金屬膜過(guò)濾技術(shù)在臨盤油田注水中的應(yīng)用

周秋柱（中國(guó)石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司 北京 100101）

1 概述

勝利油田臨盤采油廠主要由臨盤、商河、臨南、江家店4個(gè)油田組成，區(qū)塊主力油藏孔隙度一般在16.1%～24.0%之間，平均18.5%；滲透率一般在33.5～269.210-3m2之間，平均81.5×10-3m2；局部邊遠(yuǎn)區(qū)塊孔隙度一般11.7%～21.1%，平均15.8%，滲透率一般2.1～67.4×10-3μm2，平均28.6×10-3μm2，屬低滲透油藏是典型的復(fù)雜小斷塊油田。該廠共有4座油田采出水集中處理站，均采用水質(zhì)改性工藝，各站的外輸污水水質(zhì)均能達(dá)到或超過(guò)以下指標(biāo)：含油：≤15mg/L；懸浮物：≤5mg/L；粒徑中值：≤3μm（簡(jiǎn)稱B3級(jí)指標(biāo)）。

隨著局部邊遠(yuǎn)區(qū)塊的逐步開發(fā)，需求水質(zhì)不斷提高，邊遠(yuǎn)區(qū)塊需求水質(zhì)主要指標(biāo)為含油：≤6mg/L；懸浮物：≤2mg/L；粒徑中值：≤1.5μm（簡(jiǎn)稱A2級(jí)指標(biāo)）。在相應(yīng)的站場(chǎng)配套了金屬膜過(guò)濾系統(tǒng)，保證了水質(zhì)達(dá)標(biāo)，滿足了地質(zhì)開發(fā)需求。

2 金屬膜過(guò)濾技術(shù)在臨盤采油廠的應(yīng)用

金屬膜過(guò)濾器通常為1根或多根濾芯組成，濾芯是一種采用特殊工藝制造的、具有選擇透過(guò)性的薄膜，材質(zhì)以鈦或不銹鋼為主。金屬膜過(guò)濾是在外力推動(dòng)下對(duì)液體進(jìn)行分離、提純、濃縮的一種新型分離技術(shù)，根據(jù)污水物理性質(zhì)的不同，用過(guò)篩的方法實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的凈化分離。

臨盤采油廠自2003年開始使用金屬膜過(guò)濾器，目前臨盤廠已安裝投產(chǎn)5套金屬膜水處理裝置，總處理規(guī)模達(dá)10500m3/d，各區(qū)塊需求水質(zhì)為A2級(jí)，各套裝置出水均能穩(wěn)定滿足區(qū)塊注水的指標(biāo)。各裝置安裝站場(chǎng)如下表：

臨盤采油廠金屬膜過(guò)濾裝置站場(chǎng)統(tǒng)計(jì)表

臨盤廠的5套金屬膜水處理裝置均由主要兩部分組成，前端為金剛砂過(guò)濾器，后端為鈦金屬膜過(guò)濾器。金剛砂過(guò)濾器的作用為保安，防止進(jìn)水水質(zhì)的短期不穩(wěn)定給金屬膜過(guò)濾器造成的沖擊；鈦金屬膜過(guò)濾器保證出水水質(zhì)能夠穩(wěn)定達(dá)到A2級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

3 金屬膜過(guò)濾器的應(yīng)用分析

以臨中污水站為例，對(duì)金屬膜過(guò)濾系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用分析如下：

臨中污水站設(shè)計(jì)處理規(guī)模為2.5×104m3/d，實(shí)際處理量約2.3×104m3/d，2003年以前采用常規(guī)重力混凝沉降工藝，流程如下：

油站來(lái)水→一次除油罐→混凝沉降罐→緩沖罐→提升泵→石英砂過(guò)濾器→外輸

工藝流程中投加水質(zhì)凈化的藥劑為PAC和PAM，投加點(diǎn)為混凝沉降罐，外輸?shù)乃|(zhì)能夠穩(wěn)定達(dá)到B3的指標(biāo)。臨中污水站2003年建設(shè)了1套處理量2000m3/d的金屬膜過(guò)濾系統(tǒng)，是勝利油田最早使用金屬膜過(guò)濾系統(tǒng)的站場(chǎng)之一。該系統(tǒng)包括2級(jí)鈦金屬膜過(guò)濾器，一級(jí)采用10μm的濾芯，二級(jí)采用0.5μm的濾芯，過(guò)濾方式為死端過(guò)濾（即上端進(jìn)水，下端封死，側(cè)壁出水）。該系統(tǒng)的進(jìn)水設(shè)計(jì)利用臨中站的外輸水進(jìn)行處理，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)為A2級(jí)，工藝主流程如下：

臨中污主流程外輸水→緩沖罐→提升泵→10μm金屬膜過(guò)濾器→0.5μm金屬膜過(guò)濾器→外輸

裝置投產(chǎn)運(yùn)行近10年左右，實(shí)際運(yùn)行效果不穩(wěn)定，出水水質(zhì)除投產(chǎn)初期的1～2月和期間換膜的初期能夠達(dá)到水質(zhì)要求外，其余時(shí)間運(yùn)行均不能穩(wěn)定達(dá)到A2級(jí)指標(biāo)。運(yùn)行效果見下圖：

從圖1和圖2中可以得出，在2009年以前，金屬膜過(guò)濾器進(jìn)水含油量較高，在10mg/L以上，造成出水含油量和懸浮物含量不能滿足A2的標(biāo)準(zhǔn)；2009年以后，金屬膜過(guò)濾器進(jìn)水含油量大幅下降，但懸浮物含量仍然不能滿足A2級(jí)小于2mg/L的要求，打開濾罐發(fā)現(xiàn)濾芯存在局部斷裂、油膜淤堵、無(wú)法清洗等現(xiàn)象，因此進(jìn)水含油量對(duì)金屬膜過(guò)濾器的運(yùn)行影響較大，一旦污染后再生困難，很難達(dá)到原設(shè)計(jì)要求。

2009年臨中污水站進(jìn)行了整體水質(zhì)改性工藝的改造，投加的藥劑調(diào)整為復(fù)合堿、石灰水等藥劑，投加點(diǎn)為改造后增加的混合反應(yīng)器，改造后的主流程如下：

油站來(lái)水→一次除油罐→混合反應(yīng)器→混凝沉降罐→緩沖罐→提升泵→石英砂過(guò)濾器→外輸

改造后使污水的pH值由原來(lái)的6.3左右提高到7.5左右，降低了污水的腐蝕性，同時(shí)也使主流程的出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到了含油≤5mg/L，懸浮物≤5mg/L的指標(biāo)。隨著邊遠(yuǎn)區(qū)塊的不斷開發(fā)，需求A2級(jí)水質(zhì)的需求不斷增加，在2013年臨中污水站重新建設(shè)了1套處理量4500m3/d的金屬膜過(guò)濾系統(tǒng)。該系統(tǒng)仍然為2級(jí)，一級(jí)采用金剛砂過(guò)濾器作為保安過(guò)濾器，二級(jí)采用0.5μm濾芯的鈦金屬膜過(guò)濾器來(lái)保證水質(zhì)，過(guò)濾方式為錯(cuò)流過(guò)濾（即上端進(jìn)水，側(cè)壁出水，下端出水回流）。該系統(tǒng)的進(jìn)水設(shè)計(jì)仍然利用臨中污水站的外輸水進(jìn)行處理，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)為A2級(jí)，工藝主流程如下：

臨中污主流程外輸水→緩沖罐→提升泵→金剛砂過(guò)濾器→0.5μm金屬膜過(guò)濾器→外輸

裝置自2013年6月投產(chǎn)運(yùn)行至今近8月左右，實(shí)際運(yùn)行效果穩(wěn)定，出水水質(zhì)能夠穩(wěn)定達(dá)到A2級(jí)指標(biāo)。運(yùn)行效果見下圖：

從圖3和圖4中可以得出，該裝置中的金屬膜過(guò)濾器進(jìn)水含油量和懸浮物含量均在3mg/L以下，金屬膜過(guò)濾器的出水能夠滿足A2級(jí)的要求，但是不能穩(wěn)定滿足懸浮物≤1mg/L的要求。

4 結(jié)論

（1）金屬膜的進(jìn)水要求較高，在進(jìn)水含油和懸浮物在10mg/L以內(nèi)時(shí)，采用兩級(jí)過(guò)濾，一級(jí)金剛砂過(guò)濾、二級(jí)金屬膜過(guò)濾，能夠保證達(dá)到出水的A2級(jí)水質(zhì)；

（2）在保證進(jìn)水水質(zhì)的情況下，使金屬膜不被嚴(yán)重污染，金屬膜過(guò)濾器的使用壽命是有保證的，運(yùn)行效果是穩(wěn)定的；

（3）目前0.5μm濾芯金屬膜過(guò)濾器的出水水質(zhì)不能穩(wěn)定達(dá)到含油≤5mg/L，懸浮物≤1mg/L，粒徑中值≤1μm的指標(biāo)，不能滿足一些超低滲透區(qū)塊的注水需求，需進(jìn)一步攻關(guān)研究。