CN103663624B - 一种油田回注水的精制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油田回注水的精制方法，包括对油田采出水采用蜂窝状载体式无机炭膜组件进行至少一级膜过滤处理，其中膜过滤处理的膜组件的过滤精度为0.001-100μm，制得适用于低渗和特低渗油藏回注水。本发明方法的过滤精度高，复合炭膜载体的膜通量大，膜抗油类污染能力强，膜芯结构集成度高，制得的回注水水质稳定，精细过滤后的油田回注水满足低渗和特低渗区块油藏回注水的要求，达到《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》（SY/T？5329-94）的A级标准。

Description

一种油田回注水的精制方法

技术领域

本发明涉及一种含油污水的处理方法，特别涉及一种油田回注水的精制方法，属于环境工程技术领域。

背景技术

随着国内多数油田进入二次、三次开采，低渗和特低渗区块开发占比逐年提高，采出液含水率高达90%，注水采油对于维持油层压力和保持原油稳产发挥着越来越大的作用。低渗和特低渗区块油藏注水要求较高，目前国内回注水水质执行的是行业标准《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》（SY/T5329-94），其中要求最高的A1级标准是油含量≤5mg/L，悬浮物含量≤1mg/L，悬浮物固体粒径中值≤1μm。

油田采出水含有石油类有机物、硫化物、有机酚、氰、细菌和悬浮固体颗粒等，也含有注水采用工艺中所投加的多种化学药剂，如破乳剂、絮凝剂和杀菌剂等。油田采出水的含盐量、COD、矿化度和水温都较高，如果直接外排将会造成严重的环境污染．同时也浪费了宝贵的水资源。目前，采出水经过处理后，主要用于回注，少量达标后外排。

目前．国内油田采出水处理工艺主要是采用传统的“老三套”工艺，如图1所示，即“重力沉降-混凝沉降-过滤”，同时辅以阻垢、缓蚀、杀菌等化学药剂，使得处理后产水达到回注水行业标准中C级或B级后回注地层。对于低渗或特低渗油藏要求的A级水质标准，则需要增加精细过滤处理，如图2所示。目前，在实际应用中精细过滤主要是采用金属膜、金属或陶瓷烧结管和PE烧结管等。存在的主要问题是：过滤精度不高，产水中悬浮物固体粒径中值不达标；对来水水质要求高，如要求悬浮物和油含量都小于≤10mg/L；抗水质冲击能力差，来水水质冲击影响大。为了解决上述问题，一些新的技术和工艺被提出。

中国实用新型专利03219467.6公开了一种重力沉降+生化池+膜过滤+除氧组合水处理工艺和设备，其中的生化处理选用的微生物是专性联合菌群，对水中油类污染物和CODcr有明显的降解能力。膜分离采用有机或无机中空纤维或管状超滤膜，过滤后产水可以达到回注水A3标准要求。但该工艺生化处理易受来水水质和水量变化冲击影响，对水温和环境温度变化敏感，处理效果稳定性无法保证。所用超滤膜抗污染能力和抗氧化能力差，难以保证长周期稳定运行。由于生化处理采用开放式滤池曝气处理方式，造成水中溶氧量升高，需要增加除氧处理单元，以解决输送设备和管道腐蚀问题。该工艺最终处理后产水只达到A3标准，无法满足A1标准要求。

申请号为201110101686.X的发明专利申请公开了一种油田回注水膜处理工艺，其工艺流程如图3所示，具体为：含油污水首先进入沉降罐进行自然沉降，除去部分大的悬浮固体颗粒和污油；沉降后的水直接进入陶瓷膜超滤设备，陶瓷膜通道直径1.5-3.5mm，过滤精度为20-500纳米，在陶瓷膜设备内采用错流模式循环过滤，透过膜的渗透液可直接用于回注，未透过膜的含有大量悬浮固体和污油的循环液进入沉降罐继续沉降，和来水混合后进入陶瓷膜超滤设备再次进行过滤，控制膜面流速4-8m/s，浓水回到循环罐，当循环罐中浓度浓缩至300-1000倍时，进行自动排污；在线检测设备还可根据来水水质情况自行调整膜面流速，达到节能降耗的目的。虽然该处理工艺简单，投资成本低，但是该方法中膜过滤***易受污染，容易受到来水水质影响，而且。采用高膜面流速错流运行方式，处理能耗高。

中国实用新型专利201120003222.0公开了一种低渗透高盐油田采出水处理装置，其处理工艺为：隔油沉淀调节池+斜板分离器+粗粒化过滤器+重力聚结分离器+吸附过滤器+多级精密过滤器，其中，吸附过滤器采用了活性炭滤芯，精密过滤器使用了钛合金烧结滤芯，处理产水可以达到A1级。该工艺处理流程长，活性炭滤芯吸附饱和快、易污堵，膜过滤孔径大且分布宽，烧结滤芯的过滤精度低，产水中悬浮固体颗粒粒径中值难以达标，处理产水难以达到低渗油藏回注水的水质要求。

申请号为201110081609.2的发明专利申请公开了一种油田采出水处理工艺，至少包括调节水罐、气浮装置、管道混合器、氮气动力反应器、沉淀池和超声波过滤器，并采用“气浮除油除悬浮物”、“氮气制备”和“超声波过滤”相结合的方式处理油田采出水，其气浮处理包括一级气浮和二级氮气气浮，在一级气浮前通过加入药剂，增强气浮对油类和悬浮物的去除效果，一次除油可达96%。二级气浮使用氮气进一步去除油类和悬浮物，同时抑制水中好氧菌如铁细菌和腐生菌，降低水体内氧含量，解决设备和管线的腐蚀问题。该发明方法处理后的油田回注水能达到B级标准，存在的主要问题是处理精度不高，对水中悬浮固体粒径无法控制，无法满足低渗或超低渗区块注水水质要求。

发明内容

本发明的目的是针对现有油田回注水特别是低渗油藏回注水的处理方法中存在的上述技术问题，提供一种采用蜂窝状载体式无机炭膜组件对油田采出水进行精细过滤处理，制备满足油田回注水水质标准的油田回注水方法，本发明方法的过滤精度高，对来水水质要求低，抗来水水质冲击能力强，回注水水质稳定，精细过滤后的油田回注水满足低渗和特低渗区块油藏回注水的要求，达到《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》（SY/T5329-94）的A级标准。

为实现本发明的目的，本发明一方面提供一种油田回注水的精制方法，包括采用载体式膜组件对油田采出水进行至少一级膜过滤处理。

其中，膜过滤处理过程中膜面流速为0~5m/s；膜过滤的过滤精度为0.001-100μm，优选为0.01~20μm，进一步优选为0.01-10μm，更进一步优选为0.01-3μm；膜过滤过程中的跨膜压差为0.01~0.5MPa。

特别是，所述膜过滤处理采用错流方式进行；所述载体式膜组件为管式膜组件。

特别是，所述膜过滤处理为采用多通道管式膜组件对油田采出水进行二级膜过滤。

其中，第一级膜过滤的过滤精度为0.01~3μm，优选为0.1~1μm；控制第一级膜过滤过程中的膜面流速为0.1~5m/s，优选为0.5~3m/s；控制跨膜压差为0.05~0.5MPa，优选为0.1~0.3MPa，进一步优选为0.15~0.20MPa。

特别是，在第一级所述膜过滤处理过程中控制浓水排放量使得第一级过滤产水收率为90~99%，优选96~98%。

其中，第二级膜过滤的过滤精度为0.01~0.1μm，优选为0.01~0.05μm；控制第二级膜过滤过程中的膜面流速为0~0.2m/s，优选为0~0.014m/s，进一步优选为；控制跨膜压差为0.01~0.1MPa，优选为0.05~0.095MPa，进一步优选为0.07~0.095MPa。

特别是，在第二级所述膜过滤处理过程中控制浓水排放量使得第一级过滤产水收率为90~99%，优选96~98%。

本发明的第二级膜过滤处理的进水为第一级膜过滤处理的产水，并利用第一级过滤产水的背压作为第二级膜过滤工作压力，无需另外增加进水泵。

经过二级过滤后产水达到A1标准，即油含量≤1mg/L，悬浮物含量≤1mg/L，悬浮物固体粒径中值≤1μm。

特别是，还包括对油田采出水进行预处理后再进行所述的膜过滤处理。

其中，预处理后的油田采出水的水质为含油量≤50mg/L，悬浮物含量≤50mg/L，即进行膜过滤处理的水流水质含油量≤50mg/L，悬浮物含量≤50mg/L。

特别是，预处理后的油田采出水（即进行膜过滤处理的水）中含油量为10-50mg/L，悬浮物含量为10-50mg/L。

特别是，所述预处理包括将油田采出水依次进行重力沉降处理、混凝沉降处理和核桃壳过滤处理或依次进行重力沉降处理、气浮处理、滤料过滤处理或生化处理或其他任何水处理方法。

其中，所述载体式膜组件为管式膜组件；优选为多通道管式膜组件。

其中，所述的膜组件包括：

膜芯；

外壳，中空的圆柱体或直棱柱体，套设在膜芯的***；

密封装置，位于在膜芯与外壳之间、设置在膜芯的两个密封区内；

上、下端盖，分别设置于外壳上、下部，其中，下端盖与进水管连接，上端盖与浓水出水管连接；

产水导出口，设置在外壳外侧、位于两个密封装置之间，用于将经过过滤后从产水通道进入导流槽后的产水导出膜组件。

特别是，所述膜芯包括：

主体，膜过滤支撑体；

过滤通道，所述过滤通道成排分布于主体上，并且沿着主体的纵向贯通所述主体，每排过滤通道相互平行；

产水通道，成排分布于主体上，沿着主体的纵向延伸，相邻两排产水通道之间间隔1-10排过滤通道，并且产水通道位于主体的两个端面的开口封闭，产水通道与所述过滤通道相互平行；

导流槽，开设在主体侧壁上的贯通主体的通孔，在沿主体的纵向方向上与同一排产水通道间隔排列，收集产水通道内的产水。

其中，所述主体的垂直于主体纵向方向的截面呈圆形、椭圆形、长方形或正多边形或多边形。

特别是，所述主体由圆，椭圆，长方形或正多边形拉伸形成的几何体，优选为圆形、正方形或正六边形。

尤其是，所述正多边形为正方形、正五边形、正六边形或正八边形。

特别是，截面呈圆形的膜芯主体的直径为1-100cm，优选为5-20cm；长度为5-200cm，优选为20-120cm。

其中，所述膜芯主体呈圆柱体状、正棱柱体。

特别是，所述的正棱柱体为正四棱柱、正六棱柱或正八棱柱。

尤其是，所述膜芯主体为圆柱体；主体的直径为1-100cm，优选为5-20cm；长度为5-200cm，优选为20-120cm。

其中，所述膜芯是管式膜或管式膜芯。

特别是，所述膜芯为多通道管式膜或多通道管式膜芯。

尤其是，所述膜芯为载体式膜芯或载体式无机炭膜膜芯。

膜芯主体由多孔高分子材料，多孔陶瓷材料或烧结金属材料组成，优选由氧化铝、氧化锆、氧化钛、碳化硅、不锈钢或钛合金组成。

其中，均匀分布在载体式无机炭膜膜芯主体上的过滤通道和产水通道数为1~20个/cm²；优选为2~10个/cm²，进一步优选为6-10个/cm²。

其中，所述过滤通道、产水通道的垂直于主体的纵向的截面呈圆形、椭圆形、长方形、正多边形或者其它多边形。

特别是，所述正多边形为正方形、正五边形、正六边形或正八边形。

特别是，所述过滤通道、产水通道的垂直于主体的纵向的截面优选为圆形、正方形和正六边形。

所述过滤通道的垂直于主体的纵向的截面的形状与产水通道垂直于主体纵向的截面的形状相同，但是为了便于两种通道的分辨，所述过滤通道的截面形状与产水通道的截面形状也可以不同。

其中，所述垂直于主体纵向截面为圆形的过滤通道、产水通道的直径为0.1~10毫米，优选是1~5毫米，进一步优选为2~4mm；所述截面为正方形的过滤通道、产水通道的边长为0.1~10毫米，优选是1~5毫米，进一步优选为1.5~3mm。

特别是，所述截面为正多边形的过滤通道、产水通道的截面的外接圆直径为0.1~10mm，优选是1~5mm，进一步优选为2-5mm。

尤其是，所述截面为正五边形的过滤通道、产水通道，其截面的外接圆的直径为0.1~10mm，优选是1~5mm；所述截面为正六边形的过滤通道、产水通道，其截面的外接圆的直径为0.1~10mm，优选是1~5mm；所述截面为正八边形的过滤通道、产水通道，其截面的外接圆的直径为0.1~10mm，优选是1~5mm。

本发明的膜芯和其上的过滤通道、产水通道一般是通过挤出成型方式成型，也可以通过注塑或铸造等其它已知方法成型。优选挤出成型方法制作多通道膜芯。本发明膜芯上的通道可以是开口形状和尺寸相同，也可以不同，如作为产水收集的通道选择与作为过滤的通道开口形状不同，且产水通道的尺寸也大于过滤通道，这样有利于对两种通道的分辨，也增加了产水通道体积，降低了产水的流动阻力。

其中，相邻两排产水通道之间间隔2-6排过滤通道，进一步优选间隔2-4排过滤通道。

特别是，所述产水通道位于膜芯主体两端的开口封闭。

使用胶黏剂、密封塞或其它已知方式对所述产水通道进行密封。优选密封方式是使用与膜芯主体相同的材料封堵后高温处理达到密封效果。过滤通道位于主体的两个端面的开口开放，便于水流流入膜芯主体，进行膜过滤，过滤后的产水流入产水通道，产水通道位于膜芯主体的两端的开口封闭，防止产水与来水混合。

其中，在所述过滤通道内壁还组装有过滤层。

特别是，过滤层的过滤孔径为0.001-100μm，优选为0.01~20μm，进一步优选为0.01-10μm，更进一步优选为0.01-3μm，即形成的过滤层的过滤精度为0.001-100μm，优选为0.01~20μm，进一步优选为0.01-10μm，更进一步优选为0.01-3μm。

通过烧结、粘结、涂覆、喷涂、热处理、结晶处理、化学反应中的一种或多种方式将过滤层材料组装在所述过滤通道的内侧，形成所述过滤层。过滤层材料选择微滤膜、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜、气体分离膜、气化渗透膜或离子交换膜中的一种。

其中，所述过滤层材料选为无机材料或有机材料。

特别是，所述无机材料为氧化铝、氧化锆、氧化钛、碳化硅、不锈钢或钛合金。

特别是，所述有机材料为聚砜（PS）、聚丙烯腈（PAN）、聚醚砜（PES）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚氯乙烯（PVC）、醋酸纤维素（CA）、聚碳酸酯（PC）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）或离子交换树脂。

本发明的多通道管式膜芯，是由孔隙率高且孔径大的多孔材料组成，产水在膜芯中传递阻力小。本发明中的膜芯可以作为微滤、超滤、纳滤、反渗透、气体分离膜、渗透气化膜和离子交换膜的支撑体或载体，其方法是在膜芯用于分离的过滤通道内组装一层过滤分离层，组装方式可以采用烧结、粘结、涂覆、喷涂、热处理、结晶处理、化学反应或几种方式的组合方式。组装过滤层时，膜芯上的产水通道内不组装过滤层。

其中，导流槽是开设在主体外侧的侧壁上贯穿主体的通孔，其将位于同一排位置上的产水通道部分连通。导流槽沿着主体纵向方向与位于同一排的产水通道间隔排列。

特别是，所述导流槽沿垂直于主体纵向的截面呈梯形或矩形。

其中，所述导流槽沿主体纵向方向的长度L为0.5-100cm，优选为1-20cm；导流槽的高度h与产水通道的高度之比为10-150:100，优选为50-100:100，即导流槽垂直于主体纵向方向的宽度（导流槽的高度h）与截面为圆形的产水通道的直径或截面为正方形的产水通道的边长之比为10-150:100，优选为50-100:100，优选为50-100:100。

特别是，对应于同一排产水通道、沿主体纵向方向分布的导流槽个数为1-10个，优选为2-4个。

在膜芯的外侧，通过锯、钻、磨、刨或其它已知方式沿着平行于膜芯的纵向方向，在对应的同一排产水通道的位置上间隔一定距离开设导流槽，导流槽垂直于主体纵向的截面呈梯形或矩形，沿着垂直于主体纵向方向贯通主体，当主体为圆柱体时，即导流槽沿着圆柱体的弦向贯通主体即垂直于主体径向方向贯通主体，导流槽将同一排产水通道对应的通道部分连通，即在同一排产水通道的位置上产水通道与导流槽间隔排列，产水通道中的产水通过导流槽流出膜芯。

导流槽是在主体外侧的侧壁从垂直于产水通道的通道方向贯通主体，并且沿着同一排产水通道方向延伸的通孔，通孔沿主体纵向方向的横截面为长方形或正方形，其中垂直于主体纵向的宽度（即导流槽的高度h）为垂直于主体纵向方向的截面为圆形的产水通道直径的50%~150%或垂直于主体纵向方向的截面为正方形的产水通道边长的50-150%；导流槽沿主体纵向方向的长度L为0.5-100cm。导流槽将对应的同一排产水通道一部分贯通，即对应的产水通道排中的每个产水通道在空间上都与相应的导流槽连通，产水通道中的产水可以通过此导流槽流出主体区。

其中，膜芯主体的两端的外侧侧壁上分别设有密封区。

特别是，所述密封区的宽度为2-20cm，优选为5-10cm。即在距离膜芯端面2-20cm、膜芯主体的外侧侧壁上开设导流槽，导流槽不是从主体的端面开始开槽，密封区内不设置导流槽，导流槽到主体的端面的距离为2-20cm，优选为5-10cm。

在同一排产水通道的位置上，主体的两个端面到距离各自最接近的导流槽的距离为2-20cm，在距离主体的两个端面≥2-20cm处开设导流槽，即在膜芯主体的两端的外侧侧壁上沿着膜芯的纵向方向长度为2-20cm的范围内分别设置密封区。

膜芯主体的两个端面与各自最近的导流槽之间的区域即为密封区，即密封区沿着主体纵向的宽度为2-20cm，优选为5-10cm，也就是说主体的两个端面到与其最接近的导流槽之间的距离为2-20cm，优选为5-10cm。

其中，所述的外壳选用金属或非金属材质的材料制成；所述密封装置选择有机橡胶密封圈。

特别是，密封圈套设在膜芯主体两端的密封区外侧，外壳的内壁、膜芯主体的外侧和膜芯两端的密封装置之间的空间形成产水区。

特别是，所述产水导出口开设在外壳靠近浓水出水管一端。

从进水管流入的水流通过过滤通道进入膜芯，进行过滤之后渗透至产水通道，同一排产水通道的水流汇流至相应的导流槽内，导流槽内的水流流入产水区，再经过位于外壳外侧的产水导出口流出膜组件。

特别是，所述上、下端盖与外壳通过法兰连接。

其中，上、下端盖通过法兰与外壳固定连接并密封。

特别是，下端盖、膜芯主体的一个端面和密封圈形成进水区；上端盖、膜芯主体的另一个端面和密封圈形成浓水区。

特别是，在外壳的中部开设有反冲洗水的进口，用于膜组件清洗时输入反冲洗水流。

本发明的油田回注水精制方法具有如下优点：

1、本发明方法中采用的载体式炭膜膜芯结构集成度高，过滤孔径分布窄，过滤精度高，有效地控制过滤后产水的悬浮物含量和悬浮物粒径中值，而且膜通量大，抗油类污染能力强，。

2、本发明方法对待精制的油田采出水的水质要求低，来水水质对产水的收率和水质的影响小，本发明的载体式炭膜膜芯可以接受的来水水质中悬浮物和油含量大于10mg/L，甚至来水中的悬浮物和油含量均可高达50mg/L，而且采用本发明方法处理后的产水水质可以达到含油量≤5mg/L，悬浮物含量≤1mg/L，悬浮物固体粒径中值≤1μm，产水水质稳定，达标率高，满足低渗和特低渗区块油藏回注水的要求，达到《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》（SY/T5329-94）的A级标准，而现有技术中进行膜过滤处理方法对来水水质要求严苛，要求来水的悬浮物和油含量都小于10mg/L。

3、本发明方法抗来水水质冲击能力强，现有的金属膜或陶瓷膜抗油类污染物的能力差，本发明的载体式无机炭膜组件的膜通量是普通陶瓷膜通量的2倍以上，甚至可高达陶瓷膜通量的5倍。所述表层膜过滤层与水的接触角低，仅为0.3°，亲水性好，抗油类污染能力强，同时采用错流过滤方式进行过滤处理，有效地避免油类污染和来水冲击对膜本身造成的影响，显著降低了来水冲击对产水水质的影响。

4、本发明方法的膜过滤过程中跨膜压差小，产水传递阻力小，每个过滤通道形成的产水的流动阻力差别小，各个过滤通道的产水流量分别均匀，膜组件的产水流量稳定，膜过滤效率高。

5、本发明方法中载体式膜组件的膜芯中的膜填充密度高，单位面积上的过滤通道、产水通道数量多，提高了单位体积内的膜面积，提高单位体积膜组件的产水量，降低了产水的能耗和生产成本。

6、本发明方法中载体式膜组件的膜芯上单位面积上的过滤通道、产水通道数量多，膜芯体积小，制作简单、容易，在组装成膜组件时，结构简单，密封面少，密封效果好，利于提高膜过滤效率而且不同过滤通道的过滤产水阻力差别小，跨膜压差小，提高了膜组件的工作效率，降低了油田回注水的生产成本和能耗。

7、本发明方法精制处理油田回注水的收率高，达到97%以上，外排的浓水量少，节省了水资源，减少了环境污染。

8、本发明方法采用低膜面流速的错流过滤方式，降低了水处理的能耗，并且本发明方法的适用范围广，可用于对传统油田采出水旧工艺处理改造，也可用于其他传统水处理工艺的改造。

附图说明

图1传统油田采出水的“老三套”处理流程图；

图2低渗油藏回注水处理流程图；

图3陶瓷膜过滤处理工艺流程图；

图4是本发明油田采出水精细过滤处理流程图；

图5是本发明实施例1载体式膜芯的立体示意图；

图6是本发明实施例1载体式膜芯的正面示意图；

图7是本发明实施例1载体式膜芯侧面示意图；

图8是图6中局部剖视示意图；

图9是图8中B部的放大示意图；

图10是本发明实施例1载体式膜组件示意图；

图11是本发明实施例4载体式膜芯的立体示意图；

图12是本发明实施例4载体式膜芯侧面示意图。；

附图标记说明：1、膜芯；11、主体；12、过滤通道；13、产水通道；14、导流槽；15、过滤层；16、端面；17、密封区；2、外壳；21、胶粘剂；22、反冲洗水进口；3、上端盖；4、下端盖；5、进水管；51、进水区；6、浓水出水管；61、浓水区；7、产水导出口；8、密封圈；9、产水区；10法兰。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

如图5-10所示，本发明的多通道管式膜组件由管式膜芯1、外壳2、上、下端盖3、4、进水管5、浓水出水管6、产水导出口7和密封圈8组成，中空的圆柱状或正棱柱状的外壳2套设在膜芯1的***；密封圈8安装在膜芯1与外壳2之间；上、下端盖3、4封闭在膜芯1和外壳2的两端；下端盖4与进水管5连接，将待过滤的来水水流引入膜芯进行膜分离，上端盖3与浓水出水管6连接，过滤后的浓水经过上端盖3，从浓水出水管6流出膜组件；开设在外壳2的靠近浓水出水管6一端外侧的产水导出口7与水管连接，将经过过滤的产水导出膜组件。

膜芯1由膜过滤支撑主体11、和成排均匀分布于主体11上的过滤通道12、产水通道13和将收集产水通道13部分连通的导流槽14、组装在过滤通道12内壁的过滤层15组成。过滤通道12、产水通道13成排均匀分布于主体中，每排过滤通道12、产水通道13相互平行，并且过滤通道12沿着主体11的纵向贯通所述主体；在过滤通道12的内壁通过烧结、粘结、涂覆、喷涂、热处理、结晶处理、化学反应或几种方式的组合方式，组装膜过滤层15，对进入过滤通道12的水流进行膜过滤处理，生成过滤产水和浓水；导流槽14是设置在主体的外侧壁上的通孔并与主体1的端面相垂直，沿着主体的纵向方向间隔排列，将同一排相应位置的产水通道13连通，同一排上的产水通道13与导流槽14间隔排列，同一排位置上的产水通道在空间上与相应位置上的导流槽相联通，产水通道13内的产水汇流至导流槽。

膜芯主体11由多孔材料组成，主体11的垂直于主体纵向的截面呈圆形、椭圆形、长方形、正方形、正多边形或多边形，多孔材料选择多孔高分子材料，多孔陶瓷材料或烧结金属材料，例如选择氧化铝、氧化锆、氧化钛、碳化硅、不锈钢或钛合金材料。

截面呈圆形的载体式膜芯的主体11的直径为1-100cm，优选为5-20cm；长度为5-200cm，优选为20-120cm。

本发明实施例以膜芯主体为圆柱体状进行说明，其长度为90cm，直径为14cm。

其他截面形状为椭圆形、长方形、正方形、正多边形或多边形的柱体均适用于本发明，例如椭圆柱体、长方体、正方体、正五边体、正六边体等。

过滤通道12沿着主体11的纵向贯通所述主体，每排过滤通道相互平行且位于主体11的两个端面的开口呈开放状态，无封闭，进入过滤通道12内的水流，经过过滤层15的过滤，分离成过滤产水和浓水。

过滤通道12、产水通道13的垂直于主体11纵向的截面呈圆形、椭圆形、正方形、长方形，正多边形或者其它多边形，本发明实施例以圆形或正方形为例进行说明。

截面为圆形的过滤通道12、产水通道13的直径为0.1~10毫米，优选是1~5毫米；所述截面为正方形的过滤通道12、产水通道13的边长为0.1~10毫米，优选是1~5毫米。

组装在过滤通道12内壁的膜过滤层15的过滤材料与载体式无机炭膜膜芯所使用的材料相同，也可以不同。过滤层使用的材料包括氧化铝、氧化锆、氧化钛、碳化硅等无机材料；或者是不锈钢和钛合金等金属材料；或者是聚砜（PS）、聚丙烯腈（PAN）、聚醚砜（PES）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚氯乙烯（PVC）、醋酸纤维素（CA）、聚碳酸酯（PC）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）等有机高分子材料；或者是离子交换树脂等功能材料。

过滤层15的过滤孔径为为0.001-100μm，优选为0.01~20μm，进一步优选为0.01-10μm，更进一步优选为0.01-3μm，即过滤层15的过滤精度为0.001-100μm，优选为0.01~20μm，进一步优选为0.01-10μm，更进一步优选为0.01-3μm。

采用本发明由孔隙率高且孔径大的多孔材料组成的载体式炭膜膜芯过滤时，产水在膜载体中传递阻力小，而且本发明的膜芯1的过滤精度达到0.001-100μm，可以作为微滤、超滤、纳滤、反渗透、气体分离、气化渗透和离子交换的膜处理工艺。

产水通道13沿着主体的纵向延伸，相邻两排产水通道之间间隔1-10排过滤通道，优选间隔2-6排过滤通道；产水通道13位于主体11的两个端面的开口用胶黏剂21等密封材料封闭，而过滤通道12位于主体11的两个端面上的开口呈开放状态，待过滤的水流只能从过滤通道12进入膜芯的主体11内部。

本发明实施例中相邻两排产水通道之间间隔3排过滤通道3。

本发明的膜芯主体11和其上的过滤通道12、产水通道13一般是通过挤出成型方式成型，也可以通过注塑或铸造等其它已知方法成型。优选挤出成型方法制作蜂窝状载体式膜芯。本发明中过滤通道12、产水通道13的垂直于主体11纵向是截面的形状、大小尺寸可以相同，也可以不同，但为了便于两种通道的分辨，通常过滤通道的开口形状与产水通道开口形状不相同，并且产水通道13的开口尺寸大于过滤通道12的开口尺寸，有利于对两种通道的分辨，也增加了产水通道空间，降低了产水的流动阻力，提高了过滤效率。

如图5、6、8、9所示，在膜芯主体11的外侧侧壁，距离膜芯主体11的两个端面2-20cm，优选为5-10cm处，通过锯、钻、磨、刨或其它已知方式沿着平行于主体的纵向方向，在对应的同一排产水通道13的位置上从主体11的外侧开设通孔，贯通主体，形成导流槽14，导流槽14垂直于主体11纵向的截面呈梯形或矩形，导流槽14从主体的一侧贯通至另一侧，将同一排的相应部分的产水通道连通，即在同一排的产水通道的相应位置通过锯、钻、磨、刨或其它已知方式从主体11的外侧将相应位置上的部分产水通道连通，并贯通主体11，形成通孔。导流槽14与膜芯主体11的端面相互垂直，产水通道中的产水通过导流槽流出膜芯。

导流槽14到膜芯主体11的两个端面16的外侧区域为膜芯的密封区6，即在膜芯主体11的两端分别设有沿主体纵向方向长度为2-20cm的密封区，也就是说在距离膜芯主体11的两个端面2-20cm的范围内不开设导流槽，而是在分别距离膜芯主体11的两个端面的距离大于2-20cm的距离处沿着主体的纵向开设导流槽14，导流槽到主体的端面16的距离为2-20cm，优选为5-10cm。

膜芯主体的两个端面与距离各自最近的导流槽之间的区域为密封区，即密封区沿着主体纵向的宽度为2-20cm，优选为5-10cm，也就是说主体的两个端面到与其最接近的导流槽之间的长度为2-20cm，优选为5-15cm。

位于同一排的导流槽14和产水通道13间隔排列，导流槽14沿着主体11纵向的长度L为0.5-100cm，优选为1-20cm；导流槽的高度h与产水通道的高度之比为10-150:100，优选为50-100:100，即导流槽14垂直于主体纵向方向的高度h与产水通道沿着垂直于主体纵向方向的高度之比为10-150:100，优选为50-100:100；并且处于同一排位置上的所述导流槽的个数为1-10个，优选为2-4个。

如图10所示，本发明的膜组件中密封圈8安装在膜芯主体11两端外侧的密封区17内，密封区域的主体11的侧面表面光滑、无缺陷，通过密封圈等已知密封方式，可以保证密封效果。

密封圈8安装套设在膜芯主体11密封区17的外侧。外壳2的内侧、膜芯主体11的外侧和膜芯两端的密封圈8之间的空间形成产水区9。

下端盖4的一端与进水管5连接，另一端与膜芯1和外壳2通过法兰10固定连接并密封，下端盖4、膜芯主体11的端面16和密封圈8形成进水区51；上端盖3的一端与浓水出水管6连接，另一端与膜芯1和外壳2通过法兰10固定连接并密封，上端盖3、膜芯主体11的另一端面16和密封圈8形成浓水区61。

从进水管5流入的水流通过过滤通道12进入膜芯，进行过滤之后渗透至产水通道13，产水通道的水流汇流至与产水通道在同一排的相应位置的导流槽14内，导流槽内的水流流入产水区9后，再经过位于外壳2靠近浓水出水管6一端的外侧的产水导出口7流出膜组件。

为了方便膜组件的清洗，在外壳2的中部开设有反冲洗水进口22，用于向膜组件中输入清洗用水，对膜组件进行反冲洗，利于膜组件的反复使用，延长膜组件的使用寿命。

本发明膜组件的工作过程：待过滤水流从位于膜组件下部的进水管5经下端盖4后流入进水区51后，由于产水通道13位于主体11的两个端面的开口封闭，水流从膜芯的过滤通道12的开口进入膜芯，在压力作用下水流在膜芯中从下向上流动过程中透过过滤通道12内的过滤层15的过滤、渗透至产水通道13，并沿产水通道13流入导流槽14，导流槽14内的水流进入产水区9，最后通过产水导出口7流出膜组件，未透过过滤膜层15的水流被浓缩后，流入浓水区61，经过浓水出水口6流出膜组件，达到净化水质的效果。

本发明实施例以油田采出水经过预处理后，采用载体式无机炭膜组件进行精细膜过滤处理，其中实施例1-3预处理后的水流依次进行两级膜过滤处理，其中经过一级过滤处理后产水利用其自身压力（压头）直接进入第二级过滤，无需另设第二级进水提升泵；实施例4预处理后的水流进行一级膜过滤处理。

本发明中采用两级膜过滤处理时，经过预处理的油田采出水由泵泵入第一级膜过滤组件，在第一级膜过滤组件中采用高膜面流速的错流过滤方式进行过滤净化处理，调整循环流量，由此调节第一级过滤时的膜面流速为0.1~5m/s，跨膜压差为0.05~0.5MPa。经过第一级过滤后浓水排入污水***，调节浓水排放量，以满足设定的产水回收率；第一级过滤的产水利用其自身压头（压力）直接进入第二级膜过滤组件，第二级过滤采用低膜面流速或死端过滤模式进行净化处理，控制第二级过滤时的膜面流速为0~0.2m/s，跨膜压差为0.01~0.1MPa，第二级膜过滤后的浓水返回至第一级膜组件，第二级过滤的产水进入产水回用***。

经过一级过滤处理后产水利用其自身压力（压头）直接进入第二级过滤，无需另设第二级进水提升泵。

实施例1

1、油田采出水的预处理

将油田采出水依次经过重力沉降处理、混凝沉降处理和核桃壳过滤处理，即采用传统的“老三套”处理工艺对油田采出水进行除油、除杂等预处理，制得预处理水流，预处理后的水流的水质即第一级膜过滤处理的进水水质如表1所示。

2、膜过滤处理

本实施例中载体式炭膜膜芯的主体11上共开设有1480个截面为正方形的过滤通道12和产水通道13，过滤通道12、产水通道13的边长均为2mm，如图5、6、7所示。本发明实施例的膜芯主体1为圆柱体，其直径14cm、长度90cm，相邻两排产水通道13之间间隔3排过滤通道12，在圆柱状膜芯主体1的外侧对应于产水通道13的相应位置处，在离膜芯主体1的两个端面16的距离为15cm的范围外通过锯、钻、磨、刨或其它已知方式沿着主体11的纵向方向开设的2个导流槽14，将同一排产水通道13分割成3段，同一排位置上每个导流槽14的长度为20cm，导流槽之间的间距为20cm，导流槽的高度为3mm，即每个导流槽沿着圆柱体主体的纵向方向的长度为20cm；沿着主体纵向方向相邻两个导流槽之间的间距为20cm；沿着圆柱状主体11的径向方向的高度为3mm，导流槽的高度与产水通道的直径之比为100:100。

本发明实施例中第一级膜过滤处理过程中膜芯的主体11上过滤通道12内的过滤层15的过滤精度为1μm，第二级膜过滤处理过程中膜芯的主体11上过滤通道12内的过滤层15的过滤精度为0.04μm。将膜芯1装入中空的圆柱状金属外壳2中，密封圈8安装在膜芯两端的密封区17区域内，将膜芯与外壳密封，膜芯的一个端面16通过法兰10与上端盖3连接，上端盖3的另一端与进水管5连接；膜芯的另一个端面16通过法兰10与下端盖4连接，下端盖4的另一端与浓水出水管6连接；将膜组件的进水管5与预处理后的水流连接，将第一级膜过滤组件的产水导出口7与第二级膜过滤组件的进水管向连接。

预处理水流通过进水管5流入第一级膜过滤组件，以错流方式进行第一级膜过滤处理，其中，控制第一级膜过滤处理的进水压力为0.4MPa，调节从浓水出水管6流出的浓水循环流量，控制第一级膜过滤处理过程中膜面流速为2.1m/s，浓水压力为0.3MPa；同时调节第一级膜过滤处理的浓水排放量，使得第一级膜过滤处理的水收率为97%，第一级膜过滤处理的产水的压力为0.17MPa，跨膜压差为0.18MPa。

第一级膜过滤后的产水从产水导出口7流出后进入第二级膜组件，以错流方式进行第二级膜过滤处理，其中，控制第二级膜过滤处理的进水压力为0.17MPa，调节第二级膜过滤的浓水量为第二级膜过滤进水量的10%，控制第二级膜过滤处理过程中膜面流速为0.014m/s，浓水压力为0.12MPa，第二级膜过滤处理的产水的压力为0.05MPa，跨膜压差为0.095MPa。第二级膜过滤处理后的产水从产水导出口流出第二级膜载体，产水的水质监测结果如表1所示。

按照《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》（SY/T5329-94）测定悬浮物、粒径中值和油含量。

表1实施例1水质分析结果

项目	膜过滤进水	产水	A1标准
				悬浮物含量，mg/L	29.0	0.60	≤1
油含量，mg/L	17.5	0.58	≤5
				悬浮固体粒径中值，μm	4.1	0.92	≤1

实施例2

1、油田采出水的预处理

将油田采出水依次经过重力沉降处理、混凝沉降处理和核桃壳过滤处理，即采用传统的“老三套”处理工艺对油田采出水进行除油、除杂等预处理，制得预处理水流，预处理后的水流的水质即第一级膜过滤处理的进水水质如表2所示。

2、膜过滤处理

预处理水流通过进水管5流入第一级膜组件，以错流方式进行第一级膜过滤处理，其中，除了控制第一级膜过滤处理的进水压力为0.4MPa，调节从浓水出水管6流出的浓水循环流量，控制第一级膜过滤处理过程中膜面流速为0.94m/s，浓水压力为0.35MPa；同时调节第一级膜过滤处理的浓水排放量，使得第一级膜过滤处理的水收率为97.5%，第一级膜过滤处理的产水的压力为0.20MPa，跨膜压差为0.18MPa之外，其余与实施例1相同；

第一级膜过滤后的产水从产水导出口7流出后进入第二级膜组件，以错流方式进行第二级膜过滤处理，其中，除了控制第二级膜过滤处理的进水压力为0.20MPa，调节第二级膜过滤的浓水量为第二级膜过滤进水量的1%，控制第二级膜过滤处理过程中膜面流速为0.014m/s，浓水压力为0.18MPa，第二级膜过滤处理的产水的压力为0.1MPa，跨膜压差0.09MPa之外，其余与实施例1相同，第二级膜过滤处理后的产水从产水导出口流出第二级膜载体，产水的水质监测结果如表2所示。

表2实施例2水质分析结果

项目	进水	产水	A1标准
				悬浮物含量，mg/L	26.0	0.30	≤1
油含量，mg/L	20.7	0.33	≤5

悬浮固体粒径中值，μm

2.8

0.70

≤1

实施例3

除了预处理水流水质即第一级膜过滤处理的进水水质；第一级过滤进水压力0.43MPa，浓水压力为0.35MPa，产水压力为0.2MPa，跨膜压差为0.19MPa；第二级过滤进水压力0.2MPa，浓水压力0.18MPa，产水压力0.12MPa，跨膜压差0.07MPa之外，其余与实施例2相同。预处理水流水质和经过二级膜过滤处理之后的产水水质如表3所示。

表3实施例3水质分析结果

项目	进水	产水	A1标准
				悬浮物含量，mg/L	31.5	0.93	≤1
油含量，mg/L	29.8	0.86	≤5
				悬浮固体粒径中值，μm	4.5	0.97	≤1

实施例4

1、油田采出水的预处理

将油田采出水依次经过重力沉降处理、混凝沉降处理和生化处理对采出水进行除油、除杂等预处理，制得的预处理后的水流的水质即第一级膜过滤处理的进水水质如表4所示。

2、膜过滤处理

本实施例中载体式炭膜膜芯的主体11上共开设有1010个截面为园形的过滤通道12和产水通道13，过滤通道12、产水通道13的直径为3mm，如图11、12所示。本发明实施例的膜芯主体1为圆柱体，其直径14cm、长度90cm，相邻两排产水通道13之间间隔3排过滤通道12，在圆柱状膜芯主体1的外侧对应于产水通道3的相应位置处，在离膜芯主体1的两个端面16的距离为15cm的范围外通过锯、钻、磨、刨或其它已知方式沿着主体11的纵向方向开设的2个导流槽14，将同一排产水通道13分割成3段，同一排位置上每个导流槽14的长度为20cm，导流槽之间的间距为20cm，导流槽的高度为3mm，即每个导流槽沿着圆柱体主体的纵向方向的长度为20cm；沿着主体纵向方向相邻两个导流槽之间的间距为20cm；沿着圆柱状主体11的径向方向的高度为3mm，导流槽的高度与产水通道的直径之比为100:100。

实施例中第一级膜过滤处理过程中膜组件的膜芯主体11上过滤通道12内的过滤层15的过滤精度为1μm，将膜芯1装入中空的金属外壳2中，密封圈8安装在膜芯两端的密封区17区域内，将膜芯与外壳密封，膜芯的一个端面16通过法兰10与上端盖3连接，上端盖3的另一端与进水管5连接；膜芯的另一个端面16通过法兰10与下端盖4连接，下端盖4的另一端与浓水出水管6连接；将膜组件的进水管5与预处理后的水流连接。

预处理水流通过进水管5流入一级膜组件，以错流方式进行第一级膜过滤处理，其中，控制第一级膜过滤处理的进水压力为0.4MPa，调节从浓水出水管6流出的浓水循环流量，控制一级膜过滤处理过程中膜面流速为1.8m/s，浓水压力0.3MPa；同时调节一级膜过滤处理的浓水排放量，使得一级膜过滤处理的水收率为97%，一级膜过滤处理的产水的压力为0.18MPa，跨膜压差为0.17MPa。经过一级膜组件过滤后的产水从膜过滤组件的产水导出口流出。产水水质如表4所示。

表4实施例4水质分析结果

项目	进水	产水	A1标准
				悬浮物含量，mg/L	11.8	0.95	≤1
油含量，mg/L	6.7	0.75	≤5
				悬浮固体粒径中值，μm	3.6	0.91	≤1

Claims (8)

1.一种油田回注水的精制方法，其特征是包括采用载体式膜组件对油田采出水进行至少一级膜过滤处理，所述载体式膜组件包括：膜芯(1)、外壳(2)、上、下端盖(3、4)、进水管(5)、出水管(6)和产水导出口(7)，其中：

所述膜芯包括：

膜过滤支撑体主体(11)；

成排分布于主体上，并且沿着主体的纵向贯通所述主体的过滤通道(12)，并且每排过滤通道相互平行；

成排分布于主体上，沿着主体的纵向延伸的产水通道(13)，相邻两排产水通道之间间隔1-10列过滤通道，并且产水通道位于主体的两个端面的开口封闭，产水通道与所述过滤通道相互平行；

开设在主体侧壁上的导流槽(14)，所述导流槽为贯通主体的通孔，在沿主体的纵向方向上与同一排产水通道间隔排列，收集产水通道内的产水，其中，对应于同一排产水通道，沿主体纵向方向分布1-10个导流槽，且导流槽的高度与产水通道的高度之比为10-150:100；

所述外壳为中空的圆柱状或直棱柱体，套设在膜芯的***；

所述上、下端盖，分别设置于外壳的上、下部，其中，下端盖与进水管连接，上端盖与浓水出水管连接；

所述产水导出口，开设在外壳外侧，用于将经过过滤后的产水导出膜组件。

2.如权利要求1所述的精制方法，其特征是所述膜过滤处理过程中的载体式膜组件的过滤精度为0.001-100μm。

3.如权利要求1所述的精制方法，其特征是采用错流方式进行所述的膜过滤处理。

4.如权利要求1所述的精制方法，其特征是还包括对油田采出水进行预处理后再进行所述的膜过滤处理。

5.如权利要求4所述的精制方法，其特征是预处理后的油田采出水的水质为含油量≤50mg/L，悬浮物含量≤50mg/L。

6.如权利要求1-5任一所述的精制方法，其特征是所述主体(11)垂直于纵向方向的截面呈圆形、椭圆形、长方形、正方形、正多边形或多边形。

7.如权利要求1-5任一所述的精制方法，其特征是所述过滤通道(12)、产水通道(13)的垂直于纵向方向的截面呈圆形、椭圆形、长方形、正多边形或者其它多边形。

8.如权利要求1-5任一所述的精制方法，其特征是所述过滤通道(12)的内壁还组装有过滤层(15)。