微滤技术 | 处理油田回注水-undefined

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1基本情况综述

在油田开采过程中，特别是在油田开采的中后期，油层压力随着开采时间的延长是逐渐下降的，当油层的压力下降到低于油气的饱和压力之后，溶解在油中的天然气在油层内就会大量的游离出来，油井产量明显下降，油气比上升，地下原油性质发生变化，导致粘度增加和流动困难，使得大量的脱气原油(又称死油)残留在地层中开采不出来，降低油田的开采效率。为了保持油层压力，延长油井的自喷期，目前采用的主要方法是向地层中注入水，以补充己采出的原油在油层中所占的空隙体积，使得油层压力保持稳定或者上升，达到油井高产稳产、提高最终采收率的目的。现有我国的各油田大多采用注水采油开发方式，而且为了提高后续开采效率，在油田处于旺盛期就开始注水。但是在注水采油过程中，注入地下补充地层压力的水和原油一起产出，经过油水分离后，还会产生大量的油田废水。这就需要进行精细处理后再回注。

目前我国大部分油田己进入石油开采的中期和后期阶段，采出液中含水量为70-80%，有的油田甚至高达90%，而且随着开采时间的增加，含水量也不断增加，因此在我国油田所产生的废水量非常巨大。如果把如此大量的采出水直接外排，将造成非常严重的环境污染问题，同时又浪费了宝贵的水资源。如果把含油废水处理后，重新回注地层，以补充地层的压力，不仅可以避免环境污染，而且节约大量的水资源。对含油废水进行处理并回注是油田实现可持续开发和提高油田经济效益节约成本的一个重要途径。

2现存主要问题

1现有回注水处理工艺大多为：核桃壳+石英砂或核桃壳+一级石英砂+二级石英砂过滤工艺，随着采油技术的发展，例如化学驱油，三元共驱工艺的实施，水中聚合物含量升高，现有的设备逐渐难以满足回注水要求。

2核桃壳和石英砂过滤罐顶部一般设有搅拌器，目的在于对因油而儿粘连的滤料进行分离，但实际效果并不理想，对悬浮物和油的截留效果均有待提升。

3正因为上述问题，现有处理设备已经越来越难以满足设计要求，并不是设备不好，而是进水的水质变差了，而出水要求仍然不变或更高了。只有更新换代才能满足更高的技术要求。

4由于产油中水的比例越来越高，有的已经高达90%，因此原来设计的老设备不但技术要求达不到，产量也难以满足逐渐增多的水量要求。

5下图是某油田回注水现场过滤效果取样，三级过滤工艺，进入第一级过滤之前加絮凝剂，第一级为核桃壳，第二级为石英砂，由于出水效果不符合要求，又增加了第三级石英砂过滤，但是效果不明显。分析原因既包括絮凝问题也包括过滤精度问题。

3微滤技术路线

集成微滤技术包括了：微絮凝+微滤

采用微滤罐适用于物理性水处理，主要功能是去除水中的悬浮物和胶体，对于溶解性物质，例如溶解性含聚水，则单纯依靠物理手段还不够，集成微滤系统指的是：在微滤前面设置絮凝程序，在水中添加适当的反絮凝剂或破乳剂，其中包括有机，无机，生物和矿物质絮凝剂，针对不同的水质进行复配，将溶解性物质转变为非溶解性悬浮物，进而通过高精度的微滤罐滤除，而微絮凝则是省略了传统该工艺中的搅拌池和沉淀池工艺，在管道中加药直接进入微滤罐。这是针对油田回注水的实际情况而研发的专用设备系统。

4微滤技术创新

一精度范围

描述

1从油田回注水的实际处理效果看，采用超滤膜效果最为理想，但是堵塞问题难以得到理想解决，而且需要定期更换超滤膜，经济上难以承受，因此，大面积应用受到限制。

2从经济角度分析，砂滤最便宜，而且由于采用颗粒状（不定型滤料），容易反洗分散开，无需定期更换，即使更换也很便宜，但是过滤精度达不到要求。

3如果能够即采用不定型滤料又能够达到过滤精度的要求，无疑是理想的选择。

4超滤的精度小于0.1微米，砂滤的精度大于10微米，微滤的精度介于砂滤和超滤之间，尽管不能完全替代超滤，但是在大部分场合可以满足技术要求。

二过滤材料

微滤罐采用了特制的烧结陶瓷，经过多年的大量实践，发现了这种材料很多特性，对比传统的不定型滤料，具有无可比拟的技术性能，与本案有关的是：这种材料经过表面处理与原油不亲和。

轻质微孔陶瓷物理性能参数

●主要生产工艺：原料—筛分—配方—高温烧结（1560度）。

●化学稳定性：可在PH值2-14范围内稳定工作。

●可在纯水中稳定工作而不析出任何离子。

●一般工作平均工作粒径：1—3毫米

●几何形状：接近圆形的无尖颗粒

石英砂（或海砂）表面光滑且基本没有空隙，因而截留悬浮物基本靠的是颗粒之间的缝隙，截流的杂质很快堵塞流道，继续过滤则形成污泥层，水流穿过逐渐加厚的污泥层会引起水头升高或过滤压力升高，对于实际过滤设备或过滤池的表现就是，反冲洗周期缩短，消耗较大的反冲水耗与能耗。

轻质微孔陶瓷滤料表面几乎被可见孔布满，并且存在许多显微孔，这些孔径极易截留杂质，而杂质的滞留并不影响颗粒之间的空隙，因而占用有效流道的时间要比传统砂滤长很多，也就是反洗周期长。

四微孔陶瓷过滤截留机理

下图表示二种不同形式的过滤原理，传统砂滤实际上是压力机械阻挡为主，小孔截留大的杂质，过滤精度取决于表层沙粒的大小，例如，过滤罐实际装填的滤料最小仅为0.5-1.2mm，而采用新型轻质微孔陶瓷节能型微滤的机理是：除了机械阻挡以外，还兼有化学物理吸附，以渣滤渣等复合截留作用。用其制造的过滤设备有如下特点：

●同比条件下，滤料直径可以放大1~2个级别，例0.5mm的石英砂可以改为1~3mm的微孔陶瓷，这意味着提高了容垢量或延长了反冲洗周期。

●同比条件下降低了过滤压降，而降低压降就是节能，当用于压力过滤罐时，大部分过滤周期中，进出水表观压降几乎为零，实际压降0.01Mpa~0.05Mpa。

●由于比重轻（1.1g/cm3）,容重也轻（0.6~0.7g/cm3），因而大大降低了反冲洗能耗，对采用大流量的微滤系统而言，无需专用的反洗水箱及大流量水泵，可不受传统的水力冲洗原理约束，无需罐顶中心的搅拌器，同比节约80%的反冲洗用水和80%的反洗能耗。

五微孔陶瓷过滤材料的装填方式

1石英砂或多介质滤料一般采用颗粒级配的方式装填，从下向上自直径50mm左右鹅卵石直到中颗粒和细颗粒，最后是0.5—1.2mm颗粒的有效滤层，有效滤层厚度一般为0.5—0.7m米，这种方式的不足之处在于：过滤精度取决于有效滤层颗粒的大小，过滤精度要求越高，则采用的颗粒直径越小，但是颗粒越小越容易形成表层泥饼，而表层泥饼则容易造成流量下降和过滤阻力增高。

2采用轻质微孔陶瓷可以有很多优势，在有效高度内，全部是有效滤层，所有的滤料都是统一直径，也就是均值颗粒，而且有效滤层可以同比石英砂提高数倍，例如可以达到3—4米，这是石英砂所难以达到的，因为这样的高度难以进行有效反洗。而轻质微孔陶瓷滤料由于比重轻（1.1—1.2g/L），几乎和水的比重一样，因此可以前所未有的加高过滤路径。

3轻质微孔陶瓷滤料不但可以提高过滤路径的深度，而且还可以放大颗粒直径，同比条件下，可以由0.5mm石英砂提高到3mm微孔陶瓷，过滤精度并不是取决于颗粒直径，而是取决于过滤路径，水流每经过一个微分层面则部分悬浮物倍截留，不断的截留导致截留效果增加。这样的过滤效果比石英砂过滤精度提高1—2个数量级。可以由石英砂的10微米提高到1微米甚至0.1微米。

六微孔陶瓷滤料的反洗方式

1研发了针对性反冲洗方式，由过去砂滤罐以水为托起滤料的动力，改为以压缩空气为动力，而水仅作为排除污物的载体。反冲洗非常彻底，每次反冲可以使得滤层上下循环一遍。

2由于滤料的比重仅为1.1g/L，因此即使有效滤层即使高达3米，也仍然可以有效反冲洗和恢复。

5工艺技术特点

1解决了滤料粘接的老大难问题，现有的核桃壳或石英砂过滤设备，大多在封头的上面中心处设有电机搅拌器，意在反洗时通过搅拌减轻滤料的粘接或板结，但是并没有从根本上解决问题，核桃壳也会逐渐吸附饱和，新工艺技术采用特制的轻质微孔烧结陶瓷滤料，经过特殊的表面处理，可以做到不与原油亲和，不粘连，完好如初，因此不需要中心搅拌器。

2针对含聚采出水筛选复配了各种不同系列的反向絮凝剂和吸附剂，采用管道直接添加方式注入水中，然后直接进入微滤罐，没有中间的搅拌池和沉淀池环节，符合油田的现场特点。

3新工艺新材料新设备的使用，提高了水质，同比降低了运行费用，例如：反冲洗水耗降低80%，反冲洗电耗降低80%，同比在用的石英砂与核桃壳过滤系统，可以去除配置的反冲洗泵房，节约了占地和投资，节约了大功率水泵的反洗电费，节约了由此产生的管理维修费用。

4节能微滤与传统砂滤技术比较

6微滤工艺流程

1回注水处理一般是精处理阶段，在进水的前面有一系列的前置处理工艺，典型的是大型沉降罐，以使得浮油上浮，因此，进入精处理的水质，一般油和悬浮物为30---50mg/L，但是不稳定，波动的范围较大。可以波动在100mg/L左右甚至更多。这样就产生了技术难度，无论添加何种药剂，都是采用计量泵定量注入，但是如果来水不稳定，则定量的药剂和不定量的水质混合，其结果是出水指标不稳定，因此，为了保持出水的稳定性，设计了预处理工艺，由第一级微滤系统进行预处理，经过预处理的水质其悬浮物与油的含量稳定，为后期加药处理提供了良好的技术条件。

2一号絮凝剂和二号絮凝剂为针对水质而配置，针对含聚水质和其他水质而不同，然后再次经过微滤系统彻底滤除各种悬浮物和析出物，达到设定指标。

3采用空压机和产出水进行反洗，反洗出水先进入沉降罐，上清液返回前段继续参与处理，沉降物则进入压滤机脱水，脱水前混合廉价粉体，最后压成可以烧结的固体做为燃料。压滤机的废水返回沉降罐或进水端。整体工艺流程设计为清洗污水零排放。

7微滤产品规格