利用电渗析技术处理油田污水

利用电渗析技术处理油田污水荆国林1,2王晓玉2(11哈尔滨工业大学市政环境工程学院21大庆石油学院化学化工学院)摘要介绍了配制聚合物驱油用水的指标,确定了油田污水矿化度和粘度的对应关系,并通过降低油田污水矿化度的方法,使之重新具备配制聚合物用水的条件,实现了油田污水再利用的良性循环。阐述了利用电渗析装置降低油田污水矿化度的技术,通过实验得出最佳操作条件,并进行了相应的经济评价。主题词油田污水电渗析降低矿化度粘度基金项目:973国家重点研究发展计划(编号:2004CB418505);大庆石油学院科技发展基金(编号:50402220404)11配制聚合物用水的指标聚合物驱油技术是一种三次采油新技术,通过聚合物对水的稠化,增加水的粘度;通过在孔隙介质的滞留,减小孔隙介质对水的渗透率,达到减小水油流度比、增加波及系数,从而提高原油采收率的目的。大庆油田确定使用的聚合物溶液粘度大于或等于40MPa#s。聚合物溶液粘度与水的矿化度有关,矿化度越高,溶液粘度越小。目前大庆油田是用矿化度较低的嫩江水配制聚合物溶液。因此,对配制聚合物溶液用水制定了严格标准,其中对配制用水的矿化度提出了专门的要求,具体指标见表1。表1聚合物驱油配制溶液用水总矿化度指标钙离子,镁离子(mg/L)总矿化度(mg/L)20~40<800[20<100021矿化度对粘度的影响在油田的具体应用过程中,可以选用的配置聚合物的水主要有地面清水和从地下采出的含油污水。分别用蒸馏水、二厂清水、二厂含聚采油污水配制HPAM1000mg/L的溶液,测得它们的粘度,如表2所示。表2不同水质聚合物溶液粘度水源矿化度(mg/L)平均粘度(mPa#s)蒸馏水0大于100清水3884013采油污水4568141817由表2可见,污水配制聚合物质量浓度为1000mg/L的溶液粘度比用清水所配的低2116mPa#s,未经处理的污水不能用于配制聚合物溶液而进行聚合物驱油。蒸馏水配制聚合物质量浓度为1000mg/L的溶液粘度超过100mPa#s。上述三种水的矿化度相差很大,可见矿化度不同的水质对溶液粘度影响非常显著。31电渗析技术降低油田污水矿化度的方法由以上实验可见,解决产出水废水配制聚合物的关键问题是降低废水的矿化度。目前,常见除盐的工艺有蒸发、结晶、膜蒸馏,电渗析、反渗透和离子交换。电渗析技术是膜分离技术的一种,具有环保节能等优势,在各种脱盐方法中脱颖而出。其工作原理是在直流电场的作用下,以电位差为推动力,利用离子交换膜的选择透过性,把电解质从溶液中分离出来,从而实现溶液的淡化、精制或纯化的目的。电渗析广泛应用于苦咸水脱盐、工业水处理、制盐等操作,但电渗析用于降低油田废水矿化度处理目前未见报道。为了确定其最佳操作条件,考察了电位梯度和流量对电渗析技术脱盐效果的影响。(1)电位梯度对处理效果的影响。极水流量为150L/h,浓、淡水流量均为150L/h,操作电压分别为5V、7V、10V、15V,每隔一定时间记录电流值和对应的淡室电导率值。研究了工作电压对脱盐效果的影响。在流量为150L/h,电压为15V和10V时,电压对去除率影响几乎相同,而和7V和5V时相比,则差别很大,电渗析装置运行60min,5V时的去除率只有14%,而10V和15V分别达到8815%和8912%。所以15V和10V时,电压对去除率影响几乎相同。(2)流量对脱盐效果的影响。电渗析装置都有自身的额定流量,流量过大,进水压力过高,设备容易产生漏水和变形;流量过小,水中的悬浮物沉积在膜上,使水流压力增大,同时由于流速太低达不到紊流状态,造成滞留层过厚,很容易产生极化结垢。一般流速宜控制在5~25cm/s。对于本试验28油气田地面工程第26卷第3期(200713)装置,浓淡水的流量应在50~300L/h之间调整。室温下,恒定操作电压为10V,选定4个不同的浓淡室流量100L/h、150L/h、200L/h、250L/h,其它条件均不变,考察了4个流量下各自TDS去除率的变化情况。结果显示,去除率随流量的升高而降低,流量越大,达到相同脱盐率的时间越长。这是由于流量越大,在电渗析装置中的流速越快,停留时间越短,不利于脱盐的进行。通过以上试验,得到了针对试验用电渗析装置,降低含聚采油污水矿化度的优化工艺条件:工作电压:10V;浓、淡水流量:150L/h。41电渗析技术处理油田污水的经济分析(1)工程投入。含聚采油污水降低矿化度处理及稀释聚合物现场实验项目预计投资2526万元,其中包括工程费用2110万元,其他费用16218万元,预备费用253万元。(2)运行费用。在正常的运行状况下,产出每吨淡水的直接能耗为019kW#h,考虑到自动化控制和工艺完善,每吨水的能耗以1kW#h电计算。工业电价为0146元/kW#h,每制备1m3水的电费为014