蘇碧云，黃 力，李善建，李曉曼

（西安石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，陜西西安 710065）

在天然氣開采過程中，隨著氣藏壓力的降低，地層水會逐漸浸入氣藏并伴隨天然氣一同被采出；為了增加天然氣產(chǎn)量，氣田大量采用排水采氣工藝，這兩方面原因使得采氣污水產(chǎn)量劇增。由于天然氣與水容易形成水合物，在天然氣集輸管線系統(tǒng)中，輕則導(dǎo)致管道流通面積的減小，重則將導(dǎo)致管道或設(shè)備的堵塞。為了抑制水合物的形成和降低水合物的冰點(diǎn)，通常在天然氣采氣井口或集輸管道噴注有機(jī)抑制劑，其中最常用的是甲醇。由于注入管道的甲醇在集氣站與天然氣分開，因此產(chǎn)生了氣田采出水。

氣田采出水經(jīng)過從天然氣集輸?shù)匠跫庸さ恼麄€(gè)過程中，發(fā)現(xiàn)其具有成分復(fù)雜、雜質(zhì)種類多的特點(diǎn)，并且不同地區(qū)的采出水具有不同成分特點(diǎn)，其雜質(zhì)種類及性質(zhì)都和氣藏地質(zhì)條件、天然氣集輸條件等因素有關(guān)?？傮w上講，氣田采出水是一種含有固體雜質(zhì)、液體雜質(zhì)、溶解氣體和溶解鹽類等復(fù)雜成分的多相混合物[1]。從環(huán)保和經(jīng)濟(jì)等方面考慮，這樣的污水直接排放會對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，對動植物造成極大的危害；同時(shí)污水中含有大量的機(jī)械性雜質(zhì)、結(jié)垢離子和大量的甲醇，直接注入地下將會造成地層堵塞[2]，從而影響油田的正常運(yùn)作和安全生產(chǎn)。

米脂天然氣處理廠主要負(fù)責(zé)子洲氣田生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含醇含油污水，采出水處理工藝主要由處理能力150 m3/d的采出水預(yù)處理系統(tǒng)、甲醇再生系統(tǒng)和污水回注系統(tǒng)三個(gè)部分組成[3]。氣田采出水先進(jìn)入污水罐和除油器除油，經(jīng)過加藥除鐵，最后通過核桃殼粗過濾器及無紡布精細(xì)過濾器去除機(jī)雜。預(yù)處理后的水樣轉(zhuǎn)入原料水罐，經(jīng)甲醇精餾塔、甲醇回收裝置后再回注井下。現(xiàn)場氣田采出水預(yù)處理系統(tǒng)加藥后污水在反應(yīng)罐中停留時(shí)間較短，經(jīng)過較短的管道簡單混合后進(jìn)入中間水罐，無法保證加藥絮凝階段除鐵效果，尤其在冬季處理水量大時(shí)，處理系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行，污水在反應(yīng)罐中幾乎不停留，導(dǎo)致雜質(zhì)未充分氧化、絮凝、沉淀，直到核桃殼過濾器和無紡布精細(xì)過濾器中才滯后析出，造成過濾裝置的堵塞和水處理能力的下降，因此要對原加藥除鐵工藝進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。

針對采出水預(yù)處理系統(tǒng)所存在的上述問題，在已優(yōu)化除鐵藥劑及加藥量的基礎(chǔ)上，需對原有的加藥除鐵工藝參數(shù)進(jìn)行再優(yōu)化，針對反應(yīng)溫度、加藥間隔、攪拌速率和靜置時(shí)間，篩選出四大條件的最優(yōu)參數(shù)，進(jìn)而在今后的加藥工藝中達(dá)到對鐵離子有效去除的目的，防止后續(xù)管線堵塞和結(jié)垢。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料與儀器

實(shí)驗(yàn)污水取自長慶油田米脂天然氣處理廠。實(shí)驗(yàn)藥劑：氫氧化鈉、雙氧水、聚丙烯酰胺（PAM，含量≥85%，相對分子質(zhì)量≥300萬）。

實(shí)驗(yàn)儀器：0.45 μm濾膜，天津津騰實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司。循環(huán)水真空泵，鞏義市科瑞儀器有限公司。721分光光度儀，上海第三分析儀器廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 絮凝實(shí)驗(yàn) 在實(shí)驗(yàn)室對米脂處理廠使用的加藥工藝進(jìn)行模擬及優(yōu)化，同時(shí)進(jìn)行效果評價(jià)。在500 mL燒杯中加入200 mL氣田采出水，加藥量為：NaOH（98%～99%）：400 mg/L～500 mg/L；雙氧水（30%）：400 mg/L～500 mg/L；絮凝劑（陽離子聚丙烯酰胺200萬）：4 mg/L～6 mg/L，加藥順序 H2O2→NaOH→PAM。

1.2.2 機(jī)雜含量的測定 機(jī)雜含量的測定采用濾膜過濾法。該方法需取水樣上清液通過已稱至恒重且平均孔徑為0.45 μm的濾膜，根據(jù)烘干過濾后濾膜的增重，計(jì)算水中機(jī)雜的含量。

1.2.3 鐵含量的測定[4]鐵含量測定采用鄰二氮菲分光光度法。在pH值為2～9的溶液中，F(xiàn)e2+能與鄰二氮菲形成紅色的鄰二氮菲-亞鐵絡(luò)合物，該紅色絡(luò)合物的最大吸收峰位于510 nm處。通過測定樣品與鄰二氮菲形成的絡(luò)合物的吸光度，然后在標(biāo)準(zhǔn)吸收曲線上查得溶液中Fe2+的含量，進(jìn)而計(jì)算水樣中Fe2+的含量。

總鐵含量測定：取待測水樣加入一定量的鹽酸羥胺，使水樣中的Fe3+還原為Fe2+，然后調(diào)節(jié)pH值在5左右，加入鄰二氮菲，測定鄰二氮菲-亞鐵絡(luò)合物的吸光度，最后在標(biāo)準(zhǔn)吸收曲線上查得溶液中Fe2+的含量，計(jì)算水樣中總鐵的含量。

Fe2+含量測定：取待測水樣后，調(diào)節(jié)其pH值在5左右，再加入鄰二氮菲，即形成紅色的鄰二氮菲-亞鐵絡(luò)合物，然后測其吸光度，最后在標(biāo)準(zhǔn)吸收曲線上查得溶液中Fe2+的含量，計(jì)算水樣中Fe2+的含量。

Fe3+含量測定：Fe3+含量等于總鐵含量與Fe2+含量之間的差值。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 現(xiàn)場加藥模擬

模擬現(xiàn)場的加藥工藝，考察現(xiàn)場加藥工藝的除鐵效果，實(shí)驗(yàn)所用藥品（見圖1），加藥量為：NaOH（98%～99%）：400 mg/L～500 mg/L；雙氧水（30%）：400 mg/L～500 mg/L；絮凝劑（陽離子聚丙烯酰胺1 200萬）：4 mg/L～6 mg/L，加藥順序H2O2→NaOH→PAM?，F(xiàn)場加藥效果評價(jià)結(jié)果（見表1），可以看出經(jīng)現(xiàn)場加藥方案處理后的水樣中Fe3+含量為60.21 mg/L，加藥除去41.68%的鐵離子，但遠(yuǎn)高于5 mg/L的回注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[5]。機(jī)雜含量由780 mg/L降至440 mg/L，絮凝沉降43.59%的雜質(zhì)，與回注水水質(zhì)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的10 mg/L有較大差距[6]。

需對絮凝除鐵的反應(yīng)溫度、加藥間隔、攪拌速率和靜置時(shí)間等工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，增加反應(yīng)溫度，機(jī)雜的絮凝沉降速度會隨著溫度的升高而增加[7]，但較高的溫度會阻礙Fe2+氧化為Fe3+。適當(dāng)延長加藥間隔，即為延長了反應(yīng)時(shí)間，可以使各藥劑在污水中絮凝除鐵的反應(yīng)更加充分。增加攪拌速率使得除鐵藥劑可以更快地與污水離子接觸、反應(yīng)，但過快的攪拌速率可能會破壞剛形成的絮體結(jié)構(gòu)，可能會導(dǎo)致污水中機(jī)雜含量不降反增[8]。

圖1 米脂處理廠現(xiàn)場藥品

表1 現(xiàn)場加藥絮凝效果評價(jià)

2.2 加藥反應(yīng)溫度優(yōu)化

在保持加藥間隔、攪拌速率、靜置時(shí)間不變的條件下，為考察溫度對絮凝效果的影響，溫度變化依次設(shè)置為20℃、30℃、40℃、50℃，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖2）。由圖2可以看出隨著溫度上升，水樣中Fe3+含量迅速下降，且在40℃時(shí)達(dá)到最低，隨后溫度上升Fe3+含量緩慢增加。機(jī)雜的絮凝沉降速度隨著溫度的升高而升高，但考慮到對大量污水進(jìn)行加熱的經(jīng)濟(jì)成本，因此加藥反應(yīng)的溫度控制在40℃為宜，此時(shí)Fe3+含量降至23.4 mg/L，機(jī)雜含量可達(dá)372 mg/L。

圖2 溫度對加藥絮凝效果的影響

2.3 加藥間隔優(yōu)化

在保持溫度40℃且攪拌速率、靜置時(shí)間不變的條件下，為考察加藥間隔對絮凝效果的影響，加藥間隔依次設(shè)置為20 s、40 s、60 s與無間隔。實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖3），隨著加藥間隔的增加，F(xiàn)e3+含量呈直線下降趨勢，因此間隔時(shí)間越長采出水中的Fe2+氧化越徹底，NaOH與絮凝劑對Fe3+的絮凝效果越明顯。機(jī)雜含量在加藥間隔為20 s時(shí)最低，且隨著加藥間隔的延長，采出水中機(jī)雜含量有少量增加。故取加藥間隔60 s為宜，此時(shí)Fe3+含量降至2.1 mg/L，機(jī)雜含量可達(dá)310 mg/L。

2.4 攪拌速度優(yōu)化

在保持溫度40℃、加藥間隔60 s和靜置時(shí)間不變的條件下，為考察攪拌速率對加藥反應(yīng)絮凝效果的影響，設(shè)置攪拌速率依次為：200 r/min、300 r/min、400 r/min、500 r/min。實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖4），可以得出隨著攪拌速率的增加Fe3+含量先緩慢增加，接著在400 r/min后迅速下降；而采出水樣機(jī)雜含量在200 r/min～300 r/min大量減少，300 r/min有微量波動。但總體來看，在攪拌速率為500 r/min時(shí)，三價(jià)鐵的含量達(dá)到最低，同時(shí)機(jī)雜的含量也較低，其效果也是最好的，故選擇攪拌速率為500 r/min，此時(shí)Fe3+含量降至5.7 mg/L，機(jī)雜含量可達(dá)220 mg/L。

2.5 靜置時(shí)間優(yōu)化

圖3 加藥間隔對加藥絮凝效果的影響

在保持40℃、加藥間隔60 s、攪拌速率500 r/min的條件下，改變靜置時(shí)間考察其對絮凝效果的影響，將靜置時(shí)間設(shè)置為 20 min、30 min、40 min、50 min，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖5），由圖5可知隨著靜置時(shí)間的延長，采出水水樣中的Fe3+含量先緩慢上升，30 min后持續(xù)大量減少；機(jī)雜含量先急劇減少，30 min后采出水中機(jī)雜含量變化平緩?？紤]到現(xiàn)場水處理量，因此靜置時(shí)間不宜太長，故選擇50 min最佳，此時(shí)Fe3+含量降至10.9 mg/L，機(jī)雜含量可達(dá)87 mg/L。

圖4 攪拌速率對加藥絮凝效果的影響

3 結(jié)論

（1）根據(jù)上述工藝參數(shù)優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在現(xiàn)場原有的反應(yīng)條件基礎(chǔ)上適當(dāng)升高加藥反應(yīng)溫度、增長加藥間隔，加快攪拌速率和延長靜置時(shí)間都有利于反應(yīng)的充分進(jìn)行，從而降低鐵含量，提高絮凝效果。優(yōu)化后的加藥除鐵工藝參數(shù)：40℃下，攪拌速率為500 r/min，加藥間隔60 s，靜置50 min，可將原始采出水水樣的Fe3+含量減少至11 mg/L，機(jī)雜含量控制在90 mg/L以下，經(jīng)核桃殼過濾器和無紡布精細(xì)過濾器過濾后，水質(zhì)基本滿足甲醇精餾塔的水質(zhì)要求。

（2）現(xiàn)場可根據(jù)采出水的水質(zhì)變化適當(dāng)調(diào)節(jié)NaOH、H2O2及絮凝劑的加量。

圖5 靜置時(shí)間對加藥絮凝效果的影響

國內(nèi)首套高壓直流干擾大功率直流排流器研制成功

10月30日，管道公司牽頭的國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“高壓直流強(qiáng)干擾和動態(tài)交直流雜散電流監(jiān)測及防御技術(shù)研究”代表性設(shè)備——高壓直流干擾大功率直流排流器，順利通過中國測量技術(shù)研究院性能測試鑒定，標(biāo)志著高壓直流干擾大功率直流排流器研制成功。

高壓直流干擾大功率直流排流器是針對我國高壓直流干擾實(shí)際需要研發(fā)的，具有自主知識產(chǎn)權(quán)。該設(shè)備采用首創(chuàng)的基于芯片智能控制的“分級導(dǎo)通，分級散熱”技術(shù)，將排流器的直流通流能力由15安提升到240安，溫升控制在10攝氏度之內(nèi)，可同時(shí)滿足常規(guī)性固態(tài)去耦合器的所有參數(shù)要求。這套設(shè)備實(shí)現(xiàn)了無高壓直流干擾時(shí)，排常規(guī)交流干擾；有高壓直流干擾時(shí)，排直流，且不漏失陰極保護(hù)電流的特點(diǎn)。

高壓直流干擾大功率排流器解決了管道交流干擾和高壓直流干擾并存排流技術(shù)難題，對消除我國高壓直流干擾地區(qū)管道閥室燃爆風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義。

（摘自中國石油報(bào)第7217期）