高含硫氣田水池惡臭防治技術的設計與實踐研究

摘要：針對魯西北地區(qū)高含硫氣田水池惡臭處理難題，提出進水緩沖、親水泡沫隔絕及尾氣脫硫的綜合處理技術。該技術在TD85井成功應用，連續(xù)運行125 d，處理惡臭氣體16 500 m3，降低氣田水來水沖擊負荷74.9%，液面覆蓋率達到90.5%。處理后，硫化氫、甲硫醇等污染物的濃度均達到《惡臭污染物排放標準》（GB 14554—1993）。該技術有效降低氣田水池惡臭氣體逸散，具有良好的環(huán)境效益和經濟效益。

關鍵詞：高含硫；氣田水池；惡臭防治

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）01-0-03

Design and practical research on odor prevention and control technology for high sulfur gas field water tanks

Abstract： In view of the problem of odor treatment of high sulfur gas field tanks in Northwest Shandong， a comprehensive treatment technology of water buffer， hydrophilic foam isolation and tail gas desulfurization is proposed. This technology has been successfully applied in the TD85 well， running continuously for 125 d， treating 16 500 m3 of odorous gas， reducing the impact load of incoming gas field water by 74.9%， and achieving a liquid level coverage rate of 90.5%. After treatment， the concentrations of pollutants such as hydrogen sulfide and methyl mercaptan reach the Emission Standards for Odor Pollutants （GB 14554—1993）. This technology effectively reduces the emission of odorous gases from gas field water tanks， and has good environmental and economic benefits.

Keywords： high sulfur content; gas field water tank; odor prevention and control

氣田水是天然氣在地下儲層中與地下水長期共存伴生的產物，天然氣開采過程中，隨著儲層壓力的降低，儲層中的地層水或氣體冷凝形成的水被一同帶出[1]。魯西北地區(qū)氣田均為高含硫氣田，氣田水含有硫化氫（H2S）、甲硫醇（CH3SH）和甲硫醚（C2H6S）等混合惡臭氣體。油氣水三相分離裝置可將高含硫氣田水從天然氣和油中分離出來，分離后的氣田水排入氣田水池。氣田水池中的惡臭氣體不僅污染環(huán)境，還可能對氣田水池作業(yè)人員健康造成傷害，甚至威脅其生命，影響氣田正常開發(fā)[2]。因此，必須對氣田水池中的惡臭氣體進行有效防治。以魯西北地區(qū)氣田水池惡臭氣體為例，針對高含硫、高濃度及多組分等特點提出一種創(chuàng)新型惡臭氣體防治技術。該技術將進水緩沖、親水泡沫液面隔絕及尾氣脫硫等工藝集成在氣田水池系統(tǒng)內，從而有效處理惡臭氣體。惡臭氣體處理后，各指標滿足《惡臭污染物排放標準》（CB 14554—1993），確保高含硫氣田實現(xiàn)清潔生產，環(huán)境效益和社會效益顯著。

1 高含硫氣田水池惡臭來源及特征

1.1 高含硫氣田水來源

魯西北地區(qū)共有15個氣田、10個含氣構造，當前已投產的含氣構造有8個。其中，出水氣田有6個，產地層水的含氣構造有2個，出水井有52口，年產氣田水約2萬m3，氣田水實現(xiàn)100%回注。根據(jù)傳統(tǒng)的氣田水處理方案，先將氣田水臨時儲存在設計的氣田水池中，然后采用管線、罐車等措施將氣田水輸送至氣田水轉運站，在氣田水轉運站對氣田水進行回注處理。氣田水含有硫化氫、甲硫醇和甲硫醚等惡臭物質，在輸送轉運過程中，氣田水中的惡臭物質可通過進水狀態(tài)時的物理作用和水池內的閃蒸作用兩種方式進行釋放。

1.2 高含硫氣田水池惡臭特征

魯西北地區(qū)氣田所產氣田水含鉆井、試油、修井及氣井生產過程中的伴生水，氣田水來源廣，類型多，成分復雜，處理難度大[3]。另外，氣田生產過程中加入緩蝕劑、起泡劑、消泡劑和防垢劑等，導致惡臭氣體組分復雜、濃度高且分離難度極大。根據(jù)TD85井氣田水池內氣田水無組織廢氣監(jiān)測結果，揮發(fā)性有機物、氨、二硫化碳、非甲烷總烴、二甲二硫、甲硫醇、甲硫醚和硫化氫的濃度分別為6.49、2.6、15.8、52、1 060、3 560、2 590、22 300 mg/m3，參照《惡臭污染物排放標準》（CB 14554—1993）的限值，硫化氫、甲硫醇和甲硫醚的平均超標倍數(shù)分別為37萬倍、52萬倍和3.4萬倍，因此氣田水池惡臭氣體目標污染物主要為硫化氫、甲硫醇和甲硫醚。

1.3 高含硫氣田水池惡臭處置現(xiàn)狀

魯西北地區(qū)氣田水的惡臭處理經歷直接排放、直接燃燒、稀釋擴散和密閉處理等階段。隨著環(huán)保要求日趨嚴格，目前普遍采用密閉處理并通過呼吸管排放氣體，但仍存在問題。氣田水中的硫化氫、甲硫醇、揮發(fā)性有機物和甲硫醚等惡臭氣體超標，處理復雜且成本高，尾氣難以達標。此外，酸性氣體引起設備和管線腐蝕，加上鐵細菌和硫酸鹽還原菌的作用，設備加速損壞。密閉性不足還導致惡臭氣體逸散，污染環(huán)境并威脅工作人員的安全[4]。

2 高含硫氣田水池惡臭處理技術研究

2.1 氣田水進水系統(tǒng)優(yōu)化

高含硫氣田水池具有特殊性，其底部含有部分污泥及沉淀物。在氣田水密閉輸送的過程中，部分硫化物及還原性物質在管道帶壓密閉環(huán)境中溶解于氣田水中，管道氣田水排進開放式氣田水池后，隨著壓力的降低，它們從氣田水中析出。部分形成含硫介質聚集于氣田水池底泥，氣田水的來水對底泥產生沖擊，由于液面飽和蒸氣壓下降，部分溶解在底泥中的硫化氫、烴類等氣體會析出，造成底泥中部分硫化氫及惡臭物質大量逸散，最終導致轉水期間惡臭氣體濃度劇增。為減少來水對底泥的沖擊，采用新型緩沖裝置改造來水管線，降低其進水沖擊負荷，根據(jù)其主要惡臭物質含量，試驗前后對氣田水池內的硫化氫含量進行監(jiān)測。

從不同水體狀態(tài)對水池內外硫化氫濃度差異的影響可知，在氣田水池未運行的靜止狀態(tài)下，其平均硫化氫含量為156 mg/m3，在來水沖擊的激蕩條件下，其硫化氫含量為1 085 mg/m3。采用新型緩沖裝置后，同等運行條件下，其硫化氫含量為272 mg/m3，較激蕩條件的硫化氫含量降低74.9%，較靜止狀態(tài)的硫化氫含量僅高出6 mg/m3，這說明新型緩沖裝置對來水沖擊大幅減弱，從而降低對底泥的沖擊，最終體現(xiàn)為硫化氫及惡臭氣體逸散量降低。

2.2 親水泡沫液面隔絕

目前，氣田水池的液面沒有經過任何處理，除水池加蓋密封外，液面直接暴露在水池空間，水體內的惡臭氣體通過氣水界面進入水池上部空間，造成氣體在水池內聚集后通過放散管到達外界環(huán)境。因此，對氣水界面進行干預，通過改變氣水界面的關系實現(xiàn)水氣分隔，消除水體中惡臭氣體進入水池上部空間的通道，降低水池內惡臭氣體產生量。

經進水緩沖器降低負荷后，氣田水均勻分布于油池、沉砂池及提升池。采用泡沫覆蓋液面，聚乙烯泡沫與氣田水的接觸面采用親水劑進行處理，形成親水表層，阻止液面表層惡臭氣體逸散。親水泡沫覆蓋后，其隔油池、沉砂池和泵提升池的覆蓋面積分別為24.3%、21.7%和36.0%，加上橫梁面積（占比8.5%），其有效覆蓋面積占液面總面積的90.5%，這說明親水泡沫的覆蓋能大幅降低惡臭氣體的逸散量。

2.3 尾氣收集及達標處置

進水方式優(yōu)化和親水表面隔絕氣水界面后，氣田水池中聚集的惡臭氣體濃度下降，進入放散管外排的惡臭氣體風量減小。但是，放散管僅通過高度差降低落地濃度，未能實質性解決惡臭問題。因此，氣田水池內逸散氣體通過離心風機進行集中收集，經脫硫后達標排放，最終消除惡臭氣體。經多種脫硫工藝比較，最終選擇氧化鐵干法脫硫技術。經進水緩沖器處理及親水聚乙烯泡沫覆蓋后，惡臭氣體逸散量大幅降低，但依舊有部分氣體逸散，因此采用離心風機對氣田水池逸散的惡臭氣體進行收集，收集后的氣體集中進入脫硫裝置進行脫硫，然后排放。

3 高含硫氣田水池惡臭處理工藝的現(xiàn)場應用

3.1 惡臭處理工藝原理及流程

針對魯西北地區(qū)氣田水池惡臭氣體處理存在的問題，采用進水緩沖+親水泡沫隔絕+尾氣脫硫的綜合處理工藝。氣田水經管道輸送后進入緩沖調節(jié)罐降低沖擊負荷，保持相對穩(wěn)定，減少惡臭氣體的析出，以便后續(xù)處理。氣田水緩沖后，采用親水表面隔絕技術對氣田水池進行物理隔絕，使氣田水池90%的液面被親水泡沫覆蓋，進一步隔絕氣田水的惡臭氣體逸散，降低后續(xù)處理負荷，提高尾氣達標率。親水表面隔絕后，氣田水池內僅有少量惡臭氣體從孔隙處繼續(xù)逸散，采用脫硫裝置進一步處理尾氣，使污染物在脫硫階段去除。最終處理后，氣體經放空管排放。其中，進水緩沖罐進水量為5～10 m3/h，進水管徑為100 mm；親水泡沫總面積為90 m2，有效覆蓋率為90%～95%。脫硫裝置進氣量為20～50 m3/h，容積為5 m3，放空管高度為5 m。

3.2 現(xiàn)場應用及效果

3.2.1 現(xiàn)場中試

2022年7月15日至11月20日，在魯西北地區(qū)TD85井氣田水回注站開展惡臭治理試驗。惡臭氣體處理量共計16 500 m3，處理后取樣，檢測污染物濃度，考察其處理效果。氣田水經進水緩沖裝置、親水聚乙烯泡沫及尾氣吸收裝置處理后，硫化氫、甲硫醇、甲硫醚、二硫化碳和氨等惡臭氣體的濃度滿足《惡臭污染物排放標準》（GB 14554—1993）。

3.2.2 耐用性測試

現(xiàn)場考察親水聚乙烯泡沫在氣田水池中的耐用性，分別取不同時期的親水聚乙烯泡沫進行性能檢測。2022年7月15日至11月20日，親水聚乙烯泡沫與液面的接觸角始終接近0°，親水效果良好，其在氣田水池中能長時間保持完好，最終浸泡后的有效覆蓋面積僅減少8.9%，這說明親水聚乙烯泡沫具有良好的耐用性。

3.2.3 經濟效益分析

采用進水緩沖、親水泡沫隔絕及尾氣脫硫綜合治理氣田水池惡臭氣體，投資費用主要由3部分組成，一是親水表面材料購置費用，二是進水緩沖裝置和放散氣脫硫裝置的處理費用，三是進水裝置和放散氣脫硫裝置的安裝費用。按照市場價格，目前，親水表面材料購置費用為150元/m2，脫硫裝置費用約為23萬元，施工費用約為2萬元。TD85井氣田水池表面積為100 m2，所需費用共計64萬元。與噴淋法、化學藥劑吸收法等大型裝置除臭法相比，一座氣田水池至少節(jié)約投資費用30萬元，且維護費用比更換脫硫劑的費用低。目前，TD85井每季度更換一次脫硫劑，全年更換脫硫劑的費用僅為3 000元，維護費用極低，經濟效益顯著。

4 結論

針對魯西北地區(qū)高含硫氣田水池惡臭氣體處理后達標難的問題，設計一種進水緩沖+親水泡沫隔絕+尾氣脫硫的復合處理工藝。當前，該技術已成功應用于TD85井氣田水回注站，連續(xù)穩(wěn)定運行125 d，共處理惡臭氣體16 500 m3。處理后，氣田水沖擊負荷可以降低74.9%，液面有效覆蓋面積為90.5%，硫化氫、氨氣等惡臭氣體的濃度滿足《惡臭污染物排放標準》（GB 14554—1993）。該技術的現(xiàn)場應用大幅降低高含硫氣田水池惡臭氣體逸散量，工藝簡單，裝置處理效率高，安全可靠，實現(xiàn)尾氣的達標排放，不僅有效解決環(huán)境治理難題，而且節(jié)約含硫氣體治理綜合成本，具有良好的應用前景。

參考文獻

1 黃麗麗，王 亙.惡臭異味治理需求與治理技術[J].中國環(huán)保產業(yè)，2023（11）：51-55.

2 朱 虹，李婷婷，柴曉利，等.西安江村溝垃圾填埋場不同惡臭源污染釋放特征分析[J].環(huán)境污染與防治，2022（12）：1643-1651.

3 張壽強.規(guī)模化養(yǎng)豬場惡臭環(huán)境影響評價預測及防治措施[J].化工設計通訊，2021（11）：185-186.

4 袁 增，李小斌，馬伶俐，等.川東地區(qū)氣田水處理技術及工程應用[J].油氣田環(huán)境保護，2020（1）：28-33.