業界通常將油層儲層滲透率低、豐度低且單井產油能力較差的油田稱為低滲透油田。該類油田在我國分布廣泛，其總儲量占我國全國油田總儲量的四分之一。隨著我國油田的采油工作普遍進行第二、三階段，該類型油田的開發比例正處于逐年上升狀態，2018年改類型油田開發比例占總開發比例的40%以上。針對低滲透油田的開發優化工作成為現階段我國油田開發工作中的重點。

油田采出水指的是，利用脫水轉油站對油田采出液進行脫水和脫鹽處理后所得的廢水。我國油田每年約產生近7億噸的油田采出水，其中的絕大部分需回注地層。然而，經脫水轉油站初步處理得到的廢水中含有較多的細菌、破乳劑和懸浮物等，且通常具有較高的溫度，需要通過陶瓷膜等材料或技術進行二次處理。膜分離技術是當下全球范圍內進行采出水處理工作主要使用的技術和方法，通過膜類材料對脫水轉油站排水的廢水進行處理，能夠有效保證采出水的質量及注水壓力，不會堵塞油層孔隙孔喉。

研究根據實際生產中的經驗及實驗，對采用陶瓷膜超濾技術的油田采出水工藝進行了優化，得到了優化后的參數，可供其他同行業工作人員參考。

1 陶瓷膜技術簡介

通過特殊的加工工藝，將無機陶瓷材料（主要有ZrO₂、SiO₂等）加工成一種呈管狀且管壁密布微孔的不對稱膜，這種膜能夠保證一定大小的物質通過，從而對液體中的其余物質進行攔截，達到對某類液體進行分離、提純的目的。這一技術被人們稱之為陶瓷膜超濾技術。陶瓷膜超濾技術由日本某企業引入中國市場，目前已廣泛應用于生物、食品、藥物、石油化工等行業。

陶瓷膜材料用于處理低滲透油田采出水的優勢主要有：

（1）得益于其優秀的親水憎油特性，陶瓷膜在對油田采出水進行過濾的工作中能夠有效防止幾類物質的污染。

（2）由于該類材料具有極其穩定的化學特性，不會與強酸、強堿或強氧化性試劑發生化學反應，因此能夠被改類清洗劑清洗。

（3）陶瓷膜本身具有較高的機械強度，能夠應對高溫狀態下的采出水以及高壓清洗氣體。

（4）經過陶瓷膜進行超濾后的采出水擁有良好的水質，能夠滿足較為嚴格的政策標準要求。

（5）采用陶瓷膜為過濾材料的過濾裝置通常具有壽命長、產地面積小且不需要過多配套設施的優勢。

2 陶瓷超濾膜工作流程

超濾膜的工作方式通常有兩種：

（1）錯流過濾，該方法能夠有效降低陶瓷膜表面出現濃差極化效應，從而保證濃水循環能夠一直處于大比例狀態。

（2）死端過濾，該方法主要適用于采出水中所含固體比例較低時的過濾工作。通過實際工作條件下的實驗發現，死端過濾工作會較快造成陶瓷膜表面通量的下降，且由于該方法易造成清洗難度的提升，固本研究采取錯流過濾形式對采出水進行處理。

利用脫水轉油站對油田采出液進行處理后得到原水，左側為普通采出水處理流程及主系統，右側為使用了陶瓷膜技術的二氧化鋯陶瓷超濾膜組處理實驗流程。循環泵是實驗組流程中的能耗較大的環節或部件，其理論值基本等于循環流量×工作壓力。對于某固定油田采出水處理管道阻力系統來說，其工作壓力數值的大小主要取決于原水在系統中的流速或流量。因此，流程優化工作的主要參考標準為原水循環流速以及排污比例，值越高則系統處理效率越高。

3 陶瓷超濾膜反沖洗方式與工藝優化。

錯流過濾方式能夠有效降低陶瓷膜表面出現濃差極化效應。然而，隨著過濾工作的進行，陶瓷膜的表面仍不可避免地形成一層凝膠層，此時需要針對表面凝膠層進行反沖洗，從而使陶瓷膜恢復正常通量；系統長期工作后，陶瓷膜表面與膜內部的孔道中會逐漸因為污染物的聚集而形成垢層，此時則需要通過對垢層進行化學清洗，從而使陶瓷膜恢復正常通量。

經實驗組長期運行與觀察可知，陶瓷膜的有效通量值在該膜運行很長一段時間后會出現明顯降低，即便經過多次沖洗也無法改善。其主要原因在于，當系統進行過較多次數的反沖洗行為后，管道內的反沖洗用水會因為長期接觸壓縮空氣而形成飽和溶液。飽和溶液中的溶解性氣體在進行陶瓷膜的內孔道后，會因為壓力的降低而釋放，形成孔道氣栓，阻礙了系統原水流通，降低了管道通量，為應對反沖洗過程中造成的孔道氣栓，在反沖洗罐內設置一種價格低廉、運行可靠的氣動脈沖裝置，該裝置能夠保證在對模組進行反沖洗時不會將壓縮空氣滯留在陶瓷膜孔道中。經過長時間運行實驗，反沖洗周期控制在一小時左右，遠遠超過過去90s的反沖洗周期。同時，膜通量的衰減控制在了9%以內，通過反沖洗后可恢復99.5%以上。

4 陶瓷超濾膜工作參數優化

4.1 循環流量與流速

陶瓷膜進行采出水過濾的過程中，無機物垢層的生長速度小于有機物垢層的生長速度。采用提高流速或使用堿洗的方式能夠有效抑制有機物垢層的生長，使之處于一穩定低值。通過長期實驗觀察，以膜通量衰減程度20%為基準，對不同循環流量下對應的有效工作周期進行記錄，當流量達到855m3/h以上區間時，膜表面流速穩定在5.0m/s；堿洗周期穩定在155～185h范圍內，可獲得較佳濾除效果。

4.2 排污比例

排污比例數值的大小直接決定了對應的濃縮倍數的數值和能耗，采取錯流方式進行超濾時，排污比例與濃縮倍數、能耗等成反比，且排除的濃水量越大系統工作壓力越小。然而，隨著排除濃水量的不斷增加，工作主線的處理負荷也會不斷增加，因此，需要找到流量平衡點，既能保證獲得較佳排污量，又能使工作主線處的處理負荷不過高。經長時間實踐觀察，發現當排污量數值為8m3/h以上時，系統工作周期穩定，排污比例為22%，原水回收率為78%。

5 存在的問題及今后改進方向

國內外關于使用陶瓷膜對低滲透油田采出水進行超濾處理的研究已經進行了多年，本研究基于國內外學者理論研究和實際實驗，對超濾處理系統和流程進行了改進。改進后系統超濾效果良好，運行較為穩定，但仍存在以下問題。

5.1 處理規模問題

該系統處理規模達650m3/d～850m3/d，距離理想處理規模1000m3/d尚有一段距離。

5.2 成本問題

系統從設計到運營總成本在180萬元左右，對于我國每年近7億噸的油田產出水處理量來說，成本太高。

6 結語

本研究選擇陶瓷膜進行油田采出水超濾工作的主要材料，能夠滿足目前較為嚴格的含油量5mg/L、懸浮物1mg/L、懸浮物粒徑中值1μm的5.1.1環保要求。通過幾年的實踐實驗，開發出一套能夠處理650m3/d到850m3/d的半生產型陶瓷膜超濾實驗裝置，通過在裝置中添加氣動脈沖裝置有效控制了陶瓷膜的衰減，提升了系統工作效率。同時得到了該系統處理低滲透油田采出水時的較佳參數：膜表面流速控制在4～5m/s；排污比例較佳設定值為22%左右。