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          國內油田采出水應用膜法處理技術成為一種必然的趨勢

          發表日期:2017-04-12 10:42文章編輯:admin瀏覽次數: 標簽:    

                 據石油觀察微信公眾平臺2017年1月3日訊 對油田的采出水進行處理回用是必然的趨勢,有利于促進油氣資源的可持續發展,對水資源循環利用以及環境保護有著非常重大的意義。在油田采出水的處理中,三濾(微濾、超濾、納濾)以及反滲透膜技術應用較多。在三濾中,除油及排濁效果較好的是超濾,而除去采出水中的二價離子,納濾的效果較好。最近幾年,膜法處理技術在油田采出水的處理上漸漸被廣泛應用。

           

          國內油田采出水應用膜法處理技術成為一種必然的趨勢


            1 傳統采出水處理工藝
            國內油田采出水的處理方法主要有生化法、物理法、化學法三種方法,目的是對水中的懸浮物以及有機物、油類等進行去除。其中,物理法可以分為過濾、粗?;?、蒸發法、重力分離和離心分離等。這些方法的工作重點是對水中所含的礦物質以及大部分固體懸浮物以及油類進行去除?;瘜W法包含了三種處理方法,分別是中和、混凝沉淀以及化學轉化,化學法主要運用于對廢水中的部分膠體以及溶解性物質進行處理,最主要處理的是含油廢水中的油化物。生物法則主要指的是好氧生物法、厭氧生物法以及好氧厭氧生物法。生物法對廢水進行處理大多數時候是通過微生物在新陳代謝這一過程中使廢水中的有機物以及有毒物質被降解,從而轉化成無機物,達到廢水凈化的目的。
            在處理油田污水的實際情況中,這些方法一般不會單獨使用,均是兩種或是三種方法聯合使用。勝利油田污水處理站及低滲透區塊的注水站對污水進行處理使用物理法時,通常處理工藝為:第一階段“緩沖+沉積分離出油+過濾”,第二階段“緩沖+精細過濾”。油田各個污水處理站對污水進行處理的時候,為了使污水處理效果得到提高,一般情況下會添加化學劑與物理法相結合進行處理。
            在油田采出水中存在多種細菌,這些細菌會對采出水設備的管道進行腐蝕,例如SRA、腐生菌以及鐵細菌等。這些菌體以及其代謝物不僅會對水質造成污染,還會對油層造成堵塞。所以,應該在進行回注之前,對其進行殺菌處理,而進行殺菌處理的方法一般情況下采用的是高級氧化法。高級氧化技術對消除SRB非常有效,與此同時還能對水中的有機生物進行氧化降解,使其細菌的營養源斷開。為了達到殺菌的目的,還可以電解鹽水的殺菌技術,主要是在次氯化鈉的發生裝置里將飽和鹽水進行電解,從而產生氯酸鈉溶液,利用該溶液殺菌。
            采出水的水質隨著油田的開發也在變化,在進行地面工藝的時候,對流動改性劑的使用是不可避免的,對防垢劑、緩蝕劑降黏劑以及破乳劑的投放量也有了很大增加,這是導致采出水成分變得復雜的主要原因,從而也使廢水處理成本、造成二次污染的幾率以及廢水處理難度增加。因此,按照常規的處理方法對采出水進行處理,已經無法滿足水質達標的要求了。經過一系列的研究,膜分離技術對采出水的處理效果顯著。
            2 微濾、超濾技術在油田采出水處理中的研究及應用
            2.1 微濾
            效率高、裝置占地面積相對較小以及成本低、化學藥品使用量少、裝置自動化程度高等均是膜技術的特點,因此膜技術在油田采出水的處理中應用得越來越廣泛。利用靜壓差作為推動力,再通過篩網狀的過濾介質膜的“篩分”作用進行分離的膜過程,就是我們所說的微濾。微孔過濾膜是均勻的多孔薄膜,其孔徑非常小,直徑一般為0.8~2μm,過濾粒徑為0.025~10μm,因此絕大部分的采出水中的懸浮固體以及油滴等都可以被完全過濾掉。陶瓷膜應用研究比較深,其特點是容易清潔、耐污染和抗腐蝕性強,使用壽命也較長。使用陶瓷膜對采出水進行處理,可以使采出水的水質達到回注的要求。采出水僅經過物理處理或者物理化學處理但沒有經過生化處理之前,水中的含油量較高,所以在微濾膜表面會有不同程度的污染,造成通量和油類的截留率下降,可將膜進行清洗以使通量得以恢復。
            2.2 超濾
            超濾膜主要是以壓力差作為推動力,其孔徑的范圍非常小,約為0.001~0.02μm,可以分離分子量大于2000道爾頓且粒徑大于2~20nm的顆粒。在對油田采出水的研究中,高分子濾膜和陶瓷超濾膜都有應用。從研究結果看,超濾對油類以及微生物和固體懸浮物的去除比較有效,這些物質的含量也是油田回注水水質的重要參考指標。傳統的處理過程和超濾進行結合,可以使超濾膜的負荷得以減輕,同時提高對采出水的處理效果。為了使超濾的穩定運行得到有效的保證,必須要進行良好的膜前處理。核桃殼過濾器以及砂濾等是常用的膜前處理的物理過程。但是一些原因會使其效果達不到理想狀態,如傳統的砂濾以及核桃殼過濾器在進行長時間運行之后,納污能力會有所下降。若是膜前處理沒有做好,則會導致出水的含油量比較高,最后導致的結果是使超濾膜受到污染,從而使超濾膜的使用期限降低,增加超濾膜法處理的成本。對膜技術應用造成制約的主要因素就是膜污染,對膜污染進行控制以及延長膜的使用周期的研究,是非常有必要的。從近幾年的使用情況來看,使用膜生物反應器處理采出水已經成為一種趨勢。
            2.3 超濾、微濾過程的成本分析
            采用陶瓷微濾膜法處理采出水,運行成本約為1.5~2元/立方米。以大慶油田采出水的超濾處理結果為依據,可以預測出項目的技術設備工業化之后,處理成本大幅降低,可節約2.58元/噸??梢娢V、超濾膜法對含油污水進行處理經濟效益較高。
            2.4 處理的局限性
            超濾、微濾主要處理的是水中的油類以及懸浮物和細菌,對于礦化度的去除效果甚微,特別是對鈣離子、鎂離子等容易致垢的二價離子甚至根本無法起到去除的作用。但是在目前的情況來看,對于油田的注水水質的推薦指標重點針對的是油以及懸浮物的含量和粒徑,沒有對可以導致垢物產生的物質的進行含量進行規定。即使水質已經達到了注水指標,但嚴重的腐蝕以及嚴重的結垢現象在油田中依然存在,這些問題是造成注水壓力升高以及生產能力無法提高的主要原因,還經常會引起油層傷害。
            導致結垢的主要原因通常是因為在對采出水進行處理的時候,沒有有效方法對致垢離子進行消除,而注入水中的致垢離子會和存在于地層水中的其他相關離子產生化學反應,產生了碳酸鈣或者硫酸鈣等。此外,若是存在一定量的硫酸根,還會導致注入水中的硫酸鹽還原菌大量繁殖,從而產生硫化氫使金屬管道受到腐蝕。
            3 納濾工藝和反滲透技術在油田采出水處理中的研究及應用
            3.1 納濾工藝及其集成膜技術
            納濾膜的開發基礎是反滲透復合型膜,其中荷電特性是納濾膜獨有的特性,荷電特性可以對多價離子以及低分子有機物進行有選擇性的截留,對二價離子的脫除率也比較高,例如鈣離子、鎂離子、硫酸根等,因此可以使料液硬度大幅度降低。所以在對油田采出水的深度處理上,納濾膜工藝的應用前景非常廣闊,比較遺憾的是目前相關研究及應用報道不多。
            在科羅拉多州立大學進行的實驗結果表明,納濾膜NF270是最具有親水性的,且NF270的膜孔徑與其他膜相比是最大的,膜表面的光滑度也是最高的。在中國海洋大學進行了商品膜組件現場試驗,最先做的是超濾+納濾雙膜法對油田采出水的深度處理。試驗的結果顯示:超率產水的含油量為0.06mg/L,SDI不超過4.0,而納濾在對回收率進行保證的同時,對硬度與TDS、SS以及COD的截留率也相當高。雙膜工藝經過長時間的經驗總結和技術改進,采出水水質可達到GB 1576-2008《工業鍋爐水質》標準,也能夠保證產水通量和水質穩定性。
            3.2 反滲透工藝以及集成膜技術
            在采出水的處理中,即使油田采出水在經過納濾膜的處理之后可以達到相對嚴格的出水水質的標準,但是出水的礦化程度仍然很高。在這一問題中,反滲透技術可以進行有效的對采出水進行處理,適用于含鹽度高的油田采出水。這一方法的主要目的是使采出水在經過處理之后,可以將其應用到工業生產以及農業生產中,例如用于對鍋爐的補給水以及農業灌溉。反滲透工藝所存在的缺點就是對處理的要求和成本相對較高。因此,如何對適當的預處理方案進行選擇。以及如何對反滲透裝置的負荷進行減輕使得處理的成本降低,是解決問題的關鍵因素。
            相關專業人士對Petrobars(巴西石油公司)油田的采出水的開展反滲透實驗處理,評價了系統對有機物以及無機物的截留性能。油水分離器以及硬水軟化器和砂率、筒式過濾器、離子交換軟化器等組成了預處理系統,其中,筒式過濾器的直徑為1.0μm。研究結果表明,RO膜組件可以有效降低采出水的電導率和在進行資源化利用過程中備受關注的硬度、鎳、苯、氯等重要參數,使出水質量符合灌溉或其他資源化利用的標準。利用加堿沉淀對部分硬度、硼、硅進行去除,以及換熱冷卻、對膜生物氧化除有機物進行固定、降低pH值、過濾、反滲透除鹽、滴濾池除氨、離子交換軟化等處理,處理之后的采出水水質可以達到GB5084-2005《農田灌溉水質標準》、GB/T 19923-2005《城市污水再生利用工業用水水質)標準。
            3.3 納濾以及反滲透過程的成本分析
            納濾—反滲透工藝處理采出水,可大量節約清水費用,還可以節約無效的回灌費用以及注汽鍋爐的燃料費,是一種經濟效益比較顯著的采出水處理技術。
            4 結束語
            采用膜技術對采出水進行處理,可以彌補一些使用傳統的處理方法對采出水進行處理存在的缺陷,并且使用膜技術處理的成本也相對較低。因此,運用膜技術處理采出水在市場上有優勢及廣闊前景。由于新型的超濾以及納濾膜的研發成功和投入使用,再加上其使用周期長、耐污染度高以及價格相對較低等優點,使得微濾、超濾+納濾、反滲透膜的集成膜技術以及生化—超濾等膜技術和生物法二者相結合對油田采出水進行處理成為一種必然的趨勢,可以促進油氣田的可持續發展,對水資源的循環再利用以及環境的保護都有重大意義。

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