無機陶瓷膜處理油田采出水其處理精度能達到低滲透油藏回注水水質要求,通過試驗得到了證實。然而,隨著膜過濾過程的開始,膜污染即隨著發生。
1、無機陶瓷膜表面性質對膜污染的影響
1.1膜表面電性質對膜的污染
當新膜處于污水中時,膜面將帶上正電;而含油污水表面帶負電,吸附了有機物的懸浮顆粒,其表面一般也帶負電;由于電性引力的作用,膜面很快會污染。
1.2膜表面親水性對膜的污染陶瓷膜在油田采出水工況下,由于膜面不斷吸附特定的物質,其表面的親水性會隨時間發生變化。陶瓷膜表面親水性的變化是膜污染和通量下降主要原因之一。
2、采出水水質對膜污染的影響
2.1采出水中造成膜污染的常見有害成分油田采出水的成分極其復雜,不僅每個油區、每個層系有差別,而且同一污水處理站在不同的時段其成分也不相同,但容易造成膜污染的成分主要包括:水垢、腐蝕性氣體、細菌、油和蠟等有機物、砂子及淤泥。同時采出水的PH值、礦化度、高分子聚合物的添加與否及添加量等也會對膜污染造成不同程度的影響。
2.2水垢
水垢是具有反常溶解度的難容難溶或微溶鹽類,當水中溶解鹽類的濃度達到飽和狀態時,設備粗糙的表面和雜質對結晶過程的催化作用就促使這些飽和鹽類溶液以水垢的形態結晶析出,采出水中常見的水垢及影響結垢的因素見下表:
2.3腐蝕性氣體
采出水中腐蝕性氣體主要有:溶解氧、溶解的二氧化碳和硫化氫。金屬在采出水中的腐蝕主要是電化學腐蝕,其腐蝕過程與采出水中的溶解氣有密切的關系,腐蝕產物多為鐵的化合物,是水垢的重要組成部分。
2.4細菌細菌不但會腐蝕設備,細菌的繁殖與新陳代謝會使懸浮物總量增多,形成堵塞,造成膜表面的污染。
2.5污油
采出水中的烴類成分復雜,其中石臘、膠質、瀝青質等大分子重烴也由于重力沉降等原因混入其中,它們在溫度較低時為可壓縮性固體,隨溫度的升高而呈液化趨勢,采出水溫度一般在40~80℃的范圍內,它們在這個溫度范圍內有一定的粘度,但主要以固態懸浮物的形態存在;而原油存在地主要形態為液態(分散油和乳化油)。
采出水中污油的危害:首先在過濾層中引起“乳狀堵塞”;二是與水中的固體顆粒牢固粘結在一起,如與FeS等,增加了堵塞效應,并使反沖洗極其困難;三是過濾時說中的油能被過濾介質孔隙中的油所捕捉,以致達到膜面含油飽和度,降低過濾能力;此外,含油會促使細菌繁殖,為細菌提供了極好的營養源,它還能大量吸附加入的殺菌劑和有機緩蝕阻垢劑。
2.6砂子及淤泥
砂子及淤泥的主要成分為微粒狀的硅酸鹽,砂子主要成分為SiO2,它的化學性質穩定,通常以顆粒的形式存在于垢中,易形成堵塞且難被化學清洗掉,一般在垢的本體被溶解以后,用高強度反沖可以將它們從過濾介質的孔隙中沖出。
3、膜面污染物的形態
膜面污染物的形態為兩層;
污垢層:它是由采出水中懸浮物堆積于膜面形成的濾餅層,由無機鹽生成的水垢積附于膜面形成的水垢層以及由膠體物質或微生物等吸附于膜面形成的吸附層復合而成,并且在壓力的作用下變得密實,污垢與膜重疊在一起形成雙重的膜結構。凝膠層:在油田采出水體系中隨著過濾過程的進行,膜面附近乳化油的濃度不斷地增大,尤其在低流速、高溶質濃度情況下,逐漸達到凝膠濃度,在污垢層的上方,形成具有串聯阻力的三層結構。