页岩气增产采出水处理方法研究＊

2020-06-08 08:12万书宇徐冀林沈栩锐

油气田环境保护 2020年2期

万书宇李辉刘石胡恒秦柳周鋆徐冀林沈栩锐

(1.中国石油川庆钻探工程有限公司川西钻探公司；2.中国石油川庆钻探工程有限公司安全环保质量监督检测研究院；3.中国石油川庆钻探工程有限公司质量安全环保处；4.中国石油川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院)

0 引言

泡沫排水采气是从井口向井底注入某种能遇水起泡的表面活性剂，井底积水与起泡剂接触后，借助天然气流的搅动，生成大量低密度水泡沫，泡沫将井底积液携带到地面，达到排水采气的目的[1]。此过程中产生的废水为泡沫排水采气废水，简称泡排水。

近年来，由于页岩气工业的发展，表面活性剂广泛使用，泡排水产量不断增加，种类随着地质条件和构成的不同越来越复杂[2]。页岩气泡排水水质复杂，具有悬浮物高、Cl-高、可生化性差、悬浮颗粒物高、易起泡等特点[3-4]，如处理不当会对环境造成污染。因此，加强对页岩气泡排水处理工艺的研究，寻求一种有效、经济、可行的处理方法，具有一定的应用价值和环境效益。

1 泡排水处置技术现状

泡排水是一种采气废水，传统的处理采气废水主要采用的技术，如絮凝沉淀[5-7]、气浮[8]、电解[9-10]、芬顿氧化[11-12]、活性污泥法[13]和生物膜法[14]等，在处理泡排水时存在相应的缺陷。

目前针对泡排水的研究较少[15]，研究主要针对未加表面活性剂的传统采气废水[16]。梁兵等综合成本和处理效果，对比打井回注、膜分离、物理化学法、生物法和蒸发结晶法，认为蒸发结晶法是处理采气废水最有发展前景的方法[17]。新疆地区采气废水常用的处理方法是将采气废水储于蓄水池，利用自然蒸发实现废水减量与盐分的浓缩。但这种方法受制于当地气候条件且占地面积大，易对地下水体造成污染[15]，而且泡排水具有易起泡的特性，不能平稳蒸发。

2 试验条件

2.1 中试装置

中试装置主要分为预处理和多效蒸发两部分，具体设备见表1。

表1 中试设备

2.2 试验水质

中试对来自井站不同性质的泡排水X和Y进行处理。两种泡排水水质差异较大，具体指标见表2。

表2 两种泡排水水质指标

注：*GB 8978—1996《污水综合排放标准》一级标准；**DB 51/190—1993《四川省水污染物排放标准》。

2.3 分析方法

起泡性采用罗氏泡沫仪，50℃静置30 s，考察泡沫高度的变化[18]。

COD分析采用GB 11914—1989《水质化学需氧量的测定重铬酸盐法》改进方法[19]。

Cl-分析采用GB/T 15453—2008《工业循环冷却水和锅炉用水中氯离子的测定》。

主要试剂见表3。

表3 主要试剂

2.4 试验方法

中试工艺流程见图1。

图1 中试工艺流程

泡排水破乳混凝后，调节pH值，加入催化剂和氧化剂，反应5 h；调节pH值至7～8，加入电荷中和剂和混凝剂；除硬后，经离子交换、砂滤和活性炭吸附系统进入蒸发器，确保泡排水在蒸发器内不结垢。

两组泡排水均处理7 d，处理量4 m3/d。处理后的泡排水作为多效蒸发进水，蒸发器运行6～8 h/d。

3 处理效果

3.1 预处理

各处理单元对泡排水起泡性的影响见图2。

图2 各处理单元对泡排水起泡性的影响

由图2可知，虽然两组泡排水初始起泡性能相差较大，但经过一系列处理后，起泡性能变为零，满足进蒸发要求。泡排水经破乳混凝后起泡性明显增强，泡排水X增强近80%，泡排水Y增强近180%。这是由于在破乳混凝过程中去除了油类物质[20]，而油类物质具有破坏泡沫的作用[21]，因此破乳混凝后泡排水起泡性能增强。两组泡排水在催化氧化后，起泡性能大幅下降。这是由于在催化氧化过程中，一部分表面活性剂被氧化，起泡性下降。经过电荷中和过程，两组泡排水起泡性能完全为零，即在50℃的条件下，向分液漏斗中注入500 mL待测液体，从450 mm高度自由流下，冲击量筒中50 mL相同的待测液，液体相互碰撞过程中吸入空气而产生泡沫，液流停止30 s时的泡沫体积为零。

各处理单元对泡排水COD浓度的影响见图3。

图3 各处理单元对泡排水COD浓度的影响

由图3可知，虽然两组泡排水初始COD浓度相差较大，但经过一系列处理后，COD浓度降低到3 000 mg/L左右。泡排水经过破乳混凝后COD浓度大幅降低，去除率达70%左右。谢鲲鹏等利用聚合氯化铝处理采气废水，最佳条件下COD去除率达到90%以上[22]。催化氧化过程中COD浓度略有降低，主要是部分简单有机物和表面活性剂被氧化。在电荷中和过程中，表面活性剂完全被去除，泡排水COD浓度进一步降低。在除硬过程中，泡排水COD浓度略有降低。