油田的采出水進(jìn)行處理回用技術(shù)，有利于促進(jìn)油氣資源的可持續(xù)發(fā)展，對(duì)水資源循環(huán)利用以及環(huán)境保護(hù)有著非常重大的意義。在油田采出水的處理中，三濾(微濾、納濾、超濾)以及反滲透膜技術(shù)應(yīng)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(jià)離子，納濾的效果較好。**近幾年，膜法處理技術(shù)在油田采出水的處理上漸漸被廣泛應(yīng)用。
1 傳統(tǒng)采出水處理工藝:
國(guó)內(nèi)油田采出水的處理方法主要有生化法、物理法、化學(xué)法三種方法，目的是對(duì)水中的懸浮物以及有機(jī)物、油類等進(jìn)行去除。其中，物理法可以分為過(guò)濾、粗?；?、蒸發(fā)法、重力分離和離心分離等。這些方法的工作重點(diǎn)是對(duì)水中所含的礦物質(zhì)以及大部分固體懸浮物以及油類進(jìn)行去除。化學(xué)法包含了三種處理方法，分別是中和、混凝沉淀以及化學(xué)轉(zhuǎn)化，化學(xué)法主要運(yùn)用于對(duì)廢水中的部分膠體以及溶解性物質(zhì)進(jìn)行處理，相當(dāng)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(duì)廢水進(jìn)行處理大多數(shù)時(shí)候是通過(guò)微生物在新陳代謝這一過(guò)程中使廢水中的有機(jī)物以及**物質(zhì)被降解，從而轉(zhuǎn)化成無(wú)機(jī)物，達(dá)到廢水凈化的目的。
在處理油田污水的實(shí)際情況中，這些方法一般不會(huì)單獨(dú)使用，均是兩種或是三種方法聯(lián)合使用。勝利油田污水處理站及低滲透區(qū)塊的注水站對(duì)污水進(jìn)行處理使用物理法時(shí)，通常處理工藝為：第一階段“緩沖+沉積分離出油+過(guò)濾”，第二階段“緩沖+精細(xì)過(guò)濾”。油田各個(gè)污水處理站對(duì)污水進(jìn)行處理的時(shí)候，為了使污水處理效果得到提高，一般情況下會(huì)添加化學(xué)劑與物理法相結(jié)合進(jìn)行處理。
在油田采出水中存在多種，這些會(huì)對(duì)采出水設(shè)備的管道進(jìn)行腐蝕，例如SRA、腐生菌以及鐵等。這些菌體以及其代謝物不*會(huì)對(duì)水質(zhì)造成污染，還會(huì)對(duì)油層造成堵塞。所以，應(yīng)該在進(jìn)行回注之前，對(duì)其進(jìn)行**處理，而進(jìn)行**處理的方法一般情況下采用的是氧化法。氧化技術(shù)對(duì)SRB非常有效，與此同時(shí)還能對(duì)水中的有機(jī)生物進(jìn)行氧化降解，使其的營(yíng)養(yǎng)源斷開。為了達(dá)到**的目的，還可以電解鹽水的**技術(shù)，主要是在次氯化鈉的發(fā)生裝置里將飽和鹽水進(jìn)行電解，從而產(chǎn)生氯酸鈉溶液，利用該溶液**。
采出水的水質(zhì)隨著油田的開發(fā)也在變化，在進(jìn)行地面工藝的時(shí)候，對(duì)流動(dòng)改性劑的使用是不可避免的，對(duì)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(dǎo)致采出水成分變得復(fù)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(guī)的處理方法對(duì)采出水進(jìn)行處理，已經(jīng)無(wú)法滿足水質(zhì)達(dá)標(biāo)的要求了。經(jīng)過(guò)一系列的研究，膜分離技術(shù)對(duì)采出水的處理效果。
2 微濾、超濾技術(shù)在油田采出水處理中的研究及應(yīng)用:
2.1 微濾:
效率高、裝置占地面積相對(duì)較小以及成本低、化學(xué)**使用量少、裝置自動(dòng)化程度高等均是膜技術(shù)的特點(diǎn)，因此膜技術(shù)在油田采出水的處理中應(yīng)用得越來(lái)越普遍。利用靜壓差作為推動(dòng)力，再通過(guò)篩網(wǎng)狀的過(guò)濾介質(zhì)膜的“篩分”作用進(jìn)行分離的膜過(guò)程，就是我們所說(shuō)的微濾。微孔過(guò)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(guò)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(guò)濾掉。陶瓷膜應(yīng)用研究比較深，其特點(diǎn)是容易清潔、耐污染和抗腐蝕性強(qiáng)，使用壽命也較長(zhǎng)。使用陶瓷膜對(duì)采出水進(jìn)行處理，可以使采出水的水質(zhì)達(dá)到回注的要求。采出水*經(jīng)過(guò)物理處理或者物理化學(xué)處理但沒(méi)有經(jīng)過(guò)生化處理之前，水中的含油量較高，所以在微濾膜表面會(huì)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(jìn)行清洗以使通量得以**。
2.2 超濾:
超濾膜主要是以壓力差作為推動(dòng)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(duì)油田采出水的研究中，高分子濾膜和陶瓷超濾膜都有應(yīng)用。從研究結(jié)果看，超濾對(duì)油類以及微生物和固體懸浮物的去除比較有效，這些物質(zhì)的含量也是油田回注水水質(zhì)的重要參考指標(biāo)。傳統(tǒng)的處理過(guò)程和超濾進(jìn)行結(jié)合，可以使超濾膜的負(fù)荷得以減輕，同時(shí)提高對(duì)采出水的處理效果。為了使超濾的穩(wěn)定運(yùn)行得到有效的保證，必須要進(jìn)行良好的膜前處理。核桃殼過(guò)濾器以及砂濾等是常用的膜前處理的物理過(guò)程。但是一些原因會(huì)使其效果達(dá)不到理想狀態(tài)，如傳統(tǒng)的砂濾以及核桃殼過(guò)濾器在進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行之后，納污能力會(huì)有所下降。若是膜前處理沒(méi)有做好，則會(huì)導(dǎo)致出水的含油量比較高，***導(dǎo)致的結(jié)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(duì)膜技術(shù)應(yīng)用造成制約的主要因素就是膜污染，對(duì)膜污染進(jìn)行控制以及延長(zhǎng)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(lái)看，使用膜生物反應(yīng)器處理采出水已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。
2.3 超濾、微濾過(guò)程的成本分析:
采用陶瓷微濾膜法處理采出水，運(yùn)行成本約為1.5~2元/m3。以大慶油田采出水的超濾處理結(jié)果為依據(jù)，可以預(yù)測(cè)出項(xiàng)目的技術(shù)設(shè)備工業(yè)化之后，處理成本大幅降低，可節(jié)約2.58元/t。可見微濾、超濾膜法對(duì)含油污水進(jìn)行處理經(jīng)濟(jì)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，對(duì)于礦化度的去除效果甚微，特別是對(duì)鈣離子、鎂離子等容易致垢的二價(jià)離子甚至根本無(wú)法起到去除的作用。但是在目前的情況來(lái)看，對(duì)于油田的注水水質(zhì)的推薦指標(biāo)重點(diǎn)針對(duì)的是油以及懸浮物的含量和粒徑，沒(méi)有對(duì)可以導(dǎo)致垢物產(chǎn)生的物質(zhì)的進(jìn)行含量進(jìn)行規(guī)定。即使水質(zhì)已經(jīng)達(dá)到了注水指標(biāo)，但嚴(yán)重的腐蝕以及嚴(yán)重的結(jié)垢現(xiàn)象在油田中依然存在，這些問(wèn)題是造成注水壓力升高以及生產(chǎn)能力無(wú)法提高的主要原因，還經(jīng)常會(huì)引起油層傷害。
導(dǎo)致結(jié)垢的主要原因通常是因?yàn)樵趯?duì)采出水進(jìn)行處理的時(shí)候，沒(méi)有有效方法對(duì)致垢離子進(jìn)行，而注入水中的致垢離子會(huì)和存在于地層水中的其他相關(guān)離子產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生了碳酸鈣或者**鈣等。此外，若是存在一定量的**根，還會(huì)導(dǎo)致注入水中的**鹽還原菌大量繁殖，從而產(chǎn)生硫化氫使金屬管道受到腐蝕。
3 納濾工藝和反滲透技術(shù)在油田采出水處理中的研究及應(yīng)用:
3.1 納濾工藝及其集成膜技術(shù):
納濾膜的開發(fā)基礎(chǔ)是反滲透復(fù)合型膜，其中荷電特性是納濾膜獨(dú)有的特性，荷電特性可以對(duì)多價(jià)離子以及低分子有機(jī)物進(jìn)行有選擇性的截留，對(duì)二價(jià)離子的脫除率也比較高，例如鈣離子、鎂離子、**根等，因此可以使料液硬度大幅度降低。所以在對(duì)油田采出水的深度處理上，納濾膜工藝的應(yīng)用前景非常廣闊，比較遺憾的是目前相關(guān)研究及應(yīng)用報(bào)道不多。
在科羅拉多州立大學(xué)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，納濾膜NF270是相當(dāng)具有親水性的，且NF270的膜孔徑與其他膜相比是相當(dāng)大的，膜表面的光滑度也是相當(dāng)高的。在**海洋大學(xué)進(jìn)行了商品膜組件現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，相當(dāng)先做的是超濾+納濾雙膜法對(duì)油田采出水的深度處理。試驗(yàn)的結(jié)果顯示：超率產(chǎn)水的含油量為0.06mg/***I不超過(guò)4.0，而納濾在對(duì)回收率進(jìn)行保證的同時(shí)，對(duì)硬度與TDS、SS以及COD的截留率也相當(dāng)高。雙膜工藝經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和技術(shù)改進(jìn)，采出水水質(zhì)可達(dá)到GB 1576—2008《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》標(biāo)準(zhǔn)，也能夠保證產(chǎn)水通量和水質(zhì)穩(wěn)定性[9]。
3.2 反滲透工藝以及集成膜技術(shù):
在采出水的處理中，即使油田采出水在經(jīng)過(guò)納濾膜的處理之后可以達(dá)到相對(duì)嚴(yán)格的出水水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)，但是出水的礦化程度仍然很高。在這一問(wèn)題中，反滲透技術(shù)可以進(jìn)行有效的對(duì)采出水進(jìn)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(jīng)過(guò)處理之后，可以將其應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，例如用于對(duì)鍋爐的補(bǔ)給水以及農(nóng)業(yè)灌溉。反滲透工藝所存在的缺點(diǎn)就是對(duì)處理的要求和成本相對(duì)較高。因此，如何對(duì)適當(dāng)?shù)念A(yù)處理方案進(jìn)行選擇。以及如何對(duì)反滲透裝置的負(fù)荷進(jìn)行減輕使得處理的成本降低，是解決問(wèn)題的關(guān)鍵因素。
相關(guān)人士對(duì)Petrobars油田的采出水的開展反滲透實(shí)驗(yàn)處理，評(píng)價(jià)了系統(tǒng)對(duì)有機(jī)物以及無(wú)機(jī)物的截留性能。油水分離器以及硬水軟化器和砂率、筒式過(guò)濾器、離子交換軟化器等組成了預(yù)處理系統(tǒng)，其中，筒式過(guò)濾器的直徑為1.0μm。研究結(jié)果表明，RO膜組件可以有效降低采出水的電導(dǎo)率和在進(jìn)行資源化利用過(guò)程中備受關(guān)注的硬度、鎳、苯、氯等重要參數(shù)，使出水質(zhì)量符合灌溉或其他資源化利用的標(biāo)準(zhǔn)。利用加堿沉淀對(duì)部分硬度、硼、硅進(jìn)行去除，以及換熱冷卻、對(duì)膜生物氧化除有機(jī)物進(jìn)行固定、降低pH值、過(guò)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(zhì)可以達(dá)到GB5084—2005《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 19923—2005《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì))標(biāo)準(zhǔn)。
3.3 納濾以及反滲透過(guò)程的成本分析:
納濾—反滲透工藝處理采出水，可大量節(jié)約清水費(fèi)用，還可以節(jié)約無(wú)效的回灌費(fèi)用以及注汽鍋爐的燃料費(fèi)，是一種經(jīng)濟(jì)效益比較的采出水處理技術(shù)。
4 總結(jié)：
采用膜技術(shù)對(duì)采出水進(jìn)行處理，可以彌補(bǔ)一些使用傳統(tǒng)的處理方法對(duì)采出水進(jìn)行處理存在的缺點(diǎn)，并且使用膜技術(shù)處理的成本也相對(duì)較低。因此，運(yùn)用膜技術(shù)處理采出水在市場(chǎng)上有優(yōu)勢(shì)及廣闊前景。由于新型的超濾以及納濾膜的研發(fā)成功和投入使用，再加上其使用周期長(zhǎng)、耐污染度高以及價(jià)格相對(duì)較低等***，使得微濾、超濾+納濾、反滲透膜的集成膜技術(shù)以及生化—超濾等膜技術(shù)和生物法二者相結(jié)合對(duì)油田采出水進(jìn)行處理成為一種必然的趨勢(shì)，可以促進(jìn)油氣田的可持續(xù)發(fā)展，對(duì)水資源的循環(huán)再利用以及環(huán)境的保護(hù)都有重大意義。
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