聚驅(qū)油田采出水超濾深度處理與膜污染控制技術(shù).pdf

1、隨著三次采油技術(shù)的不斷深入和發(fā)展，特別是聚驅(qū)和三元復(fù)合驅(qū)的大規(guī)模應(yīng)用，使得油田采出水成為一種復(fù)雜的含聚含油污水體系，油水分離難度大大增加，原有水驅(qū)含油污水處理工藝己經(jīng)不能滿足日益復(fù)雜的油田污水處理要求。本課題在比較各種水處理技術(shù)優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，針對大慶聚合物驅(qū)油田采出水特有水質(zhì)，對超濾處理油田采出水用于回注的膜分離技術(shù)進行了深入的研究。論文從基礎(chǔ)試驗和理論上系統(tǒng)考察了關(guān)鍵參數(shù)對膜分離過程的影響，建立了通用的膜阻力模型，分析了膜污染產(chǎn)生的

2、原因及機理，提出了膜強化傳質(zhì)和優(yōu)化過程的手段。本文主要進行了以下幾方面的研究工作。
　　在小試試驗研究中，考察了操作壓差、膜面流速、料液溫度及料液濃縮倍數(shù)對膜通量的影響，同時考察了超濾長期運行的出水水質(zhì)，并對膜的物理清洗和化學(xué)清洗進行了研究。試驗結(jié)果表明：適宜的操作壓差為0.30～0.35 MPa，適宜的膜面流速為3.0～3.5m·s-1，適宜的超濾運行溫度為35～40℃，實際運行中控制濃縮倍數(shù)在10～15左右運行。超濾膜出水中的

3、含油量、懸浮物和粒徑中值完全達到回注水水質(zhì)標準，而其對COD、濁度、HPAM等水質(zhì)指標的去除也非常有效。采用短時化學(xué)強化清洗技術(shù)能有效地控制膜污染，具體的清洗方法為：每運行油田采出水6～8 h后，采用0.1mol·L-1 NaOH堿洗液清洗30min，每運行油田采出水1個月左右，先采用0.1mol·L-1 NaOH堿洗液清洗30min，然后采用0.1mol·L-1鹽酸洗液清洗30min，并且每一步化學(xué)清洗前后，均采用清水沖洗掉膜表面的藥

4、液殘留。
　　通過對膜阻力中各部分阻力及其所占比例分析結(jié)果表明，濃差極化阻力所占比例最大，其次為凝膠層阻力，而膜孔堵塞阻力和膜自身阻力所占比例接近，從而進一步證實在油田采出水的超濾處理過程中，濃差極化是造成膜通量衰減的最主要因素，而污染物質(zhì)在膜表面形成的凝膠污染層是膜通量衰減的重要因素。
　　油粒在膜上的動態(tài)吸附試驗結(jié)果表明，吸附開始是一個極快的過程，吸附過程主要發(fā)生在料液與膜面接觸的開始10min內(nèi)。對同一濃度的含油污水而

5、言，膜面流速越高，油粒在膜上的吸附量越小，說明在處理油田采出水時，通過增加流速的方法來減輕膜污染是有效的。HPAM在膜上的動態(tài)吸附試驗也得出了類似結(jié)論，但是HPAM在膜上的吸附量要明顯低于油類在膜上的吸附量，說明油類物質(zhì)與HPAM相比是造成膜污染的主要物質(zhì)。油粒、HPAM在膜上的吸附試驗結(jié)果能用Langmuir吸附等溫式很好的描述。
　　采用AFM、SEM、EDX和GC-MS等方法分析了造成膜污染的主要原因，試驗結(jié)果表明，新膜的表

6、面光滑平整，膜孔清晰可見。而污染膜在經(jīng)過長時間的運行后，膜表面的污染現(xiàn)象已比較嚴重，看不出膜的任何跡象，且污染物質(zhì)分布很不均勻，有較大的洞或溝壑存在。膜污染的主要無機元素為Ca，元素Mg和Al的含量也比較明顯，可以推斷膜面上污染物中，可能存在CaCO3、MgCO3等無機物污垢。另外也存在一些其它的無機元素，如Si、S及Fe等，推測可能有SiO2的膠體和顆粒的存在，其中Ca及少量的Si在污染層中可能起到吸附架橋的作用，和石油類物質(zhì)及膠體形

7、成復(fù)合污染而加速了膜的污染。膜上的主要有機污染物為大多數(shù)的烴類衍生物，烷烴、酯、芳香烴、烯烴、稠環(huán)芳烴、苯系物和少量的酚、酸、醛、酮等，這些都是石油原油中含有的典型物質(zhì)，證明了膜的有機污染物主要是油田采出水中的油類物質(zhì)。
　　膜的強化傳質(zhì)研究結(jié)果表明，采用外加湍流器可以改善膜表面的水流流態(tài)，強化邊界層與本體溶液的物質(zhì)交換，減輕膜污染的同時大幅度增加膜通量。在比較圓柱式、變截面圓柱式、纏繞式和螺旋式4種類型湍流器的試驗中，采用了湍流

8、器的膜滲透通量平均提高83％到164%，而相應(yīng)的單位產(chǎn)水能耗降低31%到42%，其中螺距為20mm的纏繞式湍流器能以最小的能耗得到最大的滲透通量，因而實際工業(yè)應(yīng)用意義更大。此外，在不同跨膜壓差對外加湍流器的影響試驗中，發(fā)現(xiàn)采用湍流器可以擴大跨膜壓差操作范圍。而對于不同流速下湍流器強化傳質(zhì)效果比較中，發(fā)現(xiàn)湍流器在低流速（<2m·s-1）下就可以達到空管在高流速下相同的滲透通量，因此，湍流器在低流速下使用可以得到很好的效果。
　　在大