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(diǎn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)大慶聚合物驅(qū)油田采出水特有水質(zhì)，對(duì)超濾處理油田采出水用于回注的膜分離技術(shù)進(jìn)行了深入的研究。論文從基礎(chǔ)試驗(yàn)和理論上系統(tǒng)考察了關(guān)鍵參數(shù)對(duì)膜分離過(guò)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(jī)理，提出了膜強(qiáng)化傳質(zhì)和優(yōu)化過(guò)程的手段。本文主要進(jìn)行了以下幾方面的研究工作。
　　在小試試驗(yàn)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(duì)膜通量的影響，同時(shí)考察了超濾長(zhǎng)期運(yùn)行的出水水質(zhì)，并對(duì)膜的物理清洗和化學(xué)清洗進(jìn)行了研究。試驗(yàn)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(yùn)行溫度為35～40℃，實(shí)際運(yùn)行中控制濃縮倍數(shù)在10～15左右運(yùn)行。超濾膜出水中的

3、含油量、懸浮物和粒徑中值完全達(dá)到回注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，而其對(duì)COD、濁度、HPAM等水質(zhì)指標(biāo)的去除也非常有效。采用短時(shí)化學(xué)強(qiáng)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(yùn)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(yùn)行油田采出水1個(gè)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(guò)對(duì)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(jìn)一步證實(shí)在油田采出水的超濾處理過(guò)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(dòng)態(tài)吸附試驗(yàn)結(jié)果表明，吸附開(kāi)始是一個(gè)極快的過(guò)程，吸附過(guò)程主要發(fā)生在料液與膜面接觸的開(kāi)始10min內(nèi)。對(duì)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(shuō)明在處理油田采出水時(shí)，通過(guò)增加流速的方法來(lái)減輕膜污染是有效的。HPAM在膜上的動(dòng)態(tài)吸附試驗(yàn)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(shuō)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(yàn)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(yàn)結(jié)果表明，新膜的表

6、面光滑平整，膜孔清晰可見(jiàn)。而污染膜在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行后，膜表面的污染現(xiàn)象已比較嚴(yán)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(wú)機(jī)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(wú)機(jī)物污垢。另外也存在一些其它的無(wú)機(jī)元素，如Si、S及Fe等，推測(cè)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(jī)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(jī)污染物主要是油田采出水中的油類物質(zhì)。
　　膜的強(qiáng)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(qiáng)化邊界層與本體溶液的物質(zhì)交換，減輕膜污染的同時(shí)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(yàn)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(shí)際工業(yè)應(yīng)用意義更大。此外，在不同跨膜壓差對(duì)外加湍流器的影響試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)采用湍流器可以擴(kuò)大跨膜壓差操作范圍。而對(duì)于不同流速下湍流器強(qiáng)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(dá)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。
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