基于海上油田注水的海水纳滤软化中试研究
注水开发是油田开采的一种重要方式，海水量大易得，本应是海上油田的主要注水来源，甚至是唯一来源。但海水中的Ca2+、Mg2+、SO42-注入地层后容易与地层水反应，形成沉淀，严重干扰油田的正常生产。纳滤(NF)膜能有效去除海水中的Ca2+、Mg2+、SO42-，在国外油田海水回注领域已有应用范例，但国内在用于海上油田的纳滤海水软化方面研究经验还比较少。因此深入开展基于海上油田注水的纳滤海水软化研究具有十分重要的应用价值。
针对海上油田的纳滤海水软化及回注工艺，本文对纳滤过程的影响因素和膜污染情况进行了系统的探讨，考察了纳滤膜软化过程的稳定性，并分析了软化海水与地层水之间的配伍性及储层对软化水的敏感性。
实验采用超滤作为纳滤过程的预处理工序，首先考察了超滤在长期运行过程中产水浊度、污泥淤积指数随海水水质和运行时间的波动情况。结果表明，在1700h的运行过程中，即便海水因台风而出现较大水质波动，超滤出水的水质依然能保持稳定，符合纳滤膜进水的水质要求。
确定了预处理流程之后，进行了纳滤软化海水过程研究。结果表明，四种纳滤膜(编号分别为NFI、NFII、NFIII、NFIV)的产水通量均随操作压力增大而增大，但当压力增至一定程度后，通量增幅减缓。每种纳滤膜在不同压力下对Ca2+、Mg2+、SO42-的截留率均较为稳定，其中SO42-的截留率均在95％以上，但不同膜对Ca2+或Mg2+的截留率相差较大：NFI膜对Ca2+、Mg2+的截留率均在99％以上；NFII膜对Ca2+、Mg2+的截留率范围分别为68％-77％、85％-91％；NFIII膜对Ca2+、Mg2+的截留率范围分别为50％-61％、71％-81％；NFIV膜对Ca2+、Mg2+的截留率范围分别为47％-56％、64％-70％。在海水软化工艺实验基础上，对纳滤膜进行了膜污染研究，采用扫描电镜和X射线能谱对污染膜面进行了分析，结果表明膜表面Ca、Mg元素主要以氯化物和硫酸盐的形式存在，纳滤过程中需定期冲洗以减少膜面硫酸盐结垢。
在掌握了操作压力对纳滤膜性能的影响规律之后，对四种纳滤膜操作压力进行了优化，并在各自优化的压力下进行了70％回收率实验，制备出软化水。采用静态配伍实验和计算机模拟手段研究了各种软化水与地层水的配伍性，结果表明，四种水样中的NFI、NFII、NFIII膜软化水能够与地层水配伍，但NFIV软化水则存在一定的不配伍倾向。利用岩心实验分析了地层对软化水的敏感性，证实矿化度最低的NFI膜软化水对地层无伤害，而矿化度最高的NFIV软化海水对地层伤害程度也仅为中等偏弱。
本文的研究结果表明，相对于海水而言，纳滤软化海水更易与地层水配伍，对地层伤害为中等偏弱甚至无伤害，并证实纳滤膜软化工艺能够长期稳定地为海上油田提供优质注水，在海上油田具有广阔的应用前景。
注水开发;海上油田;纳滤软化
中国海洋大学
硕士
化学工程
高从堦
2009
中文
X55;TE341
70
2009-09-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）