四川XC气田地层水治理对策及应用
Outline:
韩峰
收稿日期：2012-06-04
作者简介：韩峰(1974-), 男, 四川省成都市人, 高级工程师, 1996年毕业于中国地质大学(武汉)应用化学系, 长期从事四川地区天然气勘探开发环境保护工作，地址：(610016)成都市青羊区提督街108号。E-mail:
hanaike@sina.com.
摘要：针对XC气田采出水量大、矿化度高、污水处理难度高等特点，针对性地采用了处理达标外排法、气田地层水回注法以及低温多效蒸馏法等3种污水处理方法。现场试验表明，处理达标外排法由于投资和处理成本高昂限制了其在气田的进一步发展，而地层水回注和低温蒸馏法因其投资小，处理效率高，可以实现资源循环利用而逐渐成为XC气田重点发展的水处理方式。
Formation water treatment method and application in XC gas field of Sichuan
Outline:
Han Feng
Sinopec Sousthwest Petroleum Branch, Chengdu 610081, Sichuan, China
Abstract: For XC gas field producing large quantities of formation water that is high salinity and difficult to treat, three dirty water treatment methods were used including the reaching standard discharge, reinjection of formation water and low temperature multi-effect distillation. Field tests have shown that the reaching standard discharge is limited for further development in the gas fields due to the high investment and processing costs; the reinjection of formation water and low temperature distillation method gradually become the focus in XC gas field water treatment mode because of its low investment, high treatment efficiency, and resource recycling.
XC气田经过多年的勘探开发，在生产规模不断扩大的同时，气田产出水量也越来越大，给气田带来了很大的环保压力，主要体现在以下两个方面：①产水量增产速度快，气田从2005年产水量87.4 m3/d已经上升到2011年的760.8 m3/d，预测在未来的3~5年内，产水量可能达到1 500 m3以上。现有水处理工艺日益不能满足水处理达标排放的需要。②根据XC气田地层水资料(见表 1)，各个气藏的地层水离子成分差异大，总矿化度在14 000~90 000 mg/L之间，水型主要有CaCl2、Na2SO4。气藏地层水矿化度高，达标治理难度大，其高矿化度还将腐蚀处理设施。高氯地层水的有效治理是气田持续发展亟待解决的难题。
表 1
表 1 XC气田地层水水质分析
Table 1 Water quality analysis of the formation water in XC gas field [ρ/(mg·L-1)]
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表 1 XC气田地层水水质分析
Table 1 Water quality analysis of the formation water in XC gas field [ρ/(mg·L-1)]
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为了有效应对气田面临的水处理难题，主要采取了以下3种处理方式：①依托气田内部的两座废水处理站，处理达标后外排至外部水体；②采用低温多效蒸馏技术，将高氯地层水中的大部分水分变为蒸馏水，达标外排；③对地层水预处理后进行回注，依托新202回注站、川孝455井回注站回注高氯地层水。
1 处理达标外排法
1.1 处理达标法国内现状
气田污水的主要环境污染物指标是悬浮物、COD、石油类及重金属盐类等。随着环保标准日益严格，气田污水的处理技术越来越受重视。目前，国内的油气田污水处理方法主要是物理处理法、化学处理法、物理-化学处理法、生物处理法、复合处理法等。然而，油气田污水处理方法虽然众多，但每种方法都有其局限性，受污水成分、回收利用程度以及排放方式等多种因素的影响，使用单一的处理方法难以取得满意的效果，在实际应用中，通常将几种方法综合使用，从而达到良好的处理效果[1]。
XC气田污水处理工艺流程采用了国内油气田的通行做法，通过集成物理法、化学法以及电解法等多种工艺而形成了一套适合于本气田的水处理系统，取得了较为满意的处理效果。其主要工艺流程为：生产井产出水→拉运或管输到注水站储液罐→加药搅拌→沉淀池→粗过滤→精细过滤→加入杀菌剂→排放池→加压注入地层(见图 1)。这类处理工艺污水经加药处理后会生成大量反应沉淀物，为防止环境污染沉淀物还需进一步处理(如固化后埋藏)。
1.3 污水外排标准以及应用情况
XC气田所处地理位置对环境非常敏感，因此XC气田污水排放指标控制比较严格，外排标准参照GB 8978-2002《污水综合排放标准》，均按照一级标准执行(见表 2)。气田处理达标外排水量每天约为680 m3，约占总产水量的65%，是气田最主要的水处理方式[4]。
表 2
表 2 第二类污染物最高允许排放浓度
Table 2 Maximum acceptable discharge concentration of the second kind contaminants
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表 2 第二类污染物最高允许排放浓度
Table 2 Maximum acceptable discharge concentration of the second kind contaminants
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2 气田地层水回注
2.1 回注工艺在国内现状
气田地层水回注技术目前在油气田污水处理方面得到了越来越广泛的应用，具有投资较低、运行成本较低、水处理工艺简单等优点，在有回灌条件的地区应首先选择回灌方式处理地层水。对重庆气矿、川中油气矿、川东北气矿、川西北气矿、蜀南气矿等气矿的调研结果显示，以上气矿主要采取了地层水回注的方法来处理气井采出的地层水，近8年时间里共建有53个回注站，川渝地区已建回注站93座。从回注站运行情况来看，不仅节约了生产成本，同时也有利于保护生态环境。地层水回注研究在XC气田起步较晚，“十一五”中后期才开始对回注选井选层技术以及回注的工艺技术进行摸索，2009年8月在新场气田新蓬2井开展了地层水回注先导试验。
2.2 回注层位确定
调研资料表明，地层水回注需满足3个基本条件：①回注层具有良好的封闭性；②回注层物性较好，具有一定的储集空间和吸水能力；③回注井的井筒固井质量好。通过充分论证，认为MP 73井白垩系下统地层具有较大回注潜力，可以在该井建立回注站，回注附近区块气井产出的地层水，既可以降低污水处理站的处理压力，还可以实现降本增效。
2.3 回注工艺及其主要配套设备
水质处理设备主要包括地层水收集罐、混凝搅拌罐、沉降罐、过滤装置、压滤装置、泵组等。所有的处理设备都属于撬装，可以搬运、重复使用。工艺流程的选择主要参考SY/T 6596-2004《气田水回注方法》并结合胜利油田等单位污水回注处理工艺情况进行确定，主体工艺采用“混凝+压滤+膜过滤”处理工艺，具体工艺流程见图 2，其工艺流程为：①采气污水进站后首先收集储存于收集罐中，抽取水样制定处理配方；②根据处理配方，污水直接进入混凝搅拌罐加药进行混凝反应；③通过混凝反应后的污水利用自吸泵进入沉降罐进行泥水重力分离，上清液进入中间水池，絮体泵入稀污泥池储存；④稀污泥池内的絮体通过板框式压滤机进行压滤，使其泥水分离，压滤液进入中间水池储存；泥饼外运安全堆放；⑤进入中间水池的清液进入膜过滤器，进一步去除部分溶解态的悬浮物等；⑥膜过滤后的污水沉降，从而使处理后污水的悬浮物质量浓度达到回注进水要求；⑦沉降后的污水进入储水罐储存待检，检测合格后泵入高架罐，再通过回注泵回注至地层。
2.4 地层水回注工艺应用情况
地层水回注工艺在XC气田处于起步阶段，前期仅有新蓬2井组在进行回注，到2012年以前回注了4.88×104 m3。计划对新蓬2注水井区进行扩建以及建立川孝455等7个回注站，预计未来3年地层水回注总量可达76.84×104 m3(见表 3)，将极大缓解XC气田采出水处理压力。
表 3
表 3 未来3年预计地层水回注总量
Table 3 Expected total flow rate of reinjection water in the next 3 years
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表 3 未来3年预计地层水回注总量
Table 3 Expected total flow rate of reinjection water in the next 3 years
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3 低温多效蒸馏法处置采出水
XC气田地层水矿化度高，氯根浓度大，矿化度从14 000~90 000 mg/L，而现有的污水处理工艺无法去除氯根离子。因此，2012年在x201井站建设了一座处理规模为360 t/d的高氯废水低温蒸馏处理站，核心部件为一套蒸发结晶分离装置，该装置采用了国内成熟的低温多效蒸馏技术，可将高氯地层水蒸发为氯根质量浓度小于20 mg/L的蒸馏水，达到国家排放标准，蒸发过程中产生的固体盐和副产物，可以作为化工原料外卖。
3.1 工作原理及工艺流程
本装置的工作原理为：在真空装置中，根据PV=NRT，通过减小压力，使得温度降低，水的沸点降低。水在蒸汽作用下，分别转变成气体、浓缩水、冷却水。蒸发结晶系统由四效蒸发构成。每一个蒸发罐为带有特殊捕沫装置的强制循环结晶器，该结晶器具有高效节能、蒸发水质较高、结晶盐产品质量高等优点。其工艺流程见图 3。
废水由井区泵至混料池，混合料液用混料泵泵出一部分直接进入Ⅳ效蒸发罐，另一部分经混合冷凝水预热器预热后一部分直接进入Ⅱ、Ⅲ效蒸发罐，另一部分通过Ⅰ效冷凝水预热器预热后进入Ⅰ效蒸发罐。
结晶盐浆由Ⅰ效蒸发罐转排到Ⅱ效蒸发罐，Ⅱ效蒸发罐盐浆转排到Ⅲ效蒸发罐，Ⅲ效蒸发罐盐浆转排到末效蒸发罐集中排出系统。
母液排放则是由Ⅰ效蒸发罐转排到Ⅱ效蒸发罐，Ⅱ效蒸发罐转排到Ⅲ效蒸发罐，Ⅲ效蒸发罐转排到末效蒸发罐集中排出系统到母液储桶，澄清后打到井区注井，较少粉盐溶化后回蒸发系统，少量石膏固体集中晾干后送饲料厂、水泥厂出售。
锅炉来的蒸汽进入Ⅰ效加热室加热，Ⅰ效蒸发罐产生的二次蒸汽再到Ⅱ效加热室加热，依次传递，末效二次蒸汽被循环水冷凝后由真空泵将不凝气带出系统。
3.2 应用情况
2012年4月28日逐渐进少量卤水进行蒸发。期间发现循环泵漏水，通过更换循环泵，流程正常运转直到5月7日，流程无异常情况出现，正常处理污水且出盐稳定，截至5月7日共处理卤水1 370 m3(见表 4)。
表 4
表 4 高氯废水无害化处理站运行情况
Table 4 Operating conditions of nontoxic treatment station for high chlorine waste water
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表 4 高氯废水无害化处理站运行情况
Table 4 Operating conditions of nontoxic treatment station for high chlorine waste water
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4 结论
(1) 处理达标外排法是目前XC气田主要的水处理方式，工艺成熟，处理水量大，但处理装置较多、工艺较为复杂，且其处理工艺受原水水质、排放水体、环保法规等多种因素影响，排放水质指标要求越高，处理难度越大，处理成本也相应增加，给气田带来很大的成本压力。
(2) 低温多效蒸馏法是针对高氯污水处理的一种非常有效的方式，实现了资源的回收再利用，是XC气田采出水处理方式的一种有益的补充。
(3) 气田地层水回注技术目前在油气田污水处理方面得到了越来越广泛的应用。具有投资较低、运行成本较低、水处理工艺简单等优点，是XC气田将来需要大力发展的一种新型水处理方式。
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国家环境保护总局.GB 8978-2002《污水综合排放标准》[S].1996-10-04.
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2013, Vol. 42