氣田不含醇采出水絮凝沉降處理技術

馬 杰

（中石化華北油氣分公司采氣二廠，陜西 咸陽 712000）

氣井開采過程地層見水后須要實施排水采氣工藝，以降低井筒積液恢復氣井產能。隨著氣田的不斷開發，采出地層水量越來越大，給水處理帶來了極大的壓力[1]。由于氣藏地質條件及成藏環境差異，不同地層采出水水質有一定的差異，含有固體懸浮顆粒、微生物、溶解氣及金屬離子等，受環保要求，這些采出地層水不能直接排放到自然環境，否則將會給自然環境及植被造成嚴重的危害。由于采出天然氣中含有水，受溫度及壓力影響會產生水合物，水合物的產生將會堵塞輸氣管道，給氣田的安全生產帶來嚴峻挑戰[2]。因此，目前主要采取井口加熱、投放水合物抑制劑和井下節流降壓開采等手段來避免水合物的產生[3]。井口加熱方式由于影響范圍有限，對于長距離輸氣管道而言，無法做到良好的控制。加入水合物抑制劑主要為向采出的氣水混相中加入甲醇，但造成了采出水含醇的污染，給采出地層水的處理加大了工藝難度。井下節流則通過降低井口氣水混相壓力及溫度，從而避免天然氣水合物的生成，但對于低產井則適用性較差[4]。

目前對于不含醇采出地層水處理工藝主要采用自然沉降、過濾、回注的措施流程，首先將地層采出水泵注入調節罐，以此除去地層水中大量的固體懸浮顆粒和含油物質，然后通過泵注和增壓方式通過過濾器，進而除去部分固體懸浮顆粒和少量油，然后進入凈化水罐，通過回注泵回注入地層。由于地層采出水量越來越大，原有自然沉降罐無法滿足日益增加的水處理量，同時由于地層水在調節水罐中的沉降時間縮短，從而造成污水中固體懸浮顆粒的脫除率大大降低[5]，更多的雜質進入了過濾裝置，給過濾裝置帶來了較大的處理壓力，從而造成處理后的水質變差，形成過濾網堵塞、腐蝕、結垢等問題。基于上述問題，在現有水處理裝置基礎上開展了不含醇污水處理工藝優化，使得處理后的水質符合《氣田水回注方法》（SY/T 6596—2004）相關指標要求，即懸浮顆粒小于15 mg·L-1、含油量小于30 mg·L-1。

1 水質檢測及分析

1.1 水樣采集

水樣準確的收集是確保實驗檢測結果準確性的重要環節，因此須要確定適當的采樣位置、采樣時間和采樣方式。根據陜北某氣田實際情況，確定采樣地點為卸車池處、調節水罐、過濾器出口、回注水泵處4 個地點，采樣時間定為每隔3 天采樣一次，持續30 天，即取樣10 次。為滿足分析需要，每次每個取樣地點取樣2.5 L，共計取樣40 個。

1.2 實驗藥品及設備

實驗試劑：石油醚、鹽酸、鄰苯二甲酸氫鉀、混合磷酸鹽、硼砂、去離子水、無水碳酸鈉、氫氧化鈉、氫氧化鈣、雙氧水、高錳酸鉀、氯酸鈉、聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁、聚合硫酸鐵、殼聚糖、聚丙烯酰胺、腐生菌測試瓶。

實驗設備：電子天平、干燥箱、激光粒度儀、pH 計、烘箱、過濾裝置、真空泵、X 射線衍射儀、紫外分光光度儀、攪拌器、蒸發皿、恒溫水浴鍋等。

1.3 水質分析檢測結果

1.3.1 固體懸浮顆粒測定對收集到的水樣進行測定分析，檢測溫度為15～30 ℃，結果如表1所示。

表1 采出水固懸含量檢測結果 mg·L-1

對過濾得到的固體懸浮顆粒雜質進行收集后烘干，發現不同取樣地點得到的懸浮固體顆粒外觀、顏色有一定差異，說明雜質成分有了較大的變化。部分懸浮顆粒呈現出灰色特征，主要為巖石顆粒；部分呈現出黃色，主要為泥沙和鐵氧化物（圖1）。

圖1 采出水過濾固體懸浮顆粒雜質

1.3.2 含油量測定

采樣紫外分光光度法對地層采出水進行含油量測定分析，檢測結果表明采出水平均含油量值在124～289 mg·L-1之間，且含油量變化幅度較大，不同取樣時間測得結果相差較大，這與地層采出水中含油量波動較大有關。回注水泵檢測點測得含油量分布在89～185 mg·L-1之間，相對卸車池取樣點分析得到的含油量有所降低，但總體含油量仍然較高。出現上述現象原因為目前處理工藝中未對地層水的含油進行良好的脫除，導致罐內始終存在著一定的油污，另一方面過濾器材質除油效果一般。

1.3.3 pH 測定

pH 值是地層水溶液酸堿度的衡量標準，用于分析地層水腐蝕性及指導后期水處理方案。實驗中對水樣pH 值進行測定，結果表明，水樣pH 值總體在4.5～7.0 之間，大部分水樣pH 值分布在5.5～6.5之間，pH 值呈現出酸性特征，因此在水處理過程中可以加入pH 調節劑來降低采出地層水的腐蝕性。

1.3.4 細菌數量的測定

實驗分析了水樣中對鐵細菌（FB）、腐生菌（TGB）、硫酸鹽還原菌（SRB）數量，測定結果表2所示，分析得到3 種細菌數量基本維持在102～103個·mL-1，根據一般經驗表明，該細菌的量基本不會引起細菌對管道的腐蝕和產生的二次沉淀產物對地層的堵塞。

表2 采出水水樣中細菌數量分析結果

2 絮凝沉降工藝優化

2.1 絮凝沉降方案

絮凝沉降是向待處理污水中加入絮凝劑，使得污水中的膠體顆粒形成絮體，再通過重力作用使得絮凝體與水相產生分離，從而去除污水的固相顆粒[6]。絮凝過程包括凝聚和絮凝兩個階段，凝聚是膠體顆粒脫穩后形成較小的凝膠體的過程，絮凝是形成的小型凝膠體逐漸變成大型絮凝物的過程。在極性物質和電解質作用下，小型膠體顆粒表面的電荷被中和，顆粒之間的作用力逐漸降低，形成大的絮凝體。絮凝實驗分析過程每次處理水量按照500 mL 為統一標準，在常溫、常壓下開展實驗，處理時確保水質均勻。

2.2 pH 調節劑篩選

首先需要對待處理污水進行pH 調節，以確保水質具有較好的酸堿平衡性，選擇氫氧化鈉、氫氧化鈣及碳酸鈉3 種藥劑分析對該區域地層采出水的調節效果，實驗結果如表3所示。

表3 pH 調節劑篩選實驗結果表

分析認為氫氧化鈣將Ca2+引入采出水后，容易引起地層水結垢，對比pH 調節效果，最終選擇氫氧化鈉將采出水pH 調節到7.0～7.5 范圍。

2.3 絮凝劑篩選

在充分考慮經濟效益及成本的前提下，本次實驗選擇無機絮凝劑聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁和聚合硫酸鐵，有機絮凝劑選擇殼聚糖和聚丙烯酰胺，對水樣進行絮凝沉降實驗，結果如表4所示。

表4 絮凝劑篩選實驗結果表

實驗結果表明，無機絮凝劑處理效果聚合硫酸鐵>聚合氯化鋁>聚合硫酸鋁，有機絮凝劑中聚丙烯酰胺略好于殼聚糖的絮凝效果。在實際應用絮凝劑過程可考慮進行復配，加入2 種甚至2 種以上的絮凝劑對采出地層水進行處理，將起到更好的效果。

3 結束語

1）對區塊采出地層水水質分析實驗表明固體懸浮顆粒、含油量較高，均不滿足回注地層的相關水質指標要求，這是由于采出水量過大，采出水在調節池內處理時間較短而產生。因此，將現行的自然沉降改為絮凝沉降工藝，更好地起到了對采出地層水的處理效果。

2）通過實驗分析選擇氫氧化鈉為采出水pH 調節劑，在沉降池內將待處理污水調節到7.0～7.5 范圍，將有利于后續污水處理。從現有的絮凝劑中篩選出聚合硫酸鐵和聚丙烯酰胺作為最佳的無機和有機絮凝劑，并投放入沉降池內進行絮凝沉降。