近年來，我國大部分油田采用注水方式采油，且大都已進人高含水期，部分油田采出液含水超過90%。采出水的排放達標問題已經成為困擾油田發展的一大難題。采出水成分復雜，除含有可溶性鹽類和重金屬、懸浮乳化原油、固體顆粒和硫化氫等天然物質外，還含有化學添加劑，以及注入地層的酸類、除氧劑、殺菌劑、防垢劑、潤滑劑等。采出水經處理后，或作為注入水直接回注地層，或作為熱采鍋爐給水，或直接外排。

傳統的水處理方法雖然各有其優點，但蒸餾法是水處理中的最昂貴的處理方法，正在被一些新的技術取代;機械分離法通常不能單獨使用;化學處理法處理效率不高，反應產生的副產品還可能對環境有害;離子交換處理法的處理容量又受到所使用的樹脂限制，并需要特定化學試劑再生：活性炭法則無法去除細菌和微生物，處置不當還會對環境產生危害。

而膜分離是以選擇性透過膜為分離介質，在兩側加以某種推動力時，原料側組分選擇性地透過膜，從而達到分離或提純的目的。膜分離的基本原理非常簡單。污水經壓力驅動通過親水多微孔的膜表面，只有水可以透過膜，其余具有較大分子雜質將被截留。膜分離過程不發生相變，且是在常溫下進行，適用范圍廣，可適用于無機物、有機物，從病毒、細菌的廣泛分離，到許多特殊溶液體系的分離。由于膜分離是一種物理過濾過程，故不會產生副產物。膜分離法分離裝置簡單，操作容易且易控制，便于維修且分離效率高，與常規水處理方法相比，具有占地面積小，處理效率高等特點。最為重要的是膜分離可以使污水中有價值的成分實現再利用和循環利用，如油、化學物質和一些營養物質。這不僅對環境沒有任何危害，而且意味著真正意義上的節約或效益增長。

1 膜法水處理技術在油田上的應用

用于水處理的膜，按材質分，有無機膜和有機膜：按原理分，有微濾膜、超濾膜、反滲透膜和電滲析膜等。所選膜的種類與采出水的性質和處置目的有關。其中微濾、超濾和反滲透是以壓力差為推動力的。根據被過濾物質質點的大小分，反滲透膜一般只允許溶劑粒子透過，而其中的小分子、大分子及微粒不能透過。超濾膜可允許溶劑粒子和小分子透過，而大分子和微粒不能透過。微濾膜則只能阻止微粒的通過。

1.1 微濾膜技術

微濾膜具有孔徑均勻、空隙率高和濾材薄的特點。平均孔徑為0.45μm的濾膜，其孔徑變化范圍在0.45±0.02μm：微濾膜表面的微孔約10⁷-10¹¹個/cm²的濾膜，空隙率可達80%左右;大部分微濾膜的厚度都在150μm左右。因此，微濾膜具有濾速快、吸附少和無介質脫落等優點。

當地層很致密、滲透率很低時，要求水中懸浮物含量很低（有時要求小于1mg/L），并且要求控制顆粒直徑（小于2μm），為保證水質，用得較多的是一種折疊式微孔濾膜濾芯，用作注水進口過濾器。這種膜采用將濾芯的一端封死，過濾介質由外進內出或由內進外出的方式過濾，這種濾芯式過濾器國內外都有生產，國外早在20世紀80年代就大量用于處理采出水，其規格有5μm、4μm、3μm、1μm和0.45μm等系列產品。國內的桂林過濾器廠、江漢機械研究所等進行了此類濾芯的研制，并在大慶、勝利等油田進行了試用。但這種濾芯易堵塞、費用高，在國內油田目前已被淘汰。

美國在1991年前后研究了一種無機陶瓷微濾膜處理采出水用于油田回注6。在路易斯安娜、墨西哥灣的海上及陸上油田進行小規模生產試驗。濾膜材質為具有不規則微孔的α-鋁釩土，商品名稱為“麥伯萊勞克斯”（Membralox），由法國生產。膜濾器外部為六邊形支撐柱體，單體長0.85m，內有19個平行的圓形通道，濾膜附著在通道內壁，膜厚度為30～50m，微孔孔徑為0.2-0.8μm，單元過濾面積為0.8m²。進入試驗流程的采出水先進行化學藥劑和沉降分離常規處理，出水含油7～583mg/L，經試驗流程處理后指標為10mg/L。對溫度、壓差、膜面流速、孔徑等參數對過濾效果的影響，預處理與壓差關系、膜清洗及運行方式等進行了試驗研究。

我國谷玉洪等人用陶瓷微孔膜處理油田采出水進行試驗，結論：陶瓷膜處理的油田采出水效果比較明顯，處理后粒徑小于1μm，懸浮物小于1mg/L，含油小于3mg/L，可用于低滲透油田注水，但是存在的主要問題是制造成本較高、膜污染清洗困難。

1.2 超濾膜技術

超濾的分離原理是對料液施加一定壓力后，高分子物質、膠體物質等被超濾膜阻止，而水和低分子物質通過膜。超濾膜比起微濾膜，其孔徑相對要小，在0.07-0.7MPa的壓力下工作時，用于分離直徑在10μm以內的分子和微粒。

勝利油田“八·五”后期開發的中低滲透油田占25%，而一些油田注人層滲透率遠小于中國石油天然氣總公司規定的低滲油田指標，需要向油田注入水。黃河水是勝利油田的主要水源，水中含有大量的懸浮顆粒，不能滿足注入水的要求，他們采用聚砜中空纖維超濾裝置處理黃河水，處理后的水質達到注入水水質要求。由于處理水水質好，單井注水量增加，注人壓力穩定，產油量增加，與注水前相比，一些油田的動液面回升330m，日增產原油56t。

1994年Santos用管狀超濾膜對不同水質的油田采出水進行了試驗，實驗處理后的水質遠低于標準，但是超濾膜通量的變化較大，一般規律還需要進一步確定，對于某一特定的采出水要進行中試實驗才能確定其可行性。

1998年中國科學院生態環境研究中心王靜榮等人采用中空纖維超濾膜處理油田含油污水。結果表明：采用中空纖維超濾膜處理油田含油污水，溫度為55℃，進口壓力為0.16MPa，出口壓力為0.08MPa，含油水水通量可達15～25mL/（cm²·h），可除去水中大部分油、懸浮物、其它小分子雜質、鹽等物質，透過液清澈透明，為超濾法處理油田含油污水提供了基礎數據。

近年來新型超濾膜的研制是超濾研究的一個熱點，這些新型超濾膜克服了化學穩定性差、pH值適用范圍小等缺陷，主要有：聚氯乙烯-聚丙烯腈膜、熒光塑料膜、以多孔陶瓷為支持物的聚合物膜、聚砜-聚酮膜。

1.3 反滲透技術

反滲透也稱為超濾，但嚴格說來又區別于超濾。首先，兩者的操作壓力有很大不同：反滲透需要高壓，一般為1～10MPa，超濾只需低壓，一般為0.1～1MPa。其次兩者分離質點的范圍不同，超濾分離的是溶質相對分子質量大約100～500萬、分子大小約30～10nm的高分子;反滲透能夠分離的是只有零點幾nm大小的無機離子和有機小分子。由于反滲透膜在高壓情況下只允許水分子通過，而不允許鉀、鈉、鈣、鋅等離子及病毒、細菌通過，所以它能獲得高質量的純水。

反滲透裝置第一次大規模應用于油田采出水處理的是美國加利福尼亞的圣泡斯廢熱電站。其水處理裝置包括除油、澄清、過濾、反滲透脫鹽裝置，處理后的水用于電站鍋爐給水。這套水處理裝置成功地將含鹽3000mg/L，硅6263mg/L，油3.5mg/L，總有機碳（TOC）16～23mg/L的采出水處理到鍋爐用水水質。

1993年美國的F.T.Tao等人在SanArdo油田采用化學澄清、調節pH值、浮石過濾器、沸石軟化器、弱酸離子交換器、反滲透、好氧生物處理以及鈉吸收裝置等一系列處理后，可將采出水轉化為清水，反滲透系統處理規模為27m³/d。中試研究發現，Sa-nArdo油田采出水在低pH（5～7）條件下極不穩定，反滲透膜很快就被污染，濾后水在很短的時間內變黃。將pH值提到10.6～11后，解決了反滲透膜的污染問題，回收率為75%，運行45d，膜污染速率幾乎為0，采出水處理后達到加利福利亞飲用水標準。國內也有專利報道，將鹽析和反滲透結合起來處理乳化油廢水，效果良好。

1.4 電滲析技術

電滲析（ED）技術是將陰、陽離子交換膜交替排列于正負電極之間，并用特制的隔板將其隔開，組成除鹽（淡化）和濃縮兩個系統，在直流電場作用下，以電位差為推動力，利用離子交換膜的選擇透過性，把電解質從溶液中分離出來，從而實現溶液的濃縮、淡化、精制和提純。

加拿大環境廢水中心自1990年開始，采用電滲析處理油田采出水，進行了一系列的小型試驗，并解決了擴大規模中試中的膜污染和處理高溫采出水兩大問題。

國外Seybold A等人還報道了一種采用GAC-FBR（活性炭生物流化床反應器）新工藝處理近海油田采油廢水的流程。該技術主要是為滿足日益嚴格的廢水排放標準特別是零排放標準而由美國的BDM石油技術公司和氣體研究所共同完成的，目前該技術已進行了中試放大試驗。在美國的墨西哥海灣油田采油廢水排放標準規定日最高油含量不超過42mg/L月平均不超過29mg/L采用該技術能完全達到，甚至可達到更嚴格的排放指標即日最高油含量不超過0mg/L這種流程由油水分離器、絮凝、氣浮、GAC-FBR、電滲析等單元組成。

任丘油田為解決采出水排放問題，華北油田設計院為處理任一聯及任二聯采出水進行了現場試驗，采用電滲析方法將采出水處理到農灌標準。

2 結論

膜分離由于具有處理效率高、工藝流程短、易控制、使用靈活、膜分離水廠占地面積少，生產可實行自動化等特點，可以獲得以往傳統處理工藝從未達到的、穩定可靠的潔凈水質。因此，膜分離的研究和應用逐漸成為給水領域的熱點，被稱譽為“21世紀的水處理技術”。

膜分離技術作為一種有效的分離手段，其試驗和應用結果都能夠達到油田的各種特殊要求，但是，由于油田采出水水質復雜，單一的一種膜技術并不一定能夠解決各種水處理問題，因此，在實際應用中通常將不同的膜技術進行組合使用，如微濾與反滲透的結合，超濾與反滲透的結合，及反滲透與電滲析的結合使用等，這樣往往可以發揮各自的特點，取得更大的技術和經濟效果。同時膜技術與常規的水處理技術聯合使用也是不可忽視的，這樣可發揮它們各自的優勢，使處理效果提高，而處理成本則大大下降。在研究水處理工藝時，將各種膜分離技術的相互配合使用，以及膜技術與常規水處理技術的聯合使用是十分重要的，也是今后開發新型水處理工藝的一個重要方向。

采用膜技術處理采出水，可以從根本上控制懸浮物的粒徑，雖然膜污染等問題限制了膜產品的利用，但是還是可以通過化學方法和物理方法來防止膜的污染，例如：原料液預處理、采用復合膜手段復合一層分離層、膜面攪拌、反向沖洗法、增大膜面流速和提高膜的移動速度等方法。隨著對膜分離技術的深入研究、開發具有抗污染特性的功能性膜，以及研制高效、抗污染膜組件，膜法水處理的技術潛力必然會成為油田水處理研究的一個重要的發展方向。