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金属纤维聚四氟乙烯膜处理含油污水试验探讨
论文作者:童鞋论文网  论文来源:www.txlunwenw.com  发布时间:2019/5/24 9:15:58  

摘要:针对油田开发末期复杂多变的水质特性,试验采用金属纤维聚PTFE微孔覆膜过滤技术,进行了油田采油废水的现场膜过滤试验研究,来确定适合采油废水处理的膜过滤技术,改善采油废水处理后的水质。

关键词:采油废水;金属纤维聚四氟乙烯微孔覆膜;过滤;污水处理;

0引言

华北油田目前处于高含水开发后期,含水量在采出液中比重越来越高,导致采油废水处理量也随之增加,并且处理更加困难[1]。当下,环保要求日趋严格,治理力度不断加大,油田的采油废水不可能不经达标处理直接排放。所以,如果大量的采油废水能有效处理,使其达到油田注水水质标准顺利回注地层,既满足了油田开采的要求,又实现了绿色可持续发展[2]。随着华北油田采出水性质越来越复杂,如:悬浮物固体含量和个数双超标、厌氧微生物硫酸盐还原菌大量繁殖、各采油环节使用的化学药剂种类和投加数量较多等,导致采油废水处理困难增加,现有老式过滤装置无法满足变化的水质,处理后的水质指标不符合油田回注水水质控制指标。

针对油田开发末期复杂多变的水质特性,试验采用金属纤维聚PTFE微孔覆膜过滤技术,进行了油田采油废水的现场膜过滤试验研究,来确定适合采油废水处理的膜过滤技术,改善采油废水处理后的水质。

1试验原料和方法

1.1华北油田采油废水水质特点

华北油田采油废水水性日趋复杂,油、水、固三相分离难度高,现有的过滤装置过滤后水质不能满足低渗透油田回注水水质要求。本研究的试验装置安装于一次沉降罐和二次沉降罐之间。一次沉降后的含油污水作为试验原水。含油污水的性质较为稳定,主要水质特性见表1。

表1华北油田某联合站一次沉降后含油污水主要特性

1.2现场试验原理与方法

1.2.1试验原理

试验中所采用的金属纤维PTFE微孔覆膜过滤装置采用闭式过滤。由于膜内外的压差作用,依靠膜的截留作用和架桥作用,采油废水经膜过滤,杂质被截留在膜一侧,过滤后的净化水从膜的另一侧流出。

覆膜结构金属纤维滤芯相比较无覆膜结构滤芯,其残余压降值最小,两次彻底反冲洗后,相同过滤通量下,覆膜结构滤芯的残余压降值仅约为无覆膜滤芯残余压降值的1/2,体现了该种结构滤芯良好的再生性能。

1.2.2试验方法

(1)滤芯孔径。本试验中所采用的金属纤维PTFE微孔覆膜过滤装置的膜滤芯孔径为5μm。

(2)试验工艺流程。在华北油田某联合站进行试验,按照采油废水处理工艺流程(见图1)进行试验。虚线框的部分为联合站现有生产流程和设备。

图1试验处理工艺流程

2现场试验结果与讨论

选用孔径5μm金属纤维PTFE微孔覆膜过滤装置开展起始过滤通量2.2m3·m-2·h-1膜过滤小型工业探索试验。该套试验装置有效运行了230h,分别对滤膜进出水进行取样,检测其油含量、悬浮物固体含量和悬浮物颗粒直径中值。

2.1除油效果

油含量是回注水水质控制的主要指标,因此,本试验研究的重点是去除含油污水中的油类物质,图2是金属纤维PTFE微孔覆膜过滤装置处理含油污水的除油效果。

图2除油效果

从图2中可以看出,在来水油含量在小于35mg·L-1条件下,金属纤维PTFE微孔覆膜过滤装置出水含油浓度<5mg·L-1以下,经工艺技术改进后<1.5mg·L-1,符合中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T5329—2012《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》中规定的最优水质标准,即油含量<5mg·L-1,且除油效率大都高于90%。从图2可以看出,虽然污水油含量最大值与最小值相差三倍,但是处理后净化水油含量均小于5mg·L-1,说明试验装置抗冲击能力比较强,即使含油污水中油含量出现波动,试验装置的处理后净化水水质依旧能稳定的保持在一定范围内,从而保证试验装置运行的可靠性与平稳性。

2.2悬浮物的去除效果

悬浮物是回注水重点控制的水质指标,回注水悬浮物指标不合格,容易堵塞地层,注水压力增加,效率下降,影响产油量。因此,本试验研究中另一重点要去除的物质是悬浮物固体,图3是金属纤维PTFE微孔覆膜过滤装置对对含油污水中悬浮物固体的去除效果。

图3悬浮物的去除效果

由图3可知,污水中的悬浮物含量有一定的波动,而在经过金属纤维PTFE微孔覆膜过滤装置过滤以后出水悬浮物颗粒含量基本上都在1mg·L-1以下,符合中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T5329—2012《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》中规定的最优水质标准,即悬浮物含量<1mg·L-1。对悬浮物颗粒的去除率高于90%,过滤后出水悬浮物颗粒含量相对稳定。说明金属纤维PTFE微孔覆膜过滤装置对悬浮物有显著的截留效果,可以灵活适应较大的变化工况。

2.3粒径中值

悬浮物颗粒的控制除了其含量外,对于其粒径亦至关重要。悬浮物颗粒含量达标而粒径过大对回注效果影响也是不容忽视的。表2是金属纤维PTFE微孔覆膜过滤装置过滤前后水质颗粒状况。

表2悬浮粒径分布

从表2的试验数据可知,金属纤维PTFE微孔覆膜过滤装置可去除含油污水中大部分中值粒径大于2μm的悬浮物颗粒。过滤后的净化水中悬浮物颗粒粒径中值为2.311μm,未能符合中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T5329—2012《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》中规定的最优水质标准,即悬浮物颗粒中值粒径小于1μm。

2.4讨论

(1)过滤后的净化水中悬浮物颗粒粒径中值为2.311μm,并不能说明过滤后的净化水水质不能满足低渗透油田回注要求。由于粒径中值是一个相对的数值,粒径大于某一指定数值的颗粒数目的真实值不能很好的被体现出来[3]。此外用于回注的过滤后的净化水中悬浮颗粒是否堵塞地层应与粒径大于某一数值的颗粒数目密切相关,而不仅取决于其颗粒粒径。

从过滤前后的颗粒总数的变化可知,95%以上的悬浮物颗粒得以去除,分析的过滤前水样颗粒总数为5889个·mL-1,而过滤后仅有187个·mL-1。在大部分悬浮物颗粒得以去除的情况下,悬浮物颗粒直径中值大于1μm,造成这一现象的原因主要有:(1)可能与送检水样中悬浮颗粒的团聚有关;(2)由于处理后水样中的颗粒总数很少,环境中灰尘的污染会对测量带来很大的误差;(3)实际采油废水中含有大量的二价铁离子,在取样和分析时水样与空气中的氧气接触,二价铁离子被氧化成三价铁离子,进而发生水解反应产生沉淀,导致出水悬浮物含量和悬浮物颗粒直径中值偏高。

我国各油田的实际注水经验表明,颗粒粒径大于2μm的悬浮物颗粒总数不超过1×104个·mL-1时,对于低渗透油田的地层伤害甚微。金属纤维PTFE微孔覆膜过滤装置过滤后净化水样中悬浮物颗粒粒径中值为2.311μm,颗粒总数为187个·mL-1明显在1×104个·mL-1以内,可以满足低渗透油田回注标准。

在进行过滤后的水样进行悬浮物颗粒粒径检测时,发现悬浮物颗粒的粒径中值为2.311µm,没有达到石油天然气行业标准SY/T5329—2012《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》中关于悬浮物颗粒中径≤1µm的规定,但是95%的较大颗粒数目均被去除了。“粒径中值”是一个相对值,影响较大的主要是大颗粒。因此,大于粒径中值的真实颗粒数目不能客观的被体现出来。回注水中悬浮物颗粒粒径大于指定数值的颗粒数目与地层堵塞也密切相关。因此,建议在回注水推荐标准中增加颗粒数指标。

(2)当进水油含量质量浓度平均≤40mg/L,悬浮固体质量浓度平均≤30mg/L时,采用金属纤维聚PTFE微孔覆膜过滤装置,过滤通量≤3m3·m-2·h-1时,经膜孔径5μm的滤芯过滤装置处理后出水的油含量和悬浮物固体含量平均值,均符合华北油田回注水水质要求,即:油含量≤5.0mg·L-1、悬浮固体含量≤1.0mg·L-1。

(3)选用膜孔径5μm金属纤维PTFE微孔覆膜滤芯进行过滤,膜通量≤3m3·m-2·h-1的条件下,无论是用于一级过滤,还是用于二级过滤均能稳定运行。要保证金属纤维PTFE微孔覆膜过滤装置稳定运行且出水达到华北油田要求的水质标准,需控制前处理工艺保证进水水质。

3结语

(1)覆膜烧结金属纤维滤芯过滤后净化水经中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司检测,测得油含量≤5mg·L-1,悬浮物固体含量≤1mg·L-1,达到油田回注水标准(SY/T5329—2012)最优标准。

(2)采用金属纤维PTFE微孔覆膜过滤装置处理华北油田采油废水,技术上可行。选用过滤面积为0.1~0.2m2和膜孔径5μm金属纤维PTFE微孔覆膜滤芯,作为油田采油废水处理工艺中的一级或者二级过滤装置使用。

参考文献

[1]孙先长,万涛,罗云.油田采出水处理新技术与新工艺[J].工业水处理,2010,05:19-22.

[2]李刚,高鑫堂,李克青.混凝和微滤膜组合工艺处理稠油污水的研究[J].膜科学与技术,2011,01:89-93.

[3]徐俊,于水利,贾凌志.等.改性聚偏氟乙烯超滤膜深度处理采油污水[J].中国给水排水,2010,01:74-76.

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