油田回注水
綜述
我國大部分油田已經(jīng)進(jìn)入開發(fā)的中、后期，采出油中的含水量為60～80%，有的油田甚至高達(dá)90%。如果這些含油污水未經(jīng)處理直接排放，將造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，也是水資源的極大浪費(fèi)。因此，對油田采出水必須進(jìn)行處理回用，含油污水常規(guī)處理流程是：
來水 → 緩沖調(diào)儲 → 除油、沉降 → 過濾 → 回注、回用或排放。
緩沖調(diào)儲的目的是對來水進(jìn)行均質(zhì)、均量，也兼有預(yù)處理目的。 除油沉降的目的是去除水中大部分油和懸浮物。 過濾是進(jìn)一步去除水中細(xì)粒徑的油和懸浮物，起到水質(zhì)把關(guān)的作用。
由于回注對含油及懸浮物指標(biāo)要求都十分嚴(yán)格，因此油田含油污水處理工藝中的除油和過濾技術(shù)也就成為整個工藝的關(guān)鍵和難點(diǎn)。
回注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)
（行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo) SY/T—5329—94》）中A2級標(biāo)準(zhǔn)
CODcr≤100mg/ L
油≤6mg/ L
SS≤2mg/ L
PH:6.5-7.5
粒徑中值≤1.5μm
多年來，國內(nèi)外很多專家、學(xué)者對油田注水的深度處理進(jìn)行了廣泛研究。包括采用有機(jī)和無機(jī)材質(zhì)的膜為過濾介質(zhì)的過濾器。有機(jī)膜主要采用中空纖維超濾膜，而無機(jī)膜主要采用陶瓷微孔膜。試驗結(jié)果表明，油田采出水經(jīng)過常規(guī)過濾處理后，再通過膜過濾裝置處理后的水質(zhì)足可以滿足SY/T5329-94《碎屑巖油芷注水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》A1級標(biāo)準(zhǔn)要求。
雖然膜過濾技術(shù)得到專家及用戶一致公認(rèn)，但還有不足之處影響了大規(guī)模推廣，所謂的不足之處主要表現(xiàn)在：
工藝流程不匹配。
第二 選擇的膜性能不適用油田污水的特殊性，如：抗油污能力、耐55℃以上高溫等。
第三 選擇的膜形式不適合油田污水，例如很多試驗用膜均為陶瓷膜、中空纖維膜、和卷式膜，而很少采用有機(jī)管式膜或其他能夠達(dá)到精度的過濾材料。
第四 膜再生性能較差。缺少有效的專用清洗劑，難以長期保持膜通量。
第五 設(shè)備初期投入和運(yùn)行費(fèi)用較高，難以大面積普及。
面對以上問題，解決問題的思路一是正面技術(shù)攻關(guān)，二是采用其他新技術(shù)，因為只要達(dá)到
行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T—5329—94SS，CODcr≤100mg/ L， 油≤6mg/ L ， 特別是 SS≤2mg/ L ，
粒徑中值≤1.5μm，采用任何設(shè)備技術(shù)都是可能的，本公司的節(jié)能微濾技術(shù)和設(shè)備。在微量油和細(xì)小懸浮物方面具有獨(dú)到的技術(shù)優(yōu)勢和性價比。該技術(shù)設(shè)備系統(tǒng)適合回注水終端處理。
問題現(xiàn)狀
回注水主要污染物當(dāng)屬各種油類物質(zhì)，其中有90%以上為懸浮態(tài)油，漂浮物在污水表面，或以微小油珠形態(tài)懸浮于水中，油珠粒徑在10～150μm；這部分油易浮上水面然后刮除；另有5～8%油為乳化態(tài)油，以極小微粒油珠狀態(tài)穩(wěn)定地形成乳化液，這部分油必須經(jīng)過藥劑破乳，才能從水中分離，后有1～20mg/L的油在水中是以溶解態(tài)存在的。如果回注水中油的含量過高，會使回注水的COD增加，可導(dǎo)致回注水的微生物滋生，生物粘泥增多，容易堵塞地層空隙影響采油量。
過濾工藝是油田水處理中廣泛采用的工藝，一般流程中過濾器是油田污水處理后一道除油除懸浮物的重要工序。目前油田普遍使用的過濾器有多層濾料（石英砂、無煙煤）過濾器和核桃殼過濾器等。核桃殼過濾器除油效果相對較好，但是控制懸浮物能力較差，多層濾料過濾器比核桃殼過濾器控制懸浮物能力好，但除油效果不佳，核桃殼、煤、石英砂等顆粒濾料存在一些共同的缺點(diǎn)：
● 難以滿足低滲透油田回注水對懸浮物含量及顆粒直徑指標(biāo)的控制要求
● 由于粒度小（為0.6～1.5mm之間）易破碎，反沖洗時易流失，需要經(jīng)常補(bǔ)充濾料。
● 對于稠油污水及原油中瀝青和膠質(zhì)含量較高的采出水，以上濾料容易出現(xiàn)板結(jié)問題，常使過濾設(shè)備難以正常進(jìn)行。
油田用戶期待著有更好更經(jīng)濟(jì)更有效的除油除懸浮物的設(shè)備系統(tǒng)。
問題分析
縱觀上述問題可以分析出；
◎濾料的材質(zhì)（核桃殼，石英砂，無煙煤），
◎濾料的顆粒大小，
◎過濾精度，
◎除油效果，
◎反沖恢復(fù)能力，
◎濾料流失，
◎濾料板結(jié)，
這幾個關(guān)鍵因素相互聯(lián)系又相互制約，同時還相互矛盾，很難找到同時解決所有問題的方式，例如，為了提高過濾精度，過濾材料的粒徑必須小（直到0.5mm）， 但是越細(xì)小就越容易流失和板結(jié)，越難以承擔(dān)含有一定膠體的水質(zhì)，核桃殼雖然過濾精度不夠但是除油效果優(yōu)于石英砂和無煙煤，還不能去除這一工藝。長期以來人們做了大量的科學(xué)研究工作，分別取得了不同的技術(shù)進(jìn)步，例如，采用微濾膜甚至超濾膜進(jìn)行過濾，滿足了出水懸浮物的要求，但是隨之帶來了較高的預(yù)處理技術(shù)要求，以降低膜組件承擔(dān)的截留膠體和油的工作強(qiáng)度，隨之是如何解決膜堵塞，膜清洗，膜恢復(fù)，維持膜通量，降低投資，降低運(yùn)行費(fèi)用，延長膜組件壽命等一系列問題，這似乎選入了一個怪圈，解決了一個問題卻多出了更多問題。看來還應(yīng)該在技術(shù)路線上開拓思路，而思路決定出路。總結(jié)上述各種過濾方式的優(yōu)點(diǎn)可以看出：
1 核桃殼的比重1.2—1.4 g/c m³, 比重比石英砂多介質(zhì)（2.6 g/c m³）輕，因而容易反沖洗或者反沖洗節(jié)能節(jié)水。
2 石英砂多介質(zhì)稱之為不定形濾料，比較微濾膜超濾膜雖然過濾精度低，但是不需要經(jīng)常藥劑清洗，不存在膜通量的下降或定期更換，投資和運(yùn)行費(fèi)用低。
3 微濾膜過濾精度可達(dá)到0.1—0.5微米，超濾膜可以達(dá)到0.1---0.01微米，過濾精度完全滿足回注水對懸浮物的要求（懸浮物顆粒中徑1.5微米），但是投資和運(yùn)行費(fèi)用比砂濾要高得多。長期使用面臨著水通量的衰減難題。
總結(jié)上述各種過濾器的優(yōu)點(diǎn)集合在一起，希望有這樣的過濾設(shè)備：
1 過濾材料比重輕，容易反沖洗，反洗節(jié)能節(jié)水。
2 屬于不定形濾料，反洗容易恢復(fù)流量，減少更換率濾材。
3 精度達(dá)到0.1微米，滿足過濾懸浮物和吸附截留水中油的需要。
山東循江節(jié)能科技有限公司的節(jié)能微濾系統(tǒng)具備了上述的各項特點(diǎn)，
1采用了輕質(zhì)微孔復(fù)合材料，比重控制在1.1---1.2 g/c m³，比核桃殼濾料還輕。
2 濾料平均粒徑3mm,表面多微孔，是一種新型的不定形過濾材料。
3過濾精度可以達(dá)到0.1微米，接近了管式微濾膜或超濾膜精度，完全滿足回注水要求。
節(jié)能微濾系統(tǒng)已經(jīng)在很多行業(yè)進(jìn)行了推廣應(yīng)用，效果顯著。
技術(shù)線路
一 除油技術(shù)路線
回注水處理終端采用核桃殼過濾除油已經(jīng)很普遍，吸附效果隨著時間的延長會逐漸降低，因為總有吸附飽和的時候，盡管不理想也還在用，主要是沒有突破性技術(shù)創(chuàng)新，水處理終端的油含量已經(jīng)很少，但又難以去除，因為大多細(xì)小且與水混合在一起，之所以采用核桃殼主要是利用其吸附特性，從水中吸附油污粘泥懸浮物，實(shí)際上是希望將水和油分離開，或者說是將二種液體分離開，將其中小部分的液體-----油吸附濾除，為了維持吸附特性，科技工作者和使用者都在研究各種新的脫附清洗再生方法，以其延長核桃殼的使用壽命。
我公司的科技人員提出；能不能換一種思路或者技術(shù)路線呢？將現(xiàn)在的油水分開轉(zhuǎn)變固液分開，因為固液分離的難度遠(yuǎn)小于液液（油水）分離的難度，具體實(shí)施的技術(shù)路線是：將經(jīng)過特殊加工的復(fù)合絮凝劑，以添加絮凝劑的方式混合在回注水中，利用復(fù)合絮凝劑的親油和吸附性能，將水中的油吸附集合成油污，然后濾除。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是：
1 對濾料的要求降低了，只要求過濾功能，忽略吸油性能，因而具有可操作性。
2 通過水反沖洗可以完全恢復(fù)性能，不必考慮傳統(tǒng)的再生或藥劑清洗。
3 除油效果穩(wěn)定且持久，去除效果不依賴于濾料的吸附飽和，僅與添加的超細(xì)粉數(shù)量有關(guān)。
二 除懸浮物技術(shù)路線
添加的復(fù)合絮凝劑平均中徑小于1微米，添加混合在水中后，水質(zhì)SS大于100mg/L，濁度大于100NTU，這樣的條件進(jìn)入目前普遍應(yīng)用的多介質(zhì)過濾罐顯然是不可行的，因為多介質(zhì)過濾罐一般進(jìn)水濁度均在5NTU左右，提高進(jìn)水濁度會導(dǎo)致出水不合格或者短時間內(nèi)堵塞濾層。因此，選用了我公司的節(jié)能微濾罐，這種微濾罐過濾精度可以達(dá)到0.1微米，容許進(jìn)水SS數(shù)值高達(dá)1000mg/L， 但是出水仍然可以達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。這種工藝參數(shù)的設(shè)計實(shí)際上帶來了更多的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，容許高進(jìn)水濁度，意味著可以不經(jīng)過預(yù)先處理或者沉淀工藝，因此，本 工藝設(shè)計中沒有傳統(tǒng)加藥過程中的攪拌池，沉淀池。在提升泵前加入復(fù)合絮凝劑后直接進(jìn)入微濾罐，大大降低了投資或運(yùn)行費(fèi)用。這一特性還特別適應(yīng)油田的移動特性，一套設(shè)備可以裝在移動平臺上任意拖動，更換油井繼續(xù)工作。
三 合二為一的技術(shù)路線
核桃殼+多介質(zhì)的技術(shù)路線，實(shí)質(zhì)是以核桃殼為多介質(zhì)的預(yù)處理，核桃殼過濾罐用于除油和除一定的懸浮物，而多介質(zhì)作為終端除懸浮物的終端設(shè)備，除油則是次要的。當(dāng)采用新型的投加復(fù)合絮凝劑+節(jié)能微濾工藝后，可以將此前的核桃殼+多介質(zhì)二級過濾工藝合并為一級過濾，二套系統(tǒng)改為一套系統(tǒng)，簡化了工藝流程，減少了占地面積，降低了投資，降低設(shè)備運(yùn)行的管理費(fèi)用。
核桃殼與多介質(zhì)過濾器都要進(jìn)行反沖洗，由于石英砂的比重大，因此要消耗較大的反洗水耗和能耗，一般反洗水量約占產(chǎn)水量的5---7%。技改后只有一套微濾罐，反沖洗主要依靠氣體，反洗水僅為產(chǎn)水的0.5%，經(jīng)過處理后可實(shí)現(xiàn)反洗水零排放，采用反洗排污快速沉降罐濃縮含油污泥，污泥可以自然風(fēng)干也可以適度擠壓后衛(wèi)生填埋，還可以燃燒后粉體回用，至此實(shí)現(xiàn)了反洗水量排放，污泥回用零排放。
核桃殼的出水含油量很大程度上取決于濾料的新舊老化或吸附飽和程度，而新工藝出水含油量僅與添加的復(fù)合絮凝劑數(shù)量有關(guān)，而添加量是可以精確控制的，只要超過一定的量，出水含油量則一直會保持穩(wěn)定。
節(jié)能微濾的過濾精度可達(dá)到0.1微米，遠(yuǎn)高于普通砂濾，因此實(shí)現(xiàn)徹底去除懸浮物，確保回注水SS≤2mg/L。
前文提到采用微濾膜效果也很好，但是卻帶來一系列新的問題，那么采用節(jié)能微濾會不會也帶來一系列新問題呢？例如：連續(xù)不沉淀的高濁度進(jìn)水能維持正常過濾嗎？過濾精度能夠保證嗎？微濾罐的容垢量如何保證長時間運(yùn)行？反洗周期會不會很短，反沖洗后真能恢復(fù)嗎？特別是不定型濾料怎么可能達(dá)到0.1微 米的精度呢？即使達(dá)到如此精度濾料是不是太細(xì)了？會不會沖出來跑料？會不會把板結(jié)？反沖水這么少能沖洗干凈嗎……等等？由此可能引發(fā)更多的技術(shù)和生產(chǎn)工藝問題。事實(shí)上也確實(shí)存在上述問題甚至不止這些問題。很多看似小問題但是不解決或解決不理想導(dǎo)致了設(shè)備難以正常運(yùn)行，例如：節(jié)能微濾采用輕質(zhì)微孔復(fù)合材料，大的直徑3mm，規(guī)格小的為1mm， 反沖洗采用了氣體可以完全在水中浮起來，這本來是好事，對于排出積累的污泥是好事，但是如何擋住濾料不隨著污水排除呢？一般理解當(dāng)然可以安裝不銹鋼網(wǎng)擋住，但是在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，由于進(jìn)水濁度高，排污也很濃，因此不銹鋼網(wǎng)很快堵塞，幾乎完全不透水，從而使反洗排污難以順利實(shí)施。就是這樣看似一個小問題， 但是導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)難以運(yùn)行，類似的問題還很多。好在已經(jīng)全部攻克了。現(xiàn)在節(jié)能微濾可以在高濁度，高難度，高纖維含量，高溫，含有油墨紙漿石灰粉條件下長期正常工作。
方案實(shí)施
一 工藝系統(tǒng)圖示
說明：
1 來水經(jīng)提升泵進(jìn)入微濾系統(tǒng)，在水泵的進(jìn)口注入復(fù)合絮凝劑，利用水泵葉輪高速攪拌使之瞬間與水均勻混合，水泵的剪切力有利于粉體與油結(jié)合在一起。加入粉體的數(shù)量決定除油的效果
2 泥水混合液不經(jīng)過沉淀直接進(jìn)入微濾罐過濾。調(diào)整流量、壓力或粉體的種類或細(xì)度，可以達(dá)到不同的懸浮物去除率或含油去除率，可分別達(dá)到A3，A2，A1標(biāo)準(zhǔn)。
3 按時間設(shè)定自動反洗，單個罐反洗需要停機(jī)，當(dāng)設(shè)計N+1個罐時，N個罐始終工作可以滿足24小時不停機(jī)。其中會有一個罐定時啟動反洗程序，典型反洗設(shè)計為工作23個小時反洗30分鐘。
4 反洗以壓縮空氣為主作為托起濾料的動力，反洗進(jìn)水為輔用于排出污物的載體。反充氣壓力0.6—0.8Mpa反沖強(qiáng)度：2L/㎡.S。反洗水壓力0.1-0.2Mpa,反洗強(qiáng)度2L/㎡.S。
5 反洗水進(jìn)入配套的錐底沉降罐，沉淀后的上清水返回集水池，錐底污泥可以長時間沉淀濃縮后適當(dāng)處理。
6 污泥含油，可以燃燒后對粉體破碎篩分后繼續(xù)回用，也可以將污泥用一般污水廠通用方式處理。
二 移動平臺式設(shè)備系統(tǒng)
說明：
1 移動平臺式回注水處理系統(tǒng)是將全套設(shè)備系統(tǒng)坐落在一個可以移動的平臺上，用拖車可以任意移動到新的油井，接通電源即可工作。
2 平臺包括微絮凝+微濾設(shè)備系統(tǒng)，污泥沉降罐和污泥脫水設(shè)備，終端形式為袋裝的污泥。
3 平臺可以做成符合交通規(guī)則的外形尺寸，也可以按用戶要求做成大型非標(biāo)尺寸規(guī)格。
4 在實(shí)際工程中可以幾個平臺并列運(yùn)行，移動時則分別進(jìn)行。形成組合形式便于配套流量。
技術(shù)特點(diǎn)
一 關(guān)于技術(shù)路線
將微絮凝+微濾技術(shù)引進(jìn)到回注水除油去懸浮物領(lǐng)域，從回注水品質(zhì)和保證產(chǎn)油量分析，回注水含油和懸浮物越低越好，絮凝+微濾技術(shù)符合這一要求，采用顆粒狀輕質(zhì)微孔復(fù)合材料作為過濾材料，過濾精度可達(dá)0.1微米，但仍保持了不定性濾料的特點(diǎn)，避免了管式微濾膜的弊病。一道工藝可以替代傳統(tǒng)的核桃殼與多介質(zhì)過濾器二道工藝。將傳統(tǒng)的核桃殼吸附微量油的液液分離，改為添加復(fù)合絮凝劑吸油后截留的固液分離。避免了核桃殼吸附逐漸飽和降低除油效率的問題，為回注水的高品質(zhì)提供了技術(shù)保證。
二 吸油措施
研制了具有吸油功能的復(fù)合絮凝劑，在提升泵的進(jìn)口添加，利用高速旋轉(zhuǎn)水泵葉輪（2850轉(zhuǎn)/分）瞬間完成混合攪拌。無需專門的攪拌設(shè)備。由于水和油的比重不同，水泵葉輪的剪切力有利于油水分離和復(fù)合絮凝劑的吸附。
三 高濁度進(jìn)水
加入復(fù)合絮凝劑的水濁度升高到100NTU以上，節(jié)能微濾系統(tǒng)容許不經(jīng)過沉淀直接進(jìn)入微濾罐，比較一般多介質(zhì)罐的要求（≤20NTU）無需設(shè)置預(yù)沉淀設(shè)施，比較管式微濾膜則省略了預(yù)處理系統(tǒng)。
四 高精度過濾
采用不定形濾料——平均直徑3mm左右，但是可以達(dá)到0.1微米的過濾精度，從而確保出水懸浮物平均中經(jīng)小于1.5微米。
五 濾料顆粒尺寸
比傳統(tǒng)多介質(zhì)小0.5mm濾料，節(jié)能微濾的過濾材料可達(dá)到3mm,這樣帶來了更大的孔隙，提高了單位體積的溶垢率，從而延長了反沖周期。
六 高濁度進(jìn)水
節(jié)能微濾系統(tǒng)容許高濁度進(jìn)水，高可承受1000NTU，正因為有這樣的特性，所以省略了傳統(tǒng)工藝中的攪拌池，沉淀池，實(shí)現(xiàn)了泵前混合直接進(jìn)入微濾罐。
七 抗堵塞和板結(jié)
作為不定型濾料，節(jié)能微濾徹底解決了板結(jié)和堵塞難題，這得益于獨(dú)家研制的反沖洗方式和設(shè)備，每一次反沖洗都會非常徹底，過濾材料在罐內(nèi)循環(huán)移位，做到了恢復(fù)設(shè)計流量。
八 控制了濾料流失
不定型濾料容易在反沖洗時產(chǎn)生漏沙，大多數(shù)是由于反沖洗破壞了原始顆粒級配，導(dǎo)致細(xì)小顆粒逐漸移到了填料區(qū)，也有的是長柄濾頭變形導(dǎo)致漏料，一滴水的節(jié)能微濾罐采用的是均質(zhì)濾料，從根本上不存在顆粒亂層問題，同時采用特殊設(shè)計的防止漏砂的結(jié)構(gòu)件。
九 極低的運(yùn)行費(fèi)用
將核桃殼與多介質(zhì)過濾工藝合二為一，降低了投資和運(yùn)行管理費(fèi)用，同比減少了反洗設(shè)備和反洗水量。微濾罐的過濾材料一般不會流失，無需更換，正常工作僅用產(chǎn)水和壓縮空氣反沖洗即可。過濾壓降僅為0.05Mpa甚至更低。同比多介質(zhì)過濾罐，節(jié)能微濾可以節(jié)約80%反沖洗水耗和能耗。同比管式微濾膜，則無需頻繁的藥劑清洗，無需定期更換膜組件，不存在膜通量下降的難題。由于采用了全智能化控制運(yùn)行，因此設(shè)備可以長期運(yùn)行在佳參數(shù)條件下。穩(wěn)定可靠，日常無需人工干預(yù)運(yùn)行。
