亲水表面在气田水恶臭治理中的应用

吴建祥　冯小波　庞飙　罗倩　宋文明　李秋萍

摘  要：气田水因含有H2S等物质而具有恶臭气味，不仅污染环境，还可能对人员身心健康造成损害。目前成熟的恶臭处理技术投资高、维护复杂，不适合在气田推广应用。文章介绍了一种亲水表面研制方法。通过在气田水池应用亲水表面可显著降低恶臭程度，实现达标排放。由于該技术工艺简单、投入费用低且无需维护，在气田水恶臭治理中具有极大的推广价值。

关键词：亲水表面;气田水;恶臭治理

中图分类号：X512         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）31-0179-02

Abstract： Gas field water has a foul odor due to its H2S and other substances， which not only pollutes the environment， but also may cause damage to people's physical and mental health. At present， the mature odor treatment technology has high investment and complex maintenance， which is not suitable for popularization and application in gas fields. A method for preparing hydrophilic surface is introduced in this paper. The application of hydrophilic surface in gas field pools can significantly reduce odor and achieve standard discharge. Because of its simple technology， low cost and no maintenance， this technology has great popularization value in odor controlof gas field water.

Keywords： hydrophilic surface; gas field water; odor control

引言

有水气藏开采过程中，泡沫活性剂及缓蚀剂等化学药剂进入井筒与地层水混合后到达地面形成气田水。由于气田水为混合物，成份复杂，含有硫类（H2S、甲硫醇、甲硫醚）、氨类、烃类等物质[1]，因而具有恶臭气味，对井站员工和周边居民健康产生损害。目前的恶臭治理技术主要有物理法、化学法、生物法和一些新兴的除臭技术。但这些技术工艺复杂，投资大，维护困难，不适合在气田开发领域的无人值守井站应用。因而需要对气田水恶臭进行分析，形成适合无人值守井站应用的治理技术。

1 气田水恶臭现状及治理技术

1.1 恶臭产生原因

国内气田大部分气田所产天然气为含硫天然气，尤其是四川气田为碳酸盐储层，H2S含量普通较高，气田水中恶臭气味重。气田水存储在气田水池或水罐中，经泵转或管输到气田水处理站处理后回注。因分离器排污水或车辆装卸水、泵转运水等因素影响，水体产生振荡，水体平稳受到破坏，溶解在水体中的恶臭物质会迅速闪蒸。部分水池未密封，或密封效果差，恶臭气体扩散到大气中产生环境污染问题。据统计，四川气田每年都会发生因气田水恶臭而产生的纠纷，影响天然气生产。

1.2 恶臭气体的组成与危害

气田水中最主要的恶臭物质是H2S，其次是硫醇、硫醚。通过对气田水池内的恶臭物质进行监测，H2S对恶臭的贡献值最大，部分气田水池中H2S含量达到20mg/m3以上，因而气田水池恶臭治理的目的是消除H2S的影响。但H2S的臭阀值为2.3×10-3mg，即使采取治理措施消除了大部分含量，但对人的感受只消除了少部分恶臭气味[2]，因而治理难度大。

1.3 恶臭的治理技术

国外对恶臭气体污染治理的研究较早，早在上世纪50年代末便开始了恶臭气体污染治理的研究，而国内到上世纪90年代才出台恶臭污染排放标准。目前我国处理恶臭气体比较成熟的方法有物理法、化学法、生物法、联合法等[3]。

在天然气开采行业，目前针对气田水恶臭主要应用了稀释扩散法、燃烧法、吸收法、干法脱硫等治理技术[4]。稀释扩散法是在气田水池盖上设置立管，通过大气的扩散稀释以及氧化反应，降低H2S落地浓度，未能从根本消除恶臭气体;燃烧法是将恶臭气体收集后与燃料气充分混和，实现完全燃烧，需要耗燃气;吸收法是采用碱液或胺液与硫化物反应，工艺复杂，投资高，且生成危险废物处置困难;干法脱硫因硫容低，且再生发热等原因而适应性较差。由于各种治理技术的缺点，目前尚无适用于气田水池恶臭治理的成熟技术。

2 亲水表面的研制

由于气田水池中恶臭物质从液面闪蒸，因此有必要采取措施对液面进行密封。传统的水泥盖密封面与液面之间存在间隙而导致恶臭物质闪蒸。利用泡沫柔软的特点，可以随着液面的变化而升降，达到密封的效果。但泡沫本身质轻、且与水面之间存在间隙，恶臭物质通过间隙到达大气中。为保证密封效果，通过亲水处理可显著改变泡沫的表面润湿性，使泡沫与水紧密相连，实现安全密封的效果。

2.1 亲水表面的原理

为解决表面的润湿问题，目前，对于普通的固体疏水表面是加入大量的流平剂，但是这种方法在现场施工时容易出现表面涂覆不均匀的情况，并产生大量泡沫，导致涂层表面缺陷，同时该方法有效期短;同时，现有的表面亲水处理剂中一般含有有毒的溶剂，其在大范围使用时容易与人体接触，造成安全隐患[5]。因此，针对气田水池的恶臭治理，采用化学方法合成了一种特殊药剂，这种药剂的基团具有两极，分别具有亲油性和亲水性，其中亲油极与泡沫相接，亲水极与水相连，从而使泡沫亲水表面与水体紧密相连。

2.2 亲水表面的制作

将二甲胺、三乙醇胺、篦麻油酸、聚乙烯吡咯烷酮、全氟表面活性剂和水按照一定的顺序在反应釜中进行加热和反应生成亲水剂，如图1。将亲水剂喷涂在PE泡沫表面形成亲水表面。该表面与水具有很强的相互作用力，将水滴滴在上面能够在短时间内完全铺展开，其接触角接近于0°。

由于PE泡沫不吸水和几乎不透水蒸气，具有较好的抗硫性，因而在气田水中不易腐蚀和破损。亲水表面覆盖在气田水池水面上，随液面的高度自动升降，实时保持与水面的紧密接触，减小恶臭气体逸散通道表面积，从而减少了恶臭气体的闪蒸量，从而降低恶臭程度。

3 亲水表面现场应用

3.1 恶臭产生现状

某回注站负责20余口生产井的气田水回注，日回注水62m3。由于气田水中硫化物含量高，H2S等物质从水池中逸散到大气中，造成空气质量不达标，具有严重的恶臭气味。对水池内的恶臭气体进行监测，H2S含量近30mg/m3。虽然该水池加了密封盖并设置了12m高气体放散管，但由于池内恶臭气体浓度高，空气中恶臭气味重，特别是泵转水和车载气田水卸水期间，恶臭气味尤其明显，影响了井站员工和周边群众的生产生活。该井站为天然气生产井站的配套回注站，无人员值守，但周边有大量民居，环境敏感程度高。因此，有必要对该站的气田水池恶臭进行治理。

3.2 工艺措施

将2m*1m*0.05m的PE泡沫的五个表面（上表面除外）用亲水剂进行喷涂，再将处理后的泡沫根据气田水池的表面形状用强力胶水粘接形成亲水表面，如图2。亲水表面与水池周边墙面不完全接触，漂浮在液面上，随液面高度的变化自动升降。亲水表面遮挡水池表面积的98%以上，形成隔绝层。亲水表面完成后，恢复气田水池的密封盖和放散管。整个工艺措施总费用在5万元以内，仅为其它恶臭处理技术投资费用的2.5%-10%。

3.3 实验结果

回注站气田水池的恶臭物质主要为H2S，因此实验前后对气田水池内的H2S含量进行了监测。实验前后各监测6组数据，其中3组为气田水池内水体静止状态下采样，3组为有气田水转入状态下采样。根据监测结果，实验前水体静止状态时平均值为0.364mg/m3，水体激荡状态下平均值为27.44mg/m3。实验后水体静止状态时平均值为0.026mg/m3，水体激荡状态下平均值为0.769mg/m3。两种状态下H2S下降率分别为92.8%和97.2%。实验后对环境空气监测结果表明H2S含量最高为0.008mg/m3，达到了《恶臭污染排放标准》中无组织排放控制指标[6]，治理效果好。同时，亲水表面在气田水池中浸泡18个月后仍保持完整，没有脱落和破损情况。

4 结论

利用亲水剂和PE泡沫可以形成亲水表面，与水的接触角接近于0°，具有良好的亲水效果，并在气田水池中能长时间保持完好。

亲水表面能够显著降低气田水池恶臭程度，实现环境空气达标，由于该方法具有投资费用低且无需维护的优点，具有较高推广价值。

参考文献：

[1]赵宏，张明鑫，罗倩，等.气田水池恶臭治理技术优选及效果评价[J].油气田环境保护，2016，26（2）：23.

[2]戴万能，高晓根，计维安，等.含硫气田恶臭硫化物性质及限值研究[J].天然气与石油，2015，33（6）：83-84.

[3]王蓓，赵仲卿，张丽华.恶臭污染物处理技术浅谈[J].河北环境科学，2004（1）：51-54.

[4]宋彬，李靜，高晓根.含硫气田水闪蒸气处理工艺评述[J].天然气工业，2018，38（10）：107-113.

[5]吴文剑，王超，李红强，等.超亲水表面的研究及应用进展[J].合成材料老化与应用，2018（4）：104-112.

[6]国家环境保护局.恶臭污染排放标准：GB/T14554-1993[S].北京：中国标准出版社，1994.