵出口与超滤膜处理器底部进水口之间的第四水管线、第一回水管线、第二回水管线、第六水管线、第七水管线上均固定安装有阀门。