四川XC氣田地層水治理對(duì)策及應(yīng)用

韓 峰

（中國(guó)石化股份公司西南油氣分公司）

XC氣田經(jīng)過(guò)多年的勘探開發(fā)，在生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大的同時(shí)，氣田產(chǎn)出水量也越來(lái)越大，給氣田帶來(lái)了很大的環(huán)保壓力，主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：①產(chǎn)水量增產(chǎn)速度快，氣田從2005年產(chǎn)水量87.4 m3／d已經(jīng)上升到2011年的760.8m3／d，預(yù)測(cè)在未來(lái)的3～5年內(nèi)，產(chǎn)水量可能達(dá)到1 500m3以上。現(xiàn)有水處理工藝日益不能滿足水處理達(dá)標(biāo)排放的需要。②根據(jù)XC氣田地層水資料（見表1），各個(gè)氣藏的地層水離子成分差異大，總礦化度在14 000～90 000mg／L之間，水型主要有CaCl2、Na2SO4。氣藏地層水礦化度高，達(dá)標(biāo)治理難度大，其高礦化度還將腐蝕處理設(shè)施。高氯地層水的有效治理是氣田持續(xù)發(fā)展亟待解決的難題。

為了有效應(yīng)對(duì)氣田面臨的水處理難題，主要采取了以下3種處理方式：①依托氣田內(nèi)部的兩座廢水處理站，處理達(dá)標(biāo)后外排至外部水體；②采用低溫多效蒸餾技術(shù)，將高氯地層水中的大部分水分變?yōu)檎麴s水，達(dá)標(biāo)外排；③對(duì)地層水預(yù)處理后進(jìn)行回注，依托新202回注站、川孝455井回注站回注高氯地層水。

表1 XC氣田地層水水質(zhì)分析Table 1 Water quality analysis of the formation water in XC gas field ［ρ／（mg·L－1）］

1 處理達(dá)標(biāo)外排法

1.1 處理達(dá)標(biāo)法國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

氣田污水的主要環(huán)境污染物指標(biāo)是懸浮物、COD、石油類及重金屬鹽類等。隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格，氣田污水的處理技術(shù)越來(lái)越受重視。目前，國(guó)內(nèi)的油氣田污水處理方法主要是物理處理法、化學(xué)處理法、物理－化學(xué)處理法、生物處理法、復(fù)合處理法等。然而，油氣田污水處理方法雖然眾多，但每種方法都有其局限性，受污水成分、回收利用程度以及排放方式等多種因素的影響，使用單一的處理方法難以取得滿意的效果，在實(shí)際應(yīng)用中，通常將幾種方法綜合使用，從而達(dá)到良好的處理效果［1］。

1.2 XC氣田水處理工藝［2－3］

XC氣田污水處理工藝流程采用了國(guó)內(nèi)油氣田的通行做法，通過(guò)集成物理法、化學(xué)法以及電解法等多種工藝而形成了一套適合于本氣田的水處理系統(tǒng)，取得了較為滿意的處理效果。其主要工藝流程為：生產(chǎn)井產(chǎn)出水→拉運(yùn)或管輸?shù)阶⑺緝?chǔ)液罐→加藥攪拌→沉淀池→粗過(guò)濾→精細(xì)過(guò)濾→加入殺菌劑→排放池→加壓注入地層（見圖1）。這類處理工藝污水經(jīng)加藥處理后會(huì)生成大量反應(yīng)沉淀物，為防止環(huán)境污染沉淀物還需進(jìn)一步處理（如固化后埋藏）。

1.3 污水外排標(biāo)準(zhǔn)以及應(yīng)用情況

XC氣田所處地理位置對(duì)環(huán)境非常敏感，因此XC氣田污水排放指標(biāo)控制比較嚴(yán)格，外排標(biāo)準(zhǔn)參照GB 8978－2002《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》，均按照一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行（見表2）。氣田處理達(dá)標(biāo)外排水量每天約為680m3，約占總產(chǎn)水量的65%，是氣田最主要的水處理方式［4］。

表2 第二類污染物最高允許排放濃度Table 2 Maximum acceptable discharge concentration of the second kind contaminants

2 氣田地層水回注

2.1 回注工藝在國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

氣田地層水回注技術(shù)目前在油氣田污水處理方面得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，具有投資較低、運(yùn)行成本較低、水處理工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在有回灌條件的地區(qū)應(yīng)首先選擇回灌方式處理地層水。對(duì)重慶氣礦、川中油氣礦、川東北氣礦、川西北氣礦、蜀南氣礦等氣礦的調(diào)研結(jié)果顯示，以上氣礦主要采取了地層水回注的方法來(lái)處理氣井采出的地層水，近8年時(shí)間里共建有53個(gè)回注站，川渝地區(qū)已建回注站93座。從回注站運(yùn)行情況來(lái)看，不僅節(jié)約了生產(chǎn)成本，同時(shí)也有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境。地層水回注研究在XC氣田起步較晚，“十一五”中后期才開始對(duì)回注選井選層技術(shù)以及回注的工藝技術(shù)進(jìn)行摸索，2009年8月在新場(chǎng)氣田新蓬2井開展了地層水回注先導(dǎo)試驗(yàn)。

2.2 回注層位確定

調(diào)研資料表明，地層水回注需滿足3個(gè)基本條件：①回注層具有良好的封閉性；②回注層物性較好，具有一定的儲(chǔ)集空間和吸水能力；③回注井的井筒固井質(zhì)量好。通過(guò)充分論證，認(rèn)為MP 73井白堊系下統(tǒng)地層具有較大回注潛力，可以在該井建立回注站，回注附近區(qū)塊氣井產(chǎn)出的地層水，既可以降低污水處理站的處理壓力，還可以實(shí)現(xiàn)降本增效。

2.3 回注工藝及其主要配套設(shè)備

水質(zhì)處理設(shè)備主要包括地層水收集罐、混凝攪拌罐、沉降罐、過(guò)濾裝置、壓濾裝置、泵組等。所有的處理設(shè)備都屬于撬裝，可以搬運(yùn)、重復(fù)使用。工藝流程的選擇主要參考SY／T 6596－2004《氣田水回注方法》并結(jié)合勝利油田等單位污水回注處理工藝情況進(jìn)行確定，主體工藝采用“混凝＋壓濾＋膜過(guò)濾”處理工藝，具體工藝流程見圖2，其工藝流程為：①采氣污水進(jìn)站后首先收集儲(chǔ)存于收集罐中，抽取水樣制定處理配方；②根據(jù)處理配方，污水直接進(jìn)入混凝攪拌罐加藥進(jìn)行混凝反應(yīng)；③通過(guò)混凝反應(yīng)后的污水利用自吸泵進(jìn)入沉降罐進(jìn)行泥水重力分離，上清液進(jìn)入中間水池，絮體泵入稀污泥池儲(chǔ)存；④稀污泥池內(nèi)的絮體通過(guò)板框式壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾，使其泥水分離，壓濾液進(jìn)入中間水池儲(chǔ)存；泥餅外運(yùn)安全堆放；⑤進(jìn)入中間水池的清液進(jìn)入膜過(guò)濾器，進(jìn)一步去除部分溶解態(tài)的懸浮物等；⑥膜過(guò)濾后的污水沉降，從而使處理后污水的懸浮物質(zhì)量濃度達(dá)到回注進(jìn)水要求；⑦沉降后的污水進(jìn)入儲(chǔ)水罐儲(chǔ)存待檢，檢測(cè)合格后泵入高架罐，再通過(guò)回注泵回注至地層。

2.4 地層水回注工藝應(yīng)用情況

地層水回注工藝在XC氣田處于起步階段，前期僅有新蓬2井組在進(jìn)行回注，到2012年以前回注了4.88×104m3。計(jì)劃對(duì)新蓬2注水井區(qū)進(jìn)行擴(kuò)建以及建立川孝455等7個(gè)回注站，預(yù)計(jì)未來(lái)3年地層水回注總量可達(dá)76.84×104m3（見表3），將極大緩解XC氣田采出水處理壓力。

表3 未來(lái)3年預(yù)計(jì)地層水回注總量Table 3 Expected total flow rate of reinjection water in the next 3 years

3 低溫多效蒸餾法處置采出水

XC氣田地層水礦化度高，氯根濃度大，礦化度從14 000～90 000mg／L，而現(xiàn)有的污水處理工藝無(wú)法去除氯根離子。因此，2012年在x201井站建設(shè)了一座處理規(guī)模為360t／d的高氯廢水低溫蒸餾處理站，核心部件為一套蒸發(fā)結(jié)晶分離裝置，該裝置采用了國(guó)內(nèi)成熟的低溫多效蒸餾技術(shù)，可將高氯地層水蒸發(fā)為氯根質(zhì)量濃度小于20mg／L的蒸餾水，達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，蒸發(fā)過(guò)程中產(chǎn)生的固體鹽和副產(chǎn)物，可以作為化工原料外賣。

3.1 工作原理及工藝流程

本裝置的工作原理為：在真空裝置中，根據(jù)PV＝NRT，通過(guò)減小壓力，使得溫度降低，水的沸點(diǎn)降低。水在蒸汽作用下，分別轉(zhuǎn)變成氣體、濃縮水、冷卻水。蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)由四效蒸發(fā)構(gòu)成。每一個(gè)蒸發(fā)罐為帶有特殊捕沫裝置的強(qiáng)制循環(huán)結(jié)晶器，該結(jié)晶器具有高效節(jié)能、蒸發(fā)水質(zhì)較高、結(jié)晶鹽產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)。其工藝流程見圖3。

廢水由井區(qū)泵至混料池，混合料液用混料泵泵出一部分直接進(jìn)入Ⅳ效蒸發(fā)罐，另一部分經(jīng)混合冷凝水預(yù)熱器預(yù)熱后一部分直接進(jìn)入Ⅱ、Ⅲ效蒸發(fā)罐，另一部分通過(guò)Ⅰ效冷凝水預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入Ⅰ效蒸發(fā)罐。

結(jié)晶鹽漿由Ⅰ效蒸發(fā)罐轉(zhuǎn)排到Ⅱ效蒸發(fā)罐，Ⅱ效蒸發(fā)罐鹽漿轉(zhuǎn)排到Ⅲ效蒸發(fā)罐，Ⅲ效蒸發(fā)罐鹽漿轉(zhuǎn)排到末效蒸發(fā)罐集中排出系統(tǒng)。

母液排放則是由Ⅰ效蒸發(fā)罐轉(zhuǎn)排到Ⅱ效蒸發(fā)罐，Ⅱ效蒸發(fā)罐轉(zhuǎn)排到Ⅲ效蒸發(fā)罐，Ⅲ效蒸發(fā)罐轉(zhuǎn)排到末效蒸發(fā)罐集中排出系統(tǒng)到母液儲(chǔ)桶，澄清后打到井區(qū)注井，較少粉鹽溶化后回蒸發(fā)系統(tǒng)，少量石膏固體集中晾干后送飼料廠、水泥廠出售。

鍋爐來(lái)的蒸汽進(jìn)入Ⅰ效加熱室加熱，Ⅰ效蒸發(fā)罐產(chǎn)生的二次蒸汽再到Ⅱ效加熱室加熱，依次傳遞，末效二次蒸汽被循環(huán)水冷凝后由真空泵將不凝氣帶出系統(tǒng)。

3.2 應(yīng)用情況

2012年4月28日逐漸進(jìn)少量鹵水進(jìn)行蒸發(fā)。期間發(fā)現(xiàn)循環(huán)泵漏水，通過(guò)更換循環(huán)泵，流程正常運(yùn)轉(zhuǎn)直到5月7日，流程無(wú)異常情況出現(xiàn)，正常處理污水且出鹽穩(wěn)定，截至5月7日共處理鹵水1 370m3（見表4）。

表4 高氯廢水無(wú)害化處理站運(yùn)行情況Table 4 Operating conditions of nontoxic treatment station for high chlorine waste water

4 結(jié)論

（1）處理達(dá)標(biāo)外排法是目前XC氣田主要的水處理方式，工藝成熟，處理水量大，但處理裝置較多、工藝較為復(fù)雜，且其處理工藝受原水水質(zhì)、排放水體、環(huán)保法規(guī)等多種因素影響，排放水質(zhì)指標(biāo)要求越高，處理難度越大，處理成本也相應(yīng)增加，給氣田帶來(lái)很大的成本壓力。

（2）低溫多效蒸餾法是針對(duì)高氯污水處理的一種非常有效的方式，實(shí)現(xiàn)了資源的回收再利用，是XC氣田采出水處理方式的一種有益的補(bǔ)充。

（3）氣田地層水回注技術(shù)目前在油氣田污水處理方面得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。具有投資較低、運(yùn)行成本較低、水處理工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是XC氣田將來(lái)需要大力發(fā)展的一種新型水處理方式。

［1］王一婷，周俊，郭建東，等.華北油田污水處理現(xiàn)狀及展望［J］.石油石化節(jié)能，2011（9）：1－2.

［2］王新強(qiáng)，呂乃欣，高燕，等.陜北氣田采氣污水處理方法及工藝研究［J］.石油與天然氣化工，2011，40（4）：406－409.

［3］劉宇程，孫紅江，馮智宏.大牛地氣田污水處理廠鉆井廢水回注處理工藝改造［J］.石油與天然氣化工，2010，39（2）：171－172.

［4］國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.GB 8978－2002《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》［S］.1996-10-04.