頁巖氣增產(chǎn)采出水處理方法研究＊

2020-06-08 08:12:48萬書宇徐冀林沈栩銳

油氣田環(huán)境保護 2020年2期

關(guān)鍵詞：水質(zhì)

萬書宇李輝劉石胡恒秦柳周鋆徐冀林沈栩銳

(1.中國石油川慶鉆探工程有限公司川西鉆探公司；2.中國石油川慶鉆探工程有限公司安全環(huán)保質(zhì)量監(jiān)督檢測研究院；3.中國石油川慶鉆探工程有限公司質(zhì)量安全環(huán)保處；4.中國石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院)

0 引言

泡沫排水采氣是從井口向井底注入某種能遇水起泡的表面活性劑，井底積水與起泡劑接觸后，借助天然氣流的攪動，生成大量低密度水泡沫，泡沫將井底積液攜帶到地面，達到排水采氣的目的[1]。此過程中產(chǎn)生的廢水為泡沫排水采氣廢水，簡稱泡排水。

近年來，由于頁巖氣工業(yè)的發(fā)展，表面活性劑廣泛使用，泡排水產(chǎn)量不斷增加，種類隨著地質(zhì)條件和構(gòu)成的不同越來越復(fù)雜[2]。頁巖氣泡排水水質(zhì)復(fù)雜，具有懸浮物高、Cl-高、可生化性差、懸浮顆粒物高、易起泡等特點[3-4]，如處理不當會對環(huán)境造成污染。因此，加強對頁巖氣泡排水處理工藝的研究，尋求一種有效、經(jīng)濟、可行的處理方法，具有一定的應(yīng)用價值和環(huán)境效益。

1 泡排水處置技術(shù)現(xiàn)狀

泡排水是一種采氣廢水，傳統(tǒng)的處理采氣廢水主要采用的技術(shù)，如絮凝沉淀[5-7]、氣浮[8]、電解[9-10]、芬頓氧化[11-12]、活性污泥法[13]和生物膜法[14]等，在處理泡排水時存在相應(yīng)的缺陷。

目前針對泡排水的研究較少[15]，研究主要針對未加表面活性劑的傳統(tǒng)采氣廢水[16]。梁兵等綜合成本和處理效果，對比打井回注、膜分離、物理化學(xué)法、生物法和蒸發(fā)結(jié)晶法，認為蒸發(fā)結(jié)晶法是處理采氣廢水最有發(fā)展前景的方法[17]。新疆地區(qū)采氣廢水常用的處理方法是將采氣廢水儲于蓄水池，利用自然蒸發(fā)實現(xiàn)廢水減量與鹽分的濃縮。但這種方法受制于當?shù)貧夂驐l件且占地面積大，易對地下水體造成污染[15]，而且泡排水具有易起泡的特性，不能平穩(wěn)蒸發(fā)。

2 試驗條件

2.1 中試裝置

中試裝置主要分為預(yù)處理和多效蒸發(fā)兩部分，具體設(shè)備見表1。

表1 中試設(shè)備

2.2 試驗水質(zhì)

中試對來自井站不同性質(zhì)的泡排水X和Y進行處理。兩種泡排水水質(zhì)差異較大，具體指標見表2。

表2 兩種泡排水水質(zhì)指標

注：*GB 8978—1996《污水綜合排放標準》一級標準；**DB 51/190—1993《四川省水污染物排放標準》。

2.3 分析方法

起泡性采用羅氏泡沫儀，50℃靜置30 s，考察泡沫高度的變化[18]。

COD分析采用GB 11914—1989《水質(zhì) 化學(xué)需氧量的測定重鉻酸鹽法》改進方法[19]。

Cl-分析采用GB/T 15453—2008《工業(yè)循環(huán)冷卻水和鍋爐用水中氯離子的測定》。

主要試劑見表3。

表3 主要試劑

2.4 試驗方法

中試工藝流程見圖1。

圖1 中試工藝流程

泡排水破乳混凝后，調(diào)節(jié)pH值，加入催化劑和氧化劑，反應(yīng)5 h；調(diào)節(jié)pH值至7～8，加入電荷中和劑和混凝劑；除硬后，經(jīng)離子交換、砂濾和活性炭吸附系統(tǒng)進入蒸發(fā)器，確保泡排水在蒸發(fā)器內(nèi)不結(jié)垢。

兩組泡排水均處理7 d，處理量4 m3/d。處理后的泡排水作為多效蒸發(fā)進水，蒸發(fā)器運行6～8 h/d。

3 處理效果

3.1 預(yù)處理

各處理單元對泡排水起泡性的影響見圖2。

圖2 各處理單元對泡排水起泡性的影響

由圖2可知，雖然兩組泡排水初始起泡性能相差較大，但經(jīng)過一系列處理后，起泡性能變?yōu)榱悖瑵M足進蒸發(fā)要求。泡排水經(jīng)破乳混凝后起泡性明顯增強，泡排水X增強近80%，泡排水Y增強近180%。這是由于在破乳混凝過程中去除了油類物質(zhì)[20]，而油類物質(zhì)具有破壞泡沫的作用[21]，因此破乳混凝后泡排水起泡性能增強。兩組泡排水在催化氧化后，起泡性能大幅下降。這是由于在催化氧化過程中，一部分表面活性劑被氧化，起泡性下降。經(jīng)過電荷中和過程，兩組泡排水起泡性能完全為零，即在50℃的條件下，向分液漏斗中注入500 mL待測液體，從450 mm高度自由流下，沖擊量筒中50 mL相同的待測液，液體相互碰撞過程中吸入空氣而產(chǎn)生泡沫，液流停止30 s時的泡沫體積為零。

各處理單元對泡排水COD濃度的影響見圖3。

圖3 各處理單元對泡排水COD濃度的影響

由圖3可知，雖然兩組泡排水初始COD濃度相差較大，但經(jīng)過一系列處理后，COD濃度降低到3 000 mg/L左右。泡排水經(jīng)過破乳混凝后COD濃度大幅降低，去除率達70%左右。謝鯤鵬等利用聚合氯化鋁處理采氣廢水，最佳條件下COD去除率達到90%以上[22]。催化氧化過程中COD濃度略有降低，主要是部分簡單有機物和表面活性劑被氧化。在電荷中和過程中，表面活性劑完全被去除，泡排水COD濃度進一步降低。在除硬過程中，泡排水COD濃度略有降低。