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1基本情況綜述

在油田開采過程中，特別是在油田開采的中后期，油層壓力隨著開采時(shí)間的延長(zhǎng)是逐漸下降的，當(dāng)油層的壓力下降到低于油氣的飽和壓力之后，溶解在油中的天然氣在油層內(nèi)就會(huì)大量的游離出來，油井產(chǎn)量明顯下降，油氣比上升，地下原油性質(zhì)發(fā)生變化，導(dǎo)致粘度增加和流動(dòng)困難，使得大量的脫氣原油( 又稱死油) 殘留在地層中開采不出來，降低油田的開采效率。為了保持油層壓力，延長(zhǎng)油井的自噴期，目前采用的主要方法是向地層中注入水，以補(bǔ)充己采出的原油在油層中所占的空隙體積，使得油層壓力保持穩(wěn)定或者上升，達(dá)到油井高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、提高最終采收率的目的?，F(xiàn)有我國的各油田大多采用注水采油開發(fā)方式，而且為了提高后續(xù)開采效率，在油田處于旺盛期就開始注水。但是在注水采油過程中，注入地下補(bǔ)充地層壓力的水和原油一起產(chǎn)出，經(jīng)過油水分離后，還會(huì)產(chǎn)生大量的油田廢水。這就需要進(jìn)行精細(xì)處理后再回注。

目前我國大部分油田己進(jìn)入石油開采的中期和后期階段，采出液中含水量為70-80%，有的油田甚至高達(dá)90% ，而且隨著開采時(shí)間的增加，含水量也不斷增加，因此在我國油田所產(chǎn)生的廢水量非常巨大。如果把如此大量的采出水直接外排，將造成非常嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，同時(shí)又浪費(fèi)了寶貴的水資源。如果把含油廢水處理后，重新回注地層，以補(bǔ)充地層的壓力，不僅可以避免環(huán)境污染，而且節(jié)約大量的水資源。對(duì)含油廢水進(jìn)行處理并回注是油田實(shí)現(xiàn)可持續(xù)開發(fā)和提高油田經(jīng)濟(jì)效益節(jié)約成本的一個(gè)重要途徑。

2現(xiàn)存主要問題

1 現(xiàn)有回注水處理工藝大多為：核桃殼+石英砂或核桃殼+一級(jí)石英砂+二級(jí)石英砂過濾工藝，隨著采油技術(shù)的發(fā)展，例如化學(xué)驅(qū)油，三元共驅(qū)工藝的實(shí)施，水中聚合物含量升高，現(xiàn)有的設(shè)備逐漸難以滿足回注水要求。

2 核桃殼和石英砂過濾罐頂部一般設(shè)有攪拌器，目的在于對(duì)因油而兒粘連的濾料進(jìn)行分離，但實(shí)際效果并不理想，對(duì)懸浮物和油的截留效果均有待提升。

3 正因?yàn)樯鲜鰡栴}，現(xiàn)有處理設(shè)備已經(jīng)越來越難以滿足設(shè)計(jì)要求，并不是設(shè)備不好，而是進(jìn)水的水質(zhì)變差了，而出水要求仍然不變或更高了。只有更新?lián)Q代才能滿足更高的技術(shù)要求。

4 由于產(chǎn)油中水的比例越來越高，有的已經(jīng)高達(dá)90%，因此原來設(shè)計(jì)的老設(shè)備不但技術(shù)要求達(dá)不到，產(chǎn)量也難以滿足逐漸增多的水量要求。

5 下圖是某油田回注水現(xiàn)場(chǎng)過濾效果取樣，三級(jí)過濾工藝，進(jìn)入第一級(jí)過濾之前加絮凝劑，第一級(jí)為核桃殼，第二級(jí)為石英砂，由于出水效果不符合要求，又增加了第三級(jí)石英砂過濾，但是效果不明顯。分析原因既包括絮凝問題也包括過濾精度問題。

3微濾技術(shù)路線

集成微濾技術(shù)包括了：微絮凝+微濾

采用微濾罐適用于物理性水處理，主要功能是去除水中的懸浮物和膠體，對(duì)于溶解性物質(zhì)，例如溶解性含聚水，則單純依靠物理手段還不夠，集成微濾系統(tǒng)指的是：在微濾前面設(shè)置絮凝程序，在水中添加適當(dāng)?shù)姆葱跄齽┗蚱迫閯?，其中包括有機(jī)，無機(jī)，生物和礦物質(zhì)絮凝劑，針對(duì)不同的水質(zhì)進(jìn)行復(fù)配，將溶解性物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榉侨芙庑詰腋∥铮M(jìn)而通過高精度的微濾罐濾除，而微絮凝則是省略了傳統(tǒng)該工藝中的攪拌池和沉淀池工藝，在管道中加藥直接進(jìn)入微濾罐。這是針對(duì)油田回注水的實(shí)際情況而研發(fā)的專用設(shè)備系統(tǒng)。

4微濾技術(shù)創(chuàng)新

一精度范圍

描述

1 從油田回注水的實(shí)際處理效果看，采用超濾膜效果最為理想，但是堵塞問題難以得到理想解決，而且需要定期更換超濾膜，經(jīng)濟(jì)上難以承受，因此，大面積應(yīng)用受到限制。

2 從經(jīng)濟(jì)角度分析，砂濾最便宜，而且由于采用顆粒狀（不定型濾料），容易反洗分散開，無需定期更換，即使更換也很便宜，但是過濾精度達(dá)不到要求。

3 如果能夠即采用不定型濾料又能夠達(dá)到過濾精度的要求，無疑是理想的選擇。

4 超濾的精度小于0.1微米，砂濾的精度大于10微米，微濾的精度介于砂濾和超濾之間，盡管不能完全替代超濾，但是在大部分場(chǎng)合可以滿足技術(shù)要求。

二 過濾材料

微濾罐采用了特制的燒結(jié)陶瓷，經(jīng)過多年的大量實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)了這種材料很多特性，對(duì)比傳統(tǒng)的不定型濾料，具有無可比擬的技術(shù)性能，與本案有關(guān)的是：這種材料經(jīng)過表面處理與原油不親和。

輕質(zhì)微孔陶瓷物理性能參數(shù)

●主要生產(chǎn)工藝：原料—篩分—配方—高溫?zé)Y(jié)（1560度）。

●化學(xué)穩(wěn)定性：可在PH值2-14范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。

●可在純水中穩(wěn)定工作而不析出任何離子。

●一般工作平均工作粒徑：1—3毫米

●幾何形狀：接近圓形的無尖顆粒

三 石英砂與微孔陶瓷容納截留圖示

石英砂（或海砂）表面光滑且基本沒有空隙，因而截留懸浮物基本靠的是顆粒之間的縫隙，截流的雜質(zhì)很快堵塞流道，繼續(xù)過濾則形成污泥層，水流穿過逐漸加厚的污泥層會(huì)引起水頭升高或過濾壓力升高，對(duì)于實(shí)際過濾設(shè)備或過濾池的表現(xiàn)就是，反沖洗周期縮短，消耗較大的反沖水耗與能耗。

輕質(zhì)微孔陶瓷濾料表面幾乎被可見孔布滿，并且存在許多顯微孔，這些孔徑極易截留雜質(zhì)，而雜質(zhì)的滯留并不影響顆粒之間的空隙，因而占用有效流道的時(shí)間要比傳統(tǒng)砂濾長(zhǎng)很多，也就是反洗周期長(zhǎng)。

四 微孔陶瓷過濾截留機(jī)理

下圖表示二種不同形式的過濾原理，傳統(tǒng)砂濾實(shí)際上是壓力機(jī)械阻擋為主，小孔截留大的雜質(zhì)，過濾精度取決于表層沙粒的大小，例如，過濾罐實(shí)際裝填的濾料最小僅為0.5-1.2mm，而采用新型輕質(zhì)微孔陶瓷節(jié)能型微濾的機(jī)理是：除了機(jī)械阻擋以外，還兼有化學(xué)物理吸附，以渣濾渣等復(fù)合截留作用。用其制造的過濾設(shè)備有如下特點(diǎn)：

● 同比條件下，濾料直徑可以放大1~2個(gè)級(jí)別，例0.5mm的石英砂可以改為1~3mm的微孔陶瓷，這意味著提高了容垢量或延長(zhǎng)了反沖洗周期。

● 同比條件下降低了過濾壓降，而降低壓降就是節(jié)能，當(dāng)用于壓力過濾罐時(shí)，大部分過濾周期中，進(jìn)出水表觀壓降幾乎為零，實(shí)際壓降0.01Mpa~0.05Mpa。

●由于比重輕（1.1g/cm3）,容重也輕（0.6~0.7g/cm3），因而大大降低了反沖洗能耗，對(duì)采用大流量的微濾系統(tǒng)而言，無需專用的反洗水箱及大流量水泵，可不受傳統(tǒng)的水力沖洗原理約束，無需罐頂中心的攪拌器，同比節(jié)約80%的反沖洗用水和80%的反洗能耗。

五 微孔陶瓷過濾材料的裝填方式

1 石英砂或多介質(zhì)濾料一般采用顆粒級(jí)配的方式裝填，從下向上自直徑50mm左右鵝卵石直到中顆粒和細(xì)顆粒，最后是0.5—1.2mm顆粒的有效濾層，有效濾層厚度一般為0.5—0.7m米，這種方式的不足之處在于：過濾精度取決于有效濾層顆粒的大小，過濾精度要求越高，則采用的顆粒直徑越小，但是顆粒越小越容易形成表層泥餅，而表層泥餅則容易造成流量下降和過濾阻力增高。

2 采用輕質(zhì)微孔陶瓷可以有很多優(yōu)勢(shì)，在有效高度內(nèi)，全部是有效濾層，所有的濾料都是統(tǒng)一直徑，也就是均值顆粒，而且有效濾層可以同比石英砂提高數(shù)倍，例如可以達(dá)到3—4米，這是石英砂所難以達(dá)到的，因?yàn)檫@樣的高度難以進(jìn)行有效反洗。而輕質(zhì)微孔陶瓷濾料由于比重輕（1.1—1.2g/L），幾乎和水的比重一樣，因此可以前所未有的加高過濾路徑。

3 輕質(zhì)微孔陶瓷濾料不但可以提高過濾路徑的深度，而且還可以放大顆粒直徑，同比條件下，可以由0.5mm石英砂提高到3mm微孔陶瓷，過濾精度并不是取決于顆粒直徑，而是取決于過濾路徑，水流每經(jīng)過一個(gè)微分層面則部分懸浮物倍截留，不斷的截留導(dǎo)致截留效果增加。這樣的過濾效果比石英砂過濾精度提高1—2個(gè)數(shù)量級(jí)?？梢杂墒⑸暗?0微米提高到1微米甚至0.1微米。

六 微孔陶瓷濾料的反洗方式

1 研發(fā)了針對(duì)性反沖洗方式，由過去砂濾罐以水為托起濾料的動(dòng)力，改為以壓縮空氣為動(dòng)力，而水僅作為排除污物的載體。反沖洗非常徹底，每次反沖可以使得濾層上下循環(huán)一遍。

2 由于濾料的比重僅為1.1g/L，因此即使有效濾層即使高達(dá)3米，也仍然可以有效反沖洗和恢復(fù)。

5工藝技術(shù)特點(diǎn)

1 解決了濾料粘接的老大難問題，現(xiàn)有的核桃殼或石英砂過濾設(shè)備，大多在封頭的上面中心處設(shè)有電機(jī)攪拌器，意在反洗時(shí)通過攪拌減輕濾料的粘接或板結(jié)，但是并沒有從根本上解決問題，核桃殼也會(huì)逐漸吸附飽和，新工藝技術(shù)采用特制的輕質(zhì)微孔燒結(jié)陶瓷濾料，經(jīng)過特殊的表面處理，可以做到不與原油親和，不粘連，完好如初，因此不需要中心攪拌器。

2 針對(duì)含聚采出水篩選復(fù)配了各種不同系列的反向絮凝劑和吸附劑，采用管道直接添加方式注入水中，然后直接進(jìn)入微濾罐，沒有中間的攪拌池和沉淀池環(huán)節(jié)，符合油田的現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)。

3 新工藝新材料新設(shè)備的使用，提高了水質(zhì)，同比降低了運(yùn)行費(fèi)用，例如：反沖洗水耗降低80%，反沖洗電耗降低80%，同比在用的石英砂與核桃殼過濾系統(tǒng)，可以去除配置的反沖洗泵房，節(jié)約了占地和投資，節(jié)約了大功率水泵的反洗電費(fèi)，節(jié)約了由此產(chǎn)生的管理維修費(fèi)用。

4 節(jié)能微濾與傳統(tǒng)砂濾技術(shù)比較

6微濾工藝流程

1 回注水處理一般是精處理階段，在進(jìn)水的前面有一系列的前置處理工藝，典型的是大型沉降罐，以使得浮油上浮，因此，進(jìn)入精處理的水質(zhì)，一般油和懸浮物為30---50mg/L，但是不穩(wěn)定，波動(dòng)的范圍較大?？梢圆▌?dòng)在100mg/L左右甚至更多。這樣就產(chǎn)生了技術(shù)難度，無論添加何種藥劑，都是采用計(jì)量泵定量注入，但是如果來水不穩(wěn)定，則定量的藥劑和不定量的水質(zhì)混合，其結(jié)果是出水指標(biāo)不穩(wěn)定，因此，為了保持出水的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)了預(yù)處理工藝，由第一級(jí)微濾系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)處理，經(jīng)過預(yù)處理的水質(zhì)其懸浮物與油的含量穩(wěn)定，為后期加藥處理提供了良好的技術(shù)條件。

2 一號(hào)絮凝劑和二號(hào)絮凝劑為針對(duì)水質(zhì)而配置，針對(duì)含聚水質(zhì)和其他水質(zhì)而不同，然后再次經(jīng)過微濾系統(tǒng)徹底濾除各種懸浮物和析出物，達(dá)到設(shè)定指標(biāo)。

3 采用空壓機(jī)和產(chǎn)出水進(jìn)行反洗，反洗出水先進(jìn)入沉降罐，上清液返回前段繼續(xù)參與處理，沉降物則進(jìn)入壓濾機(jī)脫水，脫水前混合廉價(jià)粉體，最后壓成可以燒結(jié)的固體做為燃料。壓濾機(jī)的廢水返回沉降罐或進(jìn)水端。整體工藝流程設(shè)計(jì)為清洗污水零排放。

7微濾產(chǎn)品規(guī)格

1 集成微濾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流速在10—15m/h，流量=流速*濾罐截面積，最后反應(yīng)到出水流量也是在一定的范圍之內(nèi)，流速的高低與進(jìn)水的水質(zhì)和出水要求有關(guān)。

2 一般選型的原則是：同樣的流量，盡量選擇二臺(tái)設(shè)備，因?yàn)槌鏊梢曰榉聪此?，不然的話還用另行引入反洗水，這會(huì)增加投資和運(yùn)行管理費(fèi)用。

主要技術(shù)參數(shù)

說明：設(shè)備系統(tǒng)可以承受高濁度（1000mg/L）進(jìn)水和高含油量（1000mg/L）進(jìn)水。出水仍然可維持在上述指標(biāo)，但是運(yùn)行費(fèi)用會(huì)增加。

立體圖示

工藝流程