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後期，油層壓力隨著開采時間的延長是逐漸下降的，當油層的壓力下降到低於油氣的飽和壓力之後，溶解在油中的天然氣在油層內就會大量的遊離出來，油井產量明顯下降，油氣比上升，地下原油性質發生變化，導致粘度增加和流動困難，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定或者上升，達到油井高產穩產、提高最終采收率的目的。現有我國的各油田大多采用注水采油開發方式，而且為了提高後續開采效率，在油田處於旺盛期就開始注水。但是在注水采油過程中，注入地下補充地層壓力的水和原油一起產出，經過油水分離後，還會產生大量的油田廢水。這就需要進行精細處理後再回注。

目前我國大部分油田己進入石油開采的中期和後期階段，采出液中含水量為70-80%，有的油田甚至高達90% ，而且隨著開采時間的增加，含水量也不斷增加，因此在我國油田所產生的廢水量非常巨大。如果把如此大量的采出水直接外排，將造成非常嚴重的環境汙染問題，同時又浪費了寶貴的水資源。如果把含油廢水處理後，重新回注地層，以補充地層的壓力，不僅可以避免環境汙染，而且節約大量的水資源。對含油廢水進行處理並回注是油田實現可持續開發和提高油田經濟效益節約成本的一個重要途徑。

2現存主要問題

1 現有回注水處理工藝大多為：核桃殼+石英砂或核桃殼+一級石英砂+二級石英砂過濾工藝，隨著采油技術的發展，例如化學驅油，三元共驅工藝的實施，水中聚合物含量升高，現有的設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有攪拌器，目的在於對因油而兒粘連的濾料進行分離，但實際效果並不理想，對懸浮物和油的截留效果均有待提升。

3 正因為上述問題，現有處理設備已經越來越難以滿足設計要求，並不是設備不好，而是進水的水質變差了，而出水要求仍然不變或更高了。隻有更新換代才能滿足更高的技術要求。

4 由於產油中水的比例越來越高，有的已經高達90%，因此原來設計的老設備不但技術要求達不到，產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場過濾效果取樣，三級過濾工藝，進入第一級過濾之前加絮凝劑，第一級為核桃殼，第二級為石英砂，由於出水效果不符合要求，又增加了第三級石英砂過濾，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微濾技術路線

集成微濾技術包括了：微絮凝+微濾

采用微濾罐適用於物理性水處理，主要功能是去除水中的懸浮物和膠體，對於溶解性物質，例如溶解性含聚水，則單純依靠物理手段還不夠，集成微濾係統指的是：在微濾前麵設置絮凝程序，在水中添加適當的反絮凝劑或破乳劑，其中包括有機，無機，生物和礦物質絮凝劑，針對不同的水質進行複配，將溶解性物質轉變為非溶解性懸浮物，進而通過高精度的微濾罐濾除，而微絮凝則是省略了傳統該工藝中的攪拌池和沉澱池工藝，在管道中加藥直接進入微濾罐。這是針對油田回注水的實際情況而研發的專用設備係統。

4微濾技術創新

一精度範圍

描述

1 從油田回注水的實際處理效果看，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，經濟上難以承受，因此，大麵積應用受到限製。

2 從經濟角度分析，砂濾最便宜，而且由於采用顆粒狀（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，但是過濾精度達不到要求。

3 如果能夠即采用不定型濾料又能夠達到過濾精度的要求，無疑是理想的選擇。

4 超濾的精度小於0.1微米，砂濾的精度大於10微米，微濾的精度介於砂濾和超濾之間，盡管不能完全替代超濾，但是在大部分場合可以滿足技術要求。

二 過濾材料

微濾罐采用了特製的燒結陶瓷，經過多年的大量實踐，發現了這種材料很多特性，對比傳統的不定型濾料，具有無可比擬的技術性能，與本案有關的是：這種材料經過表麵處理與原油不親和。

輕質微孔陶瓷物理性能參數

●主要生產工藝：原料—篩分—配方—高溫燒結（1560度）。

●化學穩定性：可在PH值2-14範圍內穩定工作。

●可在純水中穩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）表麵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，截流的雜質很快堵塞流道，繼續過濾則形成汙泥層，水流穿過逐漸加厚的汙泥層會引起水頭升高或過濾壓力升高，對於實際過濾設備或過濾池的表現就是，反衝洗周期縮短，消耗較大的反衝水耗與能耗。

輕質微孔陶瓷濾料表麵幾乎被可見孔布滿，並且存在許多顯微孔，這些孔徑極易截留雜質，而雜質的滯留並不影響顆粒之間的空隙，因而占用有效流道的時間要比傳統砂濾長很多，也就是反洗周期長。

四 微孔陶瓷過濾截留機理

下圖表示二種不同形式的過濾原理，傳統砂濾實際上是壓力機械阻擋為主，小孔截留大的雜質，過濾精度取決於表層沙粒的大小，例如，過濾罐實際裝填的濾料最小僅為0.5-1.2mm，而采用新型輕質微孔陶瓷節能型微濾的機理是：除了機械阻擋以外，還兼有化學物理吸附，以渣濾渣等複合截留作用。用其製造的過濾設備有如下特點：

● 同比條件下，濾料直徑可以放大1~2個級別，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了反衝洗周期。

● 同比條件下降低了過濾壓降，而降低壓降就是節能，當用於壓力過濾罐時，大部分過濾周期中，進出水表觀壓降幾乎為零，實際壓降0.01Mpa~0.05Mpa。

●由於比重輕（1.1g/cm3）,容重也輕（0.6~0.7g/cm3），因而大大降低了反衝洗能耗，對采用大流量的微濾係統而言，無需專用的反洗水箱及大流量水泵，可不受傳統的水力衝洗原理約束，無需罐頂中心的攪拌器，同比節約80%的反衝洗用水和80%的反洗能耗。

五 微孔陶瓷過濾材料的裝填方式

1 石英砂或多介質濾料一般采用顆粒級配的方式裝填，從下向上自直徑50mm左右鵝卵石直到中顆粒和細顆粒，最後是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於：過濾精度取決於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 采用輕質微孔陶瓷可以有很多優勢，在有效高度內，全部是有效濾層，所有的濾料都是統一直徑，也就是均值顆粒，而且有效濾層可以同比石英砂提高數倍，例如可以達到3—4米，這是石英砂所難以達到的，因為這樣的高度難以進行有效反洗。而輕質微孔陶瓷濾料由於比重輕（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，過濾精度並不是取決於顆粒直徑，而是取決於過濾路徑，水流每經過一個微分層麵則部分懸浮物倍截留，不斷的截留導致截留效果增加。這樣的過濾效果比石英砂過濾精度提高1—2個數量級。可以由石英砂的10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 研發了針對性反衝洗方式，由過去砂濾罐以水為托起濾料的動力，改為以壓縮空氣為動力，而水僅作為排除汙物的載體。反衝洗非常徹底，每次反衝可以使得濾層上下循環一遍。

2 由於濾料的比重僅為1.1g/L，因此即使有效濾層即使高達3米，也仍然可以有效反衝洗和恢複。

5工藝技術特點

1 解決了濾料粘接的老大難問題，現有的核桃殼或石英砂過濾設備，大多在封頭的上麵中心處設有電機攪拌器，意在反洗時通過攪拌減輕濾料的粘接或板結，但是並沒有從根本上解決問題，核桃殼也會逐漸吸附飽和，新工藝技術采用特製的輕質微孔燒結陶瓷濾料，經過特殊的表麵處理，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 針對含聚采出水篩選複配了各種不同係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，然後直接進入微濾罐，沒有中間的攪拌池和沉澱池環節，符合油田的現場特點。

3 新工藝新材料新設備的使用，提高了水質，同比降低了運行費用，例如：反衝洗水耗降低80%，反衝洗電耗降低80%，同比在用的石英砂與核桃殼過濾係統，可以去除配置的反衝洗泵房，節約了占地和投資，節約了大功率水泵的反洗電費，節約了由此產生的管理維修費用。

4 節能微濾與傳統砂濾技術比較

6微濾工藝流程

1 回注水處理一般是精處理階段，在進水的前麵有一係列的前置處理工藝，典型的是大型沉降罐，以使得浮油上浮，因此，進入精處理的水質，一般油和懸浮物為30---50mg/L，但是不穩定，波動的範圍較大。可以波動在100mg/L左右甚至更多。這樣就產生了技術難度，無論添加何種藥劑，都是采用計量泵定量注入，但是如果來水不穩定，則定量的藥劑和不定量的水質混合，其結果是出水指標不穩定，因此，為了保持出水的穩定性，設計了預處理工藝，由第一級微濾係統進行預處理，經過預處理的水質其懸浮物與油的含量穩定，為後期加藥處理提供了良好的技術條件。

2 一號絮凝劑和二號絮凝劑為針對水質而配置，針對含聚水質和其他水質而不同，然後再次經過微濾係統徹底濾除各種懸浮物和析出物，達到設定指標。

3 采用空壓機和產出水進行反洗，反洗出水先進入沉降罐，上清液返回前段繼續參與處理，沉降物則進入壓濾機脫水，脫水前混合廉價粉體，最後壓成可以燒結的固體做為燃料。壓濾機的廢水返回沉降罐或進水端。整體工藝流程設計為清洗汙水零排放。

7微濾產品規格

1 集成微濾係統的設計流速在10—15m/h，流量=流速*濾罐截麵積，最後反應到出水流量也是在一定的範圍之內，流速的高低與進水的水質和出水要求有關。

2 一般選型的原則是：同樣的流量，盡量選擇二台設備，因為出水可以互為反洗水源，不然的話還用另行引入反洗水，這會增加投資和運行管理費用。

主要技術參數

說明：設備係統可以承受高濁度（1000mg/L）進水和高含油量（1000mg/L）進水。出水仍然可維持在上述指標，但是運行費用會增加。

立體圖示

工藝流程