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(fù)氣井產(chǎn)能。隨著氣田的不斷開發(fā)，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(zhì)條件及成藏環(huán)境差異，不同地層采出水水質(zhì)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(huán)保要求，這些采出地層水不能直接排放到自然環(huán)境，否則將會給自然環(huán)境及植被造成嚴(yán)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(chǎn)生水合物，水合物的產(chǎn)生將會堵塞輸氣管道，給氣田的安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[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(jié)流降壓開采等手段來避免水合物的產(chǎn)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(jié)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(chǎn)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(diào)節(jié)罐，以此除去地層水中大量的固體懸浮顆粒和含油物質(zhì)，然后通過泵注和增壓方式通過過濾器，進(jìn)而除去部分固體懸浮顆粒和少量油，然后進(jìn)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(diào)節(jié)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(zhì)進(jìn)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(zhì)變差，形成過濾網(wǎng)堵塞、腐蝕、結(jié)垢等問題?；谏鲜鰡栴}，在現(xiàn)有水處理裝置基礎(chǔ)上開展了不含醇污水處理工藝優(yōu)化，使得處理后的水質(zhì)符合《氣田水回注方法》（SY/T 6596—2004）相關(guān)指標(biāo)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(zhì)檢測及分析

1.1 水樣采集

水樣準(zhǔn)確的收集是確保實驗檢測結(jié)果準(zhǔn)確性的重要環(huán)節(jié)，因此須要確定適當(dāng)?shù)牟蓸游恢?、采樣時間和采樣方式。根據(jù)陜北某氣田實際情況，確定采樣地點為卸車池處、調(diào)節(jié)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(xù)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(shè)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(shè)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(fā)皿、恒溫水浴鍋等。

1.3 水質(zhì)分析檢測結(jié)果

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

表1 采出水固懸含量檢測結(jié)果 mg·L-1

對過濾得到的固體懸浮顆粒雜質(zhì)進(jìn)行收集后烘干，發(fā)現(xiàn)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(zhì)成分有了較大的變化。部分懸浮顆粒呈現(xiàn)出灰色特征，主要為巖石顆粒；部分呈現(xiàn)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(zhì)

1.3.2 含油量測定

采樣紫外分光光度法對地層采出水進(jìn)行含油量測定分析，檢測結(jié)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(jié)果相差較大，這與地層采出水中含油量波動較大有關(guān)?；刈⑺脵z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(xiàn)上述現(xiàn)象原因為目前處理工藝中未對地層水的含油進(jìn)行良好的脫除，導(dǎo)致罐內(nèi)始終存在著一定的油污，另一方面過濾器材質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)，用于分析地層水腐蝕性及指導(dǎo)后期水處理方案。實驗中對水樣pH 值進(jìn)行測定，結(jié)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(xiàn)出酸性特征，因此在水處理過程中可以加入pH 調(diào)節(jié)劑來降低采出地層水的腐蝕性。

1.3.4 細(xì)菌數(shù)量的測定

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

表2 采出水水樣中細(xì)菌數(shù)量分析結(jié)果

2 絮凝沉降工藝優(yōu)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(chǎn)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(wěn)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(zhì)和電解質(zhì)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(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，在常溫、常壓下開展實驗，處理時確保水質(zhì)均勻。

2.2 pH 調(diào)節(jié)劑篩選

首先需要對待處理污水進(jìn)行pH 調(diào)節(jié)，以確保水質(zhì)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(qū)域地層采出水的調(diào)節(jié)效果，實驗結(jié)果如表3所示。

表3 pH 調(diào)節(jié)劑篩選實驗結(jié)果表

分析認(rèn)為氫氧化鈣將Ca2+引入采出水后，容易引起地層水結(jié)垢，對比pH 調(diào)節(jié)效果，最終選擇氫氧化鈉將采出水pH 調(diào)節(jié)到7.0～7.5 范圍。

2.3 絮凝劑篩選

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

表4 絮凝劑篩選實驗結(jié)果表

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

3 結(jié)束語

1）對區(qū)塊采出地層水水質(zhì)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(guān)水質(zhì)指標(biāo)要求，這是由于采出水量過大，采出水在調(diào)節(jié)池內(nèi)處理時間較短而產(chǎn)生。因此，將現(xiàn)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(diào)節(jié)劑，在沉降池內(nèi)將待處理污水調(diào)節(jié)到7.0～7.5 范圍，將有利于后續(xù)污水處理。從現(xiàn)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(jī)和有機(jī)絮凝劑，并投放入沉降池內(nèi)進(jìn)行絮凝沉降。