川东北地区采气废水处理工艺技术探讨 10页

川东北地区采气废水处理工艺技术探讨　　【摘要】根据川东北气井产水情况及采出水水质特点，结合特殊的地形地貌条件对比分析认为回注是采气废水最经济、有效的处理方法。该文在现有回注处理工艺基础上，针对某些边远气井采气废水处理存在“建设输水管道投资大，罐车拉运受制于道路、油地关系等因素且运行成本高”等问题，探索一种已在国内某油田成功应用的多功能一体化水处理设备，将边远井采气废水处理工艺流程优化为“三相分离器→除油沉降罐2具（1用1备）→多功能一体化水处理器→罐车拉运至回注井”，可达到优化简化流程、降低处理成本之目的。【关键词】川东北边远气井采气废水工艺技术探讨川东北是中石化在四川盆地的重要气源地之一，西南油气分公司所属的HB、MLB及YB气田均有不同程度产出地层水、凝析水及储层改造未返排残酸等采气废水的气井。水中含大量的盐类（即矿化度高）、悬浮颗粒及油，部分井采气废水中还含硫，而且产水周期长、采出水量较大，若得不到有效处理，不但污染环境还会影响气井正常生产。10n此外，川东北为典型的山区地貌，各气田、油气井（尤其边远井）间交通距离很远，采出水系统极为分散，不同气井采出水量及水质差异很大，对水处理工艺的选择和流程布局带来不小的难度。1川东北采气废水现状及水质特点1.1采气废水现状及趋势目前，区内在产气井36口，产气量约3×108m3/a，其中产水气井17口，单井产水量0.2-184m3/d，采出水总量360m3/d。YB海相高含硫气田投产（预计2015年）后，各类气井近80口，天然气产能约40×108m3/a，采气废水总量近1000m3/d（目前，HB与MLB气田产水总量约为330m3/d；YB高含硫气田预计产水总量400m3/d）。HB气田开采年限不足10年，气井生产平均水气比高达17.8m3/104m3，即每采出1×104m3气将带出17.8m3废水。不难看出，川东北带水采气和排水采气井将逐渐增多，且随开采程度不断深入，产水气井将逐渐增多，单井产水量及采气废水总量会越来越大，因此采气废水的处理是气田正常开发面临的重大问题之一。1.2采气废水的水质特点采气废水指采气过程中随天然气一同带出地面的各种废水，主要为地层水与凝析水，但川东北大多气井投产前经过酸化、压裂等储层改造措施，残留在地层中的作业液，使气井采出水成分更加复杂、水质进一步恶化。10n例如YB9井6836-6857m1个水样分析结果为：臭鸡蛋气味的黑色不透明液，水型为CaCl2型，氯根37597.92mg/l，总矿化度58133.12mg/l。综合分析认为，川东北气井采气废水具有矿化度高，Cl-含量达几千至几万毫克每升；水质呈酸性，某些气井中-高含硫及油；固体悬浮物（SS）含量超标，在温度、压力等条件发生变化时有结垢产生沉淀的可能。2川东北采气废水的处理现状采气废水处理方法的选择要根据水质特点、产水规模及国家或地方对水排放量、各类污染物的浓度要求、受纳水体的环境质量规定而定。采气废水的处理方法虽然很多，但对于川东北气井因为水质特点、现场条件（气井分散在广大的山区）、处理目标及成本控制等客观原因的制约，采气废水处理经济有效的方法也是非常有限的，大致有以下2种。2.1就近处理达标后外排若产水气井比较集中、采气废水成分又相对简单，则就近建立污水处理站，废水从井场管输至污水处理站，处理达标后直接排入地面水系或农灌水系。此方法虽然投入成本低，但常因排放废水达不到环保要求，对气井附近居民的生产、生活带来隐患，甚至因外排水质不达标（国家《污水综合排放标准》一级标准），被地方环保部门勒令停产并处以重罚。2.2集中处理后回注地层10n采气废水由罐车拉远或者管输至污水处理站集中处理，符合回注地层水质要求后，再管输至回注井并灌注地层，这是一种非常经济、高效解决污水问题的办法，特别适用于产气量大、产水量多的气井。此外，川东北目前有较多地层渗透性好、井下层位空间大、井口残余压力小的生产晚期或已枯竭井，这对采气废水回注提供了极大的便利，极大的降低了采气废水治理的投入成本。对于某些比较偏远的边远井，在井站单独建立污水处理流程或增建污水外输管道都是不经济的，常用的做法是罐车拉运采气废水至污水处理站。此法虽然投入资金较少，但对于川东北农村山区常因路面垮塌、油地关系等原因造成的交通不畅，导致采气废水无法外排而致使气井被迫关井，所以并非长久之计。3川东北采气废水回注处理工艺对比分析认为回注是采气废水处理最经济、有效的方法，环境影响小、投资与处理成本低。针对川东北气井采气废水水质特点，若不经任何处理直接回注必然造成注水系统腐蚀或堵塞、地层储层物性变差甚至出现堵塞。因此，回注的主要工作在于水的预处理方面，重点解决机械杂质对地层的堵塞，控制悬浮颗粒的总量和粒径，保证一定的回注水水质，才能达到预期的注得进去、注入量大。3.1采气废水回注处理工艺10n采气废水回注处理工艺必须考虑：回注水与地层水配伍性、降低投资及运行的成本、设备性能可靠并易于维护、减少处理过程带来二次污染及各集成单元的迁移性等因素。川东北目前在用的工艺技术流程为：采气废水→拉运或管输至处理站→加药→沉降池→粗过滤→精细过滤→加入杀菌剂→净水储存罐→增压泵加压→注入井（图1）。3.2边远井采气废水处理工艺探讨针对某些边远气井，建设输水管道投资大、罐车拉运的运行成本高，本着“优化简化流程、降低处理成本”的思路，该文探讨了一种多功能一体化采出水处理设备。主要由含油污水处理装置和多功能一体化气井采气废水处理器组成，前者主要是降低污水浊度以防止堵塞后续装置的滤层，同时可以去除浮油、泥砂等杂质，并对水进行预氧化处理；后者是利用水溶气后进入过滤罐涡流器中进行向心气浮除油、混凝，除油后的污水进填料迷宫中进行微涡旋除污降浊，降浊后的水进行精细过滤，过滤后的水再次进行电极的加强处理（图2）。　　3.2.1主要工作原理（1）溶气增氧用于脱硫与除铁。采气废水经过溶气增氧后，溶解氧将水中的硫化物氧化成危害较轻的硫代硫酸根、硫酸根、水和氢氧根，有机硫化物被氧化成难溶二硫化物从水中分离出去，反应式如下：同时，溶解氧可将水中的二价铁离子氧化成氢氧化三铁沉淀，从而将铁去除，其反应式为：10n（2）向心气浮除油原理。溶气废水进入罐涡流器特殊轨迹的流道，产生涡流旋转，通过涡流旋转产生的离心力将油气向内圆运移、聚集后，气体浮力将油上浮至罐顶经收油口进行回收，从而去除废水中的浮油及分散油。（3）涡旋除污降浊原理。特殊的吸附聚集填料迷宫产生微涡旋，可将90%以上直径小于2μm的颗粒聚结成大颗粒和大油珠，油珠上浮去除，颗粒过滤去除。（4）过滤净化原理。粗、细两级纤维球一体过滤，可以去除90%以上的颗粒和乳化油，过滤介质可根据用户出水要求进行选配，确保达到出水水质要求。（5）防垢、除垢原理。过滤后的水流经高压电极时进行高压电场极化处理，水中溶解粒子表面电荷增强，使其变成带超级电荷粒子，带相同电荷的粒子相互排斥，避免其相互聚集、析出沉淀，从而起到防垢作用。同时，带电粒子在装置内变成超级电荷后，随水流经过固有的垢时，水中超级带电粒子将其电荷转移至垢层表面粒子，使其也带有相同的电荷而相互排斥，最终从固有垢层脱离，重新回到溶液中，随着水流流走，由此去除设备和管网上的被。（6）杀菌原理。在进水管上进行溶气增氧用以抑杀硫酸盐还原菌（SRB），另外高压电极可以产生・O2-、H2O2及・10nOH等活性氧物质，通过与菌类生物表膜或DNA作用，达到有效地杀灭细菌目的。（7）缓蚀原理。多功能一体化水处理器中，进行溶气增氧杀灭SRB，以避免发生点蚀现象而发生均匀腐蚀。同时，由于电极棒不断向水体释放电子，提高水的碱度而降低腐蚀。主要原理：①水中产生・O2-、H2O2及・OH等活性氧物质，对无垢系统中的金属表面产生钝化保护层；②O2-、H2O2及・OH等活性氧物质可以杀除水中的细菌，降低细菌腐蚀；③电极向水体释放电子起到了阴极保护作用；④除硫过程中生成OH-提高pH值，可降低水的腐蚀性；⑤在电极的作用下发生O2+2H2O+4e→4OH-，减少氧对设备管网的腐蚀。（8）滤料涡流冲洗再生原理。独立滤料循环反冲洗再生系统，反冲洗滤料在罐内外循环的同时滤料也在罐内进行涡流旋转，过滤罐结构上不留反冲洗死角，反冲洗彻底、抗污染能力强，杜绝滤料板结现象。反冲洗强度低（≤3.6L/s・m2）、用水量少，可有效控制滤后水回流，提高系统效率，节能降耗显著。下出上进滤料循环方式，有效缩短滤料反冲洗再生时间（一般不超过15分钟）。3.2.2处理工艺流程10n针对川东北边远气井采气废水回注处理，管输至污水处理站则管道建设投资巨大；罐车拉运的运行成本高，受道路不畅、油地关系等因素制约，且直接拉运原水尤其含硫原水有较高风险。基于前述问题，按照优化处理流程、提高处理效果的思路，应用多功能一体化水处理设备，工艺流程优化为“三相分离器→除油沉降罐2具（1用1备）→多功能一体化水处理器→罐车拉运至回注井”，减少了混凝沉降罐的处理环节（图3）。某油田因原水矿化度较高（100g/l）及污水处理系统后续工艺不完善，处理后水质指标长期徘徊在含油60-80mg/l、悬浮物40-60mg/l、总铁16-20mg/l。应用多功能一体化处理设备优化处理工艺流程后，含油、悬浮物均在10mg/l以内，总铁含量下降到4-7mg/l。说明，采用该设备对边远井采气废水回注工艺流程进行优化，有较好经济效益和应用前景。4结语（1）目前川东北采出水总量360m3/d，且随采出程度的增加，产水气井将逐渐增多，采气废水量会越来越大。水质特点：含大量的盐类、SS含量超标、部分井采气废水中-高含硫及少量油，在温度压力等条件变化时可能结垢产生沉淀，产水周期长、采出水量较大。10n（2）川东北地区采气废水常见处理方式有：就近处理达标后外排与集中处理后回注地层，对比分析认为回注是采气废水处理最经济、有效的方法。由于地处典型山区地貌，各气井（尤其边远井）间距离远，采出水系统分散且产水量及水质差异大，对水处理工艺的选择和流程布局带来不小的难度。（3）回注的主要工作在水的预处理方面，在用的处理工艺技术流程为“采气废水→拉运或管输至处理站→加药→沉降池→二级过滤→加入杀菌剂→净水储存罐→增压泵加压→注入井”。针对某些边远气井，建设输水管道投资大、罐车拉运的运行成本高且受制因素较多，本着“优化简化流程、降低处理成本”的思路，探索了一种多功能一体化采出水处理设备，将工艺流程优化为“三相分离器→除油沉降罐2具（1用1备）→多功能一体化水处理器→罐车拉运至回注井”。（4）多功能一体化采气废水处理设备体积小（占地面积少），自动化程度较高，现场操作简单；处理流程简单，且不需投加药剂，可有效减少采出水处理环节，降低工程投资和运行成本；由于具有除油、过滤、防垢、缓蚀、杀菌及自动反冲洗等功能。该设备已在国内某油田成功应用，处理效果良好，在边远井采气废水处理中有较好的应用前景。参考文献：[1]蒋晓蓉，黎洪珍.川东气田水处理成本分析及控制[J].南方油气，2004，17（2）：66-68.[2]叶燕，高立新.对四川气田水处理的几点看法[J].石油与天然气化工，2001，30（5）：263-265.10n[3]王政，唐春凌，胡金燕，等.油气田废水地下灌注技术及其环境风险分析[J].石油钻采工艺，2010，32（增刊）：162-164.[4]刘倩，唐建荣，喻宁.气田水回注处理工艺技术探讨[J].钻采工艺，2006，29（5）：59.[5]李和，张哨楠，徐亮，等.铁山坡气田回注层位论证及回注井选择[J].天然气勘探与开发，2009，32（2）：25-26.10