气田不含醇采出水絮凝沉降处理技术

马 杰

（中石化华北油气分公司采气二厂，陕西 咸阳 712000）

气井开采过程地层见水后须要实施排水采气工艺，以降低井筒积液恢复气井产能。随着气田的不断开发，采出地层水量越来越大，给水处理带来了极大的压力[1]。由于气藏地质条件及成藏环境差异，不同地层采出水水质有一定的差异，含有固体悬浮颗粒、微生物、溶解气及金属离子等，受环保要求，这些采出地层水不能直接排放到自然环境，否则将会给自然环境及植被造成严重的危害。由于采出天然气中含有水，受温度及压力影响会产生水合物，水合物的产生将会堵塞输气管道，给气田的安全生产带来严峻挑战[2]。因此，目前主要采取井口加热、投放水合物抑制剂和井下节流降压开采等手段来避免水合物的产生[3]。井口加热方式由于影响范围有限，对于长距离输气管道而言，无法做到良好的控制。加入水合物抑制剂主要为向采出的气水混相中加入甲醇，但造成了采出水含醇的污染，给采出地层水的处理加大了工艺难度。井下节流则通过降低井口气水混相压力及温度，从而避免天然气水合物的生成，但对于低产井则适用性较差[4]。

目前对于不含醇采出地层水处理工艺主要采用自然沉降、过滤、回注的措施流程，首先将地层采出水泵注入调节罐，以此除去地层水中大量的固体悬浮颗粒和含油物质，然后通过泵注和增压方式通过过滤器，进而除去部分固体悬浮颗粒和少量油，然后进入净化水罐，通过回注泵回注入地层。由于地层采出水量越来越大，原有自然沉降罐无法满足日益增加的水处理量，同时由于地层水在调节水罐中的沉降时间缩短，从而造成污水中固体悬浮颗粒的脱除率大大降低[5]，更多的杂质进入了过滤装置，给过滤装置带来了较大的处理压力，从而造成处理后的水质变差，形成过滤网堵塞、腐蚀、结垢等问题。基于上述问题，在现有水处理装置基础上开展了不含醇污水处理工艺优化，使得处理后的水质符合《气田水回注方法》（SY/T 6596—2004）相关指标要求，即悬浮颗粒小于15 mg·L-1、含油量小于30 mg·L-1。

1 水质检测及分析

1.1 水样采集

水样准确的收集是确保实验检测结果准确性的重要环节，因此须要确定适当的采样位置、采样时间和采样方式。根据陕北某气田实际情况，确定采样地点为卸车池处、调节水罐、过滤器出口、回注水泵处4 个地点，采样时间定为每隔3 天采样一次，持续30 天，即取样10 次。为满足分析需要，每次每个取样地点取样2.5 L，共计取样40 个。

1.2 实验药品及设备

实验试剂：石油醚、盐酸、邻苯二甲酸氢钾、混合磷酸盐、硼砂、去离子水、无水碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化钙、双氧水、高锰酸钾、氯酸钠、聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合硫酸铁、壳聚糖、聚丙烯酰胺、腐生菌测试瓶。

实验设备：电子天平、干燥箱、激光粒度仪、pH 计、烘箱、过滤装置、真空泵、X 射线衍射仪、紫外分光光度仪、搅拌器、蒸发皿、恒温水浴锅等。

1.3 水质分析检测结果

1.3.1 固体悬浮颗粒测定对收集到的水样进行测定分析，检测温度为15～30 ℃，结果如表1所示。

表1 采出水固悬含量检测结果 mg·L-1

对过滤得到的固体悬浮颗粒杂质进行收集后烘干，发现不同取样地点得到的悬浮固体颗粒外观、颜色有一定差异，说明杂质成分有了较大的变化。部分悬浮颗粒呈现出灰色特征，主要为岩石颗粒；部分呈现出黄色，主要为泥沙和铁氧化物（图1）。

图1 采出水过滤固体悬浮颗粒杂质

1.3.2 含油量测定

采样紫外分光光度法对地层采出水进行含油量测定分析，检测结果表明采出水平均含油量值在124～289 mg·L-1之间，且含油量变化幅度较大，不同取样时间测得结果相差较大，这与地层采出水中含油量波动较大有关。回注水泵检测点测得含油量分布在89～185 mg·L-1之间，相对卸车池取样点分析得到的含油量有所降低，但总体含油量仍然较高。出现上述现象原因为目前处理工艺中未对地层水的含油进行良好的脱除，导致罐内始终存在着一定的油污，另一方面过滤器材质除油效果一般。

1.3.3 pH 测定

pH 值是地层水溶液酸碱度的衡量标准，用于分析地层水腐蚀性及指导后期水处理方案。实验中对水样pH 值进行测定，结果表明，水样pH 值总体在4.5～7.0 之间，大部分水样pH 值分布在5.5～6.5之间，pH 值呈现出酸性特征，因此在水处理过程中可以加入pH 调节剂来降低采出地层水的腐蚀性。

1.3.4 细菌数量的测定

实验分析了水样中对铁细菌（FB）、腐生菌（TGB）、硫酸盐还原菌（SRB）数量，测定结果表2所示，分析得到3 种细菌数量基本维持在102～103个·mL-1，根据一般经验表明，该细菌的量基本不会引起细菌对管道的腐蚀和产生的二次沉淀产物对地层的堵塞。

表2 采出水水样中细菌数量分析结果

2 絮凝沉降工艺优化

2.1 絮凝沉降方案

絮凝沉降是向待处理污水中加入絮凝剂，使得污水中的胶体颗粒形成絮体，再通过重力作用使得絮凝体与水相产生分离，从而去除污水的固相颗粒[6]。絮凝过程包括凝聚和絮凝两个阶段，凝聚是胶体颗粒脱稳后形成较小的凝胶体的过程，絮凝是形成的小型凝胶体逐渐变成大型絮凝物的过程。在极性物质和电解质作用下，小型胶体颗粒表面的电荷被中和，颗粒之间的作用力逐渐降低，形成大的絮凝体。絮凝实验分析过程每次处理水量按照500 mL 为统一标准，在常温、常压下开展实验，处理时确保水质均匀。

2.2 pH 调节剂筛选

首先需要对待处理污水进行pH 调节，以确保水质具有较好的酸碱平衡性，选择氢氧化钠、氢氧化钙及碳酸钠3 种药剂分析对该区域地层采出水的调节效果，实验结果如表3所示。

表3 pH 调节剂筛选实验结果表

分析认为氢氧化钙将Ca2+引入采出水后，容易引起地层水结垢，对比pH 调节效果，最终选择氢氧化钠将采出水pH 调节到7.0～7.5 范围。

2.3 絮凝剂筛选

在充分考虑经济效益及成本的前提下，本次实验选择无机絮凝剂聚合氯化铝、聚合硫酸铝和聚合硫酸铁，有机絮凝剂选择壳聚糖和聚丙烯酰胺，对水样进行絮凝沉降实验，结果如表4所示。

表4 絮凝剂筛选实验结果表

实验结果表明，无机絮凝剂处理效果聚合硫酸铁>聚合氯化铝>聚合硫酸铝，有机絮凝剂中聚丙烯酰胺略好于壳聚糖的絮凝效果。在实际应用絮凝剂过程可考虑进行复配，加入2 种甚至2 种以上的絮凝剂对采出地层水进行处理，将起到更好的效果。

3 结束语

1）对区块采出地层水水质分析实验表明固体悬浮颗粒、含油量较高，均不满足回注地层的相关水质指标要求，这是由于采出水量过大，采出水在调节池内处理时间较短而产生。因此，将现行的自然沉降改为絮凝沉降工艺，更好地起到了对采出地层水的处理效果。

2）通过实验分析选择氢氧化钠为采出水pH 调节剂，在沉降池内将待处理污水调节到7.0～7.5 范围，将有利于后续污水处理。从现有的絮凝剂中筛选出聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺作为最佳的无机和有机絮凝剂，并投放入沉降池内进行絮凝沉降。