脱气膜在海上油田海水注水处理中的应用性探讨 4页

第2卷第5期2015年lO月海洋工程装备与技术OC必lNENGINEERINGEQUIPMENTANDTECHNOLOGYV01．2，No．5Oct．，2015脱气膜在海上油田海水注水处理中的应用性探讨陈子婧，高鹏，窦培举，胡斌(中海油研究总院，北京100028)摘要探讨使用膜过滤和膜除氧工艺处理海水进行回注的新方法，阐述了脱气膜的技术特性，介绍了以膜过滤为预处理的整套海水处理流程，并与传统真空脱氧塔进行比对，总结了此种方法在海上油田海水回注处理上的应用性。关键词海上油田注水；海水处理；超滤膜过滤；脱气膜脱氧中图分类号TE54；TQ085+．47文献标志码A文章编号：2095—7297(2015)05—0296—04StudyonDegassingMembraneApplicabilityonWaterInjectionTreatmentofOf．fShore0ilFieldCHENZi—jing，GAOPeTlg，DOUPei．ju，HUbin(CNOOCResearchbzstitute，Beji?姆100028，Otina)Abstract％studythewaterreinjecfionmethodsofusingmembranefiltrationandmembranedeoxidizationprocess．刃孵technicalcharacteristicsofdegassingmembraneareexpounded，acompletesetofseawater廿eatmentprocess、Ⅳit}lmembranefiltrationasthepretreatmentiSintroducedandcomparedwiththetraditionalvacuumdeaerationtower．T11eapplicabilityofthismethodapplicabilityonwaterreinjectiontreatmentofoffshoreoilfieldiSsummarized．Keywordswaterrejectioninoffshoreoilfield；seawatertreatment；filtration、Ⅳit}lultrafiltrationmembrane；deoxygenation、^ithdegassingmembraneU引舌作为未来最具潜力的石油开采方式，海上石油开采已经成为了我国具有重要战略意义和维护国家海洋权益的重要举措。同时，随着国家对于海洋生态环境的日益重视，海上采油过程中所存在的诸多问题，特别是与水处理相关的技术问题也日益凸显，而其中海一卜．油田注水问题由于关系到海E油田的可持续开采以及海洋污染问题而格外地受到人们的关注和重视。海．卜油田注水开发对于圈闭型油藏是维持或增加地层压力，以保证原油产量的基本手段。目前我国油田的注水水质标准参照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》要求，注水水质应控制含油量、悬浮固体含量、悬浮物粒径中值、含氧量、细菌量等指标。对于海上油田。注入水的水源通常有油田生产水、海水、水源井水3种。其中．油田生产水由于含油量、矿化度和固体悬浮物含量高等原因，使其处理流程较长；开采水源井水成本高且与储层水的盐度相差较大，会引起储层中黏土颗粒的迁移，致使渗流孔堵塞[¨。而海水作为一种最方便且取之不尽的资源，拥有其作为海匕油田注水得天独厚的优势。对于海水的处理主要围绕除悬浮物和除氧展开，但海j二平台的相关处理设备往往占地面积较大，处理效果有限，因此。采用新型技术和手段进行海上油田海水注水处理就变得尤为重要了。膜技术由于其绿色高效、处理水效果可靠、适用性广、设备紧凑占地面积小等特点，近些年来得到了越来越多的重视和运用。本文分析总结了以脱气膜为主的海上油田海水注水处理技术的新方法，以及在海上油田的应用性。1海上油田海水注水及传统处理工艺海上油田对于海水中除悬浮物和除氧的处理工艺如图1所示。海水由海水提升泵提升到平台上，经过粗过滤器初步过滤．再经过细过滤器进一步除去悬浮物，出口设置在线浊度检测及余氯检测。细过滤器采收稿日期：2015—10—08作者简介：陈子婧(1984一)，女，硕士，主要从事海上油气田给排水及消防安全设计工作。\n第5期陈子婧，等：脱气膜在海上油田海水注水处理中的应用性探讨用双介质滤器，占地面积大，操作重量大，处理效果易波动。过滤后的水输送到脱氧设备脱除水中的氧气达到回注标准。目前海上平台采用的设计是真空填料塔脱氧，脱到含氧0．3mg／L左右，由于利用真空达到彻底脱氧是不经济的，所以剩余的少量氧再用化学法脱除，达到注水要求的含氧量0．1t0．05mg／L[2j。脱氧塔高度一般在20m左右，对于海上平台空间有限的条件，需要至少穿一层甲板。给平台布置带来较大的困难。◆雌2脱气膜脱氧系统脱气膜是利用扩散原理将液体中的气体，in-氧化碳、氧气、氨气、氮气去除的膜分离产品(如图2所示)。脱气膜是中空纤维结构，气体分子透过壁上的微孔溢出，不断地由纤维外部的真空泵抽走，并形成一定的负压，而水分子继续在纤维内部流动。这样就实现了水中脱除气体的目的。膜元件中含有的大量中空纤维膜丝，其气液接触面积较大，因此脱气速率与效果都大大提高。目前脱气膜的主要材料是聚丙烯高分子聚合物材料(PP)和聚四氟乙烯高分子聚合物材料(Pn、E)。通过化学清洗去除膜污染。目前此项技术在医疗、制药、半导体／平板、食品加工行业已有应用，经过脱气膜后含氧量可小于10灶∥L。脱气膜具有脱气效率高、出水含氧低的特点，同时系统操作自动化，无需化学品，环保安全，适合海上操作人员有限、安全性要求高的条件。但是中空纤维膜对进水水质有一定的要求，前端应做一定的预处理。图2脱气膜脱气原理Fig．2De．gassingprinciple表1脱气膜对进水水质的一般要求"lhble1Gemralreq山ementofinletwatorford‘髻吲l笔瑚圈llb国m指标要求浊度悬浮物含量(SS)化学需氧量(COD)盐分烃类溶剂类亲水剂≤5NTU≤5mg／L没有明确要求无要求微量O表1为脱气膜对进水水质的一般要求，可以看出，膜对悬浮物含量、溶剂类和亲水剂的含量有明确要求，烃类物质对膜也会有影响。所以海水脱氧前需要根据所处海域的海水水质进行有针对性的预处理。3脱气膜在海水注水处理中的应用性探讨海上某油田进行调整开发，需要海水进行回注。海水回注量约为40000m3／d。回注水质要求：海水中含氧量小于0．02mg／I。，悬浮物含量小于10rag／L。已有平台上目前采用真空脱氧塔进行除氧。下面对脱气膜在海水回注中的适应性进行探讨。油田所处海域海水水质的主要指标如表2所示。表2海水水质数据Table2Seawaterqualitydata\n海洋工程装备与技术第2卷从表中数据可以看出，该海域海水中悬浮物含量稍高，石油烃类在允许范围以内，需要针对悬浮物进行预处理后再使用脱氧膜进行除氧。超滤膜利用吸附和截留原理，所分离的组分直径为0．005～10“m，一般相对分子质量大于500的大分子和胶体均町滤除，超滤膜产水浊度通常达到0．1NTU以下，而且不随原水水质波动而变化。对颗粒物质的去除率可达99．9％以上n。。20世纪90年代开始，超滤膜技术被逐渐应用于水处理行业，欧美国家和日本等发展较为迅速。目前加拿大、法国、日本的自来水厂已成功应用此项技术。此处预处理工艺选择砂滤和超滤进行对比。困日固日匝固日圆回固臣圈日固日匝圈日图3预过滤流程图Fig．3Pre-filterprocessflowdiagram砂滤采用石英砂和无烟煤的双介质过滤器，为保证脱气膜进口悬浮物要求，膜人口设置两级保安滤器。超滤采用中空纤维膜，膜对人口来水的悬浮物、含油量等指标也有一定要求‘5：(见表3)，前置保安滤器。表3超(微)滤系统的进水水质要求Table3Requirementofinletwaterforultrafiltration(microfiltration)system注：浸没式超(微)滤装置一般对进水浊度无要求，仅要求水中无大颗粒杂质。区函匝亟习表4砂滤和超滤对比Table4Comparisonbetweensandfiltrationandultrafiltration根据对比可以看出。超滤可以大幅度地减小占地面积。这对海上油田开发有着较大意义。其他研究与应用表明，超滤膜技术更能确保水质安全，具有经济性、高效性和绿色环保等优点L5一。因此采用超滤进行脱气膜的前段预处理。海水脱氧整套处理流程如图4所示。臣巫习[五口图4海水处理流程图Fig．4Processflowdiagramforseawatersystem海水经泵提升上来后先经过粗过滤系统，这一步是为了过滤掉海水中的垃圾、杂质、沙子等大颗粒物质，然后经过精度为100“m以内的保安滤器，进一步去除水体中的悬浮物和腐蚀物等颗粒物质，再经过超滤膜，将浊度降低到0．5NTU以下。悬浮物含量降低到5mg／L以下，保证后续脱气膜系统的安全。超滤系统单支膜通量为6．7t／h，单支膜组件有效过滤面积为102m2。超滤膜的清洗分为物理清洗和化学清洗，设置酸碱药剂储罐及加药泵。清洗水经过中和后排放人海。脱气膜系统单支膜通量为25t／h，单支膜组件有效过滤面积为120m2，系统24h连续运行，理论计算每半年进行一次原地清洗(CIP清洗)。若水体变差．则实际运行反洗周期会相应缩短。CIP清洗时采用类似于超滤膜的CIP清洗方案，酸碱清洗完的废液排放至中和池中和后外排人海。在实际运行\n第5期陈子婧，等：脱气膜在海上油田海水注水处理中的应用性探讨·299·的过程中，膜丝的内侧用真空泵抽真空，同时辅助微量的高纯氮气吹扫，出水含氧量小于50肚g／L。整套脱气膜系统综合参数如表5所示。表5还具体对比了海水真空脱氧塔系统和脱气膜系统。表5真空脱氧系统和脱气膜系统参数表Table5Dataofvacuumdeoxidationanddegassingmembranesystem从对比中可以看出，脱气膜系统虽然采用了高效的膜元件，同时进行了2层叠放布置，但由于其对预处理要求严格且需要定时清洗，所以仍需要一定的占地面积，然而其设备重量较轻。另外脱气膜运行时不需要加入化学药剂，系统平稳状态下日常不需要清洗，操作的自动化水平较高。膜元件寿命一般在3～5年。真空脱氧塔内部在使用一定时间后会出现腐蚀情况，需定期进行维护和修补。4结论脱气膜的脱氧性能高于传统的脱氧塔，完全可以满足海上油田对于海水回注脱氧的要求。加之运行稳定、设备轻、布置灵活，还可以节省脱氧剂的使用，在海上油田具有一定的适应性和推广价值。为了保证处理效果和使用周期，脱气膜需要预处理，采用超滤系统运行稳定且占地节省，比粗过滤系统更有优势。参考文献[1]苏保卫．海上采油水处理技术的研究进展[J]．中国给水排水，2009，25(24)：23．[23《海洋石油工程设计指南》编委会．海洋石油工程设计指南，第1册rM]．北京：石油工业出版社，2007．[3]颜翠平，王成端，张明星．超滤膜在水处理中的应用[J]．贵州化工，2006．3I(2)：25．[43赵雪莲，翟东会，王凯．超滤膜技术在自来水处理中的研究与应用进展[J]．北京水务．2011(6)：41．E53林英姿，史妍．超滤膜技术在饮用水处理中的研究现状[J]．吉林建筑工程学院学报，2014．31(3)：40．[6]中国电力企业联合会．DI。／T50682006，火力发电厂化学设计技术规程[S]．2007．