气田采出水回注处理技术及工艺探讨.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 22 日 作者简介：李璐（1998），女，四川南充人，汉族，职称为助理工程师，研究方向：基于节能降耗的回注站工艺流程优化研究。-42-气田采出水回注处理技术及工艺探讨 李 璐 中石化川西天然气勘探开发有限公司安全环保室，四川 成都 611900 摘要：摘要：气田采出水主要采取两种方式处理，包括运输至就近的气田水回注站做相应的回注处理，以及直接对外排放。混合处理措施能够有效地增强对气田采出水处理的环保性和安全性，是当前进行应用的主要方式，但在实际应用过程中，该措施也面临一些问题，如其中悬浮固体颗粒、细菌等物质，会导致设备的堵塞和腐蚀等现象，严重地影响到气田采出水回注的效率和经济效益。有鉴于此，在当前的工作之中，相关单位和人员有必要对实际的处理工艺进行一定程度的优化，以改善该问题。本文从气田采出水回注的现状入手，探讨了对相关工艺的改进策略，期望对后续工作形成参考。关键词：关键词：气田；气田采出水；采出水回注 中图分类号：中图分类号：X741 0 引言 气田采出水回注直接关系到气田的产量、开发成本等，但在实际工作之中受到各方面因素的共同影响，气田采出水往往会造成各类损害和堵塞现象，不利于气田的正常开采工作1。正因如此，目前人们越来越关注对气田采出水回注的处理工艺和技术的优化，以提升回注水的水质，降低其可能带来的损害和堵塞发生率。1 气田采出水的组成及现状 1.1 气田采出水组成 从以往的经验之中可以了解到，气田采出水的整体组成复杂程度非常高，其一方面可能会受地层原油的污染，另一方面在高温高压条件下，还可能对其他各类物质进行溶解。同时，在进行是由开采的时候，来自于油气层的各类固体物质、脱水环节投加的诸多化学品等，也会混杂在其中，从而导致了采出水之中存在数量庞大有机物的现状。对上述各类影响水质的因素进行归纳，可以总结出如下 2 种杂质类型：悬浮物。这些物质主要为原油、矿物、微生物和其他各类有机物，其来源是地层中油气藏本身等；溶解杂质。这种杂质本质上是已经溶解在水中的盐类物质，主要来源是地层的盐类、气体，其主要以离子状态存在于水中。悬浮物的存在导致气田采出水无法有效回注到地层之中，因为这种气田采出水非常容易导致压力的迅速上升2。而溶解杂质则会导致各类腐蚀和结垢的现象发生，对整体的回注工作有序开展将形成较大的危害。1.2 某回注站水质现状 以某回注站为例，该回注站回注站于 2019 年 10月 8 日开始试运行，现已平稳运行，试运行期间，回注水来自某污水处理站，污水污染物主要成分为石油、悬浮物、硫化物、腐生菌、硫细菌、铁细菌等，目前某回注站的回注量约为 100m3/d。图 1 某回注站主要工艺流程 对某回注站水质指标进行采样分析，可了解其组成性质特点（见表 1）。从中可以了解到，该回注站的气田采出水整体接近中性，采出水中固相含量较高、细菌含量高等特征。表 1 某回注站来水结构特征 测试指标 2022/5/1 2022/5/8 2022/5/15 含油量（mg/L）4.91 3.58 7.1 悬浮物（mg/L）32.75 15.03 2.94 悬浮物粒径中值（um）4.58 4.11 2.02 硫化物（mg/L）3.89 3.75 2.65 硫细菌（*102 个/ml)3.2 2.6 9 腐生菌（*103 个/ml)2.8 2.6 8.9 铁细菌（*103 个/ml)5.1 4.7 1.5 中国科技期刊数据库 工业 A-43-2 某回注站污水存在的问题 截至 2021 年 9 月 4 日，回注站设备设施总计维修104 次。从维护保养记录看，设备故障率最高的是注水泵（达 62.3%）、喂水泵（达 10.2%）及金刚砂过滤撬块（达 5.7%）。119 回注流程中来水接收泵投运初期卸水一般耗时为 30 分钟，后期由于来水固相含量较高，堵塞泵体导致卸水一般耗时增长为 1 小时 20 分，直接影响回注生产效率。金刚砂提升过滤撬初始过滤约四十分钟滤满 2 号水罐，后期由于接受水质问题，堵塞损伤滤料致使过滤时间增加至 3 个小时左右，严重影响回注生产。其运行过程中存在的问题主要为如下几个方面：高压泵。注水运行泵运行稳定性较差，且在运行过程中非常容易出现水泵异响、填料箱漏水、电压升高等异常情况，从而导致停机。同时注水泵设备，特别是填料箱的腐蚀现象非常严重。喂水泵。喂水泵运行过程中比较容易出现呲漏现象，更换机封频繁。同时注水泵盐析效应比较突出，这种情况对机器设备造成的腐蚀问题非常严重。金刚砂过滤撬。A、B 过滤罐差压表一直无法正常读数，目前操作方式以提升泵压力表指示来判断何时反洗。来水固相物含量较高降低过滤效率，缩减滤料生命周期。从上述总结的问题、某回注站的检修维护记录，以及相关水质构成的调查诊断结果分析之中也可以了解到，相关回注站的设备腐蚀现象非常严重，与各类菌可造成设备腐蚀的现象有关。同时悬浮物含量高、固相含量高可能是导致设备容易结垢堵塞、产生异响等问题的主要原因。3 某回注站处理技术及工艺优化对策 3.1 对悬浮物的处理工艺优化 当前该回注站主要的问题是回注污水中悬浮物含量过高，从而导致了相关设备在运行过程中产生各类问题。有鉴于此，相关单位在工作之中需要加强对悬浮物的处理工作。气田采出水处理中混凝现象比较复杂，要达到对悬浮物进行有效处理的效果，需要根据实际情况选择恰当的药剂组合3。目前公认的混凝剂对水中胶体颗粒的混凝作用机制主要可分为 4 种，即电性中和、吸附桥架、压缩双电层和卷扫作用，但是这些作用究竟是哪一种为主，是受到所选取的混凝剂种类、投加量等因素共同决定的。在气田采出水处理的时候，混凝剂常用类型则包括氧化铝、聚合硫酸铁、聚合硫酸铝等，在应用阶段相关混凝剂的组合则主要为聚合硫酸镁+阴离子型聚丙烯酰胺、聚合氯化铝+阴离子型聚丙烯酰胺、聚合氯化铁+阴离子型聚合丙烯酰胺等4。从以往的经验之中可以了解到，这些混凝剂方案之下，随着温度升高，对污水中悬浮物的清除效果将会显著上升（详见表 2）。对应的条件下，采取聚合氯化铝+阴离子型聚丙烯酰胺在 35的条件下，水中的悬浮物数量即可控制在 8mg/L，由此可以了解到聚合氯化铝+阴离子型聚丙烯酰胺作为混凝剂，对回注水中悬浮物的清除效果最好。表 2 不同混凝剂方案对悬浮物的清除效果 混凝剂方案 水温（）悬浮物（mg/L）聚合硫酸镁+阴离子型聚丙烯酰胺 25 43 30 28 35 15 40 10 聚合氯化铝+阴离子型聚丙烯酰胺 25 12 30 10 35 8 40 8 聚合氯化铁+阴离子型聚合丙烯酰胺 25 14 30 12 35 10 40 11 基于上述内容，相关单位在进行回注污水的处理的时候，可以适当进行对混凝剂的优化选择，通过混合使用混凝剂的方式来实现对污水的絮凝处理，同时可以考虑以聚合氯化铝作为主要絮凝材料，而尽量降低对阴离子型聚丙烯酰胺的使用量，从而达到降低成本的目的。3.2 加强对气田采出水中细菌的控制 细菌在回注水中的存在，也会导致设备的腐蚀、促进回注水水质的进一步恶化以及导致回注水系统的堵塞等，同时细菌还会影响到各种处理药剂的效果，导致其无法形成对回注污水的有效处理的目的5。当前回注污水种常见的细菌类型主要为铁细菌、腐生菌、硫细菌等，所以在某回注站的污水处理过程中，最重要的是对这几种细菌的处理。就某回注站的情况来说，从对其回注污水的构成进行分析之后可以了解到，该回注站铁细菌、硫细菌和腐生菌的含量较高，这些细菌会带来设备的腐蚀现象，其机制如下：铁细菌。中国科技期刊数据库 工业 A-44-铁细菌能够氧化二价铁为三价铁，并在这个过程中产生能量6。当铁细菌在设备或管道中生长时，它们可能会导致设备的腐蚀，因为三价铁化合物通常具有腐蚀性；硫细菌。硫细菌是一类能够氧化硫化物获得能量的细菌。在这个过程中，硫细菌可能会产生硫酸等腐蚀性物质7。当这些物质与设备接触时，它们可能会腐蚀设备的金属表面，导致设备损坏和性能下降；腐生菌。腐生菌是一种在有机物质上生长的细菌，它们能够分解有机物质并获得能量8。当腐生菌在设备上生长时，它们的代谢产物可能会对设备表面产生腐蚀作用。实际工作之中，可供选择的方法主要有 2 种，即物理手段和化学手段，既往某回注站在细菌处理过程中对物理处理方法有所应用，这种方法虽然效果比较良好，但运行过程中的成本较高，能耗比较大，与当前的节能降耗需求不符。有鉴于此，可供选择的方法仍然是化学处理方法，即进行杀菌剂的投加。杀菌剂常用的类型包括高锰酸钾、双氧水、二氧化氯、等，在选择的过程中可通过获取来水，并分别加入对应杀菌剂，静置 24h 的方式，来观察具体的杀菌效果，从而选定杀菌效果最佳、效果持续时间最长的杀菌剂类型。3.3 对回注方案进行优化 从回注站的水质检测分析可以了解到，相关污水之中不仅含有一定量的原油，同时还携带了大量的悬浮物固体，且悬浮物的粒径中值较大，这是直接影响到回注能力的关键因素，也是当前相关污水回注过程中需要进行工艺设计的重要环节。在本次探究中已经提出了对应的絮凝处理方案，以及细菌处理方案，基于这些方案，可以对整体回注工艺进行如下优化：进行混凝沉降-一级过滤-二级过滤工艺模式的建立。该工艺的主要流程，是对所有来水均集中到对应的污水储罐之中，并用泵提升至混凝沉降罐，在这种方法之下，将来水实现初步的处理9。初步处理的主要内容是针对来水所含的石油进行清除，当这一阶段的工作完成之后，即通过滤料罐对来水进行一级过滤，此后二级过滤过程中可通过对已经完成处理的水的水质变化进行把握和分析，选择以金刚砂为滤料的过滤方式，以实现二级过滤，当然，在滤料选择方面也可根据情况采取单层金刚砂滤料或是金刚砂-磁铁矿滤料10。当经过二级过滤之后，确认合格的水则可进行回注。工艺原理。这一污水处理方式的基本原理就是，在针对相关来水进行处理之前，通过已经选定的絮凝方案和灭菌方案，对来水在进入到沉降罐之前实施有效处理，从而全面增强其净化的有效性11。当进入二级过滤环节的时候，基于金刚砂的过滤措施将能够比较有效地进行对水中较大的颗粒的清除。金刚砂过滤主要进行表层过滤，这一过程之中可以保证滤料在装填方面相对简便。不过需要注意的是，相关滤料也容易因为水中石油的黏附和杂质，而产生堵塞现象，可能会降低整体的过滤效率12。金刚砂-磁铁矿过滤工艺，则可以利用金刚砂对水中的大颗粒物质进行充分截留，并利用磁铁矿密度大的特点，对其中更为微小的固体悬浮物进行进一步的截留，该方案能够全面增强过滤精度和过滤效率，提高出水的水质。4 结语 综上所述，气田采出水回注对于气田的正常运行和开采工作而言具有重要的现实意义，但是当前的背景下，相关气田采出水的处理效果并不理想，从而导致了各类问题的产生。针对这种情况，相关单位和人员需要明确分析气田采出水回注过程中所出现的各类问题，并分析回注来水的特征，掌握相关问题与气田采出水特征之间的关联性，采取合适的方式对整体的工艺流程进行优化。参考文献 1董越,韩磊,胡海杰等.气田高含硫污水的氧化-絮凝协同处理研究J.山东化工,2023,52(15):231-234.2 阿 克 巴 尔 卡 得 拜,孙 钰 钧,王 静 等.含 聚 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