（环境工程专业论文）四川气田水处理技术及其工程中的应用研究.pdf

嚣南交通大学硕士研究生学位论文第f 页 摘要 气田水是天然气生产中随天然气一起采出的地层水，如不经处理直接排 放会造成土壤板结，引起地下水污染等环境问题。目前国内外气田水处理有 三种方式：达标后排放、回注地层、综合利用。其中回注气田水必须严格控 制固体悬浮物( s s ) 的浓度。 本文分析了气田水来源，特征以及气田水对自然环境和天然气生产的影 响，例举了几种典型的气田水处理工艺。通过对四川气田水状况的详细分析， 包括气田水的时空分布，地质特点，对四川气田水处理的现状进行研究，通 过对比集中气田水处理工艺，提出适宜四川气田水处理的工艺回注处理， 并结合目前的实际情况提出了当前四川气田水回注中存在的问题，相应地提 出作者本人的建议。文章最后把前文的研究成果应用于蜀南气矿付1 井中。 通过分析处理站水质监测数据和查阅相关文献资料，针对付1 井回注气田水 处理站水处理工艺存在的能耗较大、出水水质超标、设备腐蚀等问题，本论 文提出了混凝一斜管沉淀一气浮一压滤气田水处理工艺改进方案并予以实 旖。 本论文在充分调研了国内外有关气田水处理文献，对各种处理技术进行 了分类和比较，并根据四川气田水的水质情况、结合实际情况对四川气田水 的处理提出了适宜的处理方式。并成果的将理论成果应用于付1 井中。研究 成果这对当前四川气田水处理有一定的参考价值。 关键词：四川气田水处理回注 强崮交通大学硕士研究生学位论文 第lj 页 a b s tr a c t t h eg a s 。磊e l dw a t e r ，w h i c hi so n ek i n do fs t f a t u mw a t e r ，i se x p l o i t e da l o n g w i t ht 1 1 ep r o d u c t i o no fn a t u r a lg a s i tw m c a u s ee n v i r o n m e m a lp r o b l e m ss u c ha s s o i ih a r d e n i n ga n dg r o u n dw 8 t e rc o n t a m i n a t i o ni fn o tt r e a t e dp r o p e r i y a t p r s e n t ， t h e r ea f et h f e e g a s f i e l d w a t e rt r e a 玎a e n l n e t h o d s ： d i s c h a r g i n g ， r e i n j e c t i n g ，a n dr e u s i n g t h ec o n c e n t r a t i o no fs u s p e n d e ds o i i d ( s s ) m u s tb e s t r i c t l yl i m i t e di nr e i n j e c t i n g 1 at h i sp a p e r ，w em a i 拽每a n a l y z et h eg a s 一蠢e l dw a t e r ，i n c l u d i n gt h es o u r c e ，t h e i d i o s y n c r a s ya n dt h ei n n u e n c et ot h ee n t i r o n m e n ta n dt h ep r o d u c t i o no fn a t u r a l g a s ；a n di n t r o d u c es e v e r a lt y p i c a lt r e a t m e n t 协c h n 0 1 0 9 i e s b a s e do nt h ed e t a i l e d a n a l y s i so fg a g 一 ；主e l dw a t e ri 毽t l es i c h u 鑫nb a s i n ，i n c l t l d i n gt h ed i s t r 主b u t i o no f g a s n l e dw a t e ra n dt h ef e a t u r eo ft kg e o l o g yo fs i c h u a n ，m ep a p e rt a k e s t e s e a r c ho nt h eg a s - f i l e dw a t e rt r e a t i n e n ti ns i c h u a n c o n t r a s t i n gt h et e c h n o l o g y o fg a s - 矗e l dw 雏e lt f e a t m e n t ，c o a g u l a t o nt r e a t m e n ti sp u tf o r w a mw 壬l i c hi s s u i t a b l ef o rt h eg a s f i e l dw a t e ri ns i c h u a n t h e nt h ea u t h o rp u t sf o r w a r dt h e p r o b l e m sw h i c ha r ei ne x i s t e n c en o w ，a tt h es a m et i m e ，t h es u g g e s t i o n sa r e g i v e n a tt h ee n do ft h i sp a p e r t h en o 1 群i nf l 王j i a m i a oo fs h u n a ng a sm i n ei s s e l e c t e da s 搬ec a s es t u d y b e i n gf a c e dw i t hf o l l o w i n gp r o b l e m si nt h ep f o c e s s o fr e i n j e c t i n gg a s - f i e l dw a t e rt r e a t m e n t ：h i 曲e n e r g yd e m a n d 、b a dd i s p o s a i e f c t 、f a c i l i t yi l l u s i o ne t c ，t h i sp a p e fp u t sf o r w a r do n ei m p f o v e dd i s p o s a l p r o g r a m sw h i c hi sc o a g u l a t i o n i n c l i n e dl u b es e t t e - f l o t a t i o n * 是l 打a t i o n ， t h i sp a p e ri n v e s t i g a t e st h el i t e r a t u r e 她o u tt h eg a s f i e l dw a t e r ，t h e nc l a s s 讯e s a n dc o m p a r e se a c ht r e a t m e n tt e c h n i c s a c c o r d i n gt h ec o n d i t i o no ft h eg a s f i e l d w a t e ri ns i c h u a n ，w i t ht h er e a l i t y c o a g u l a i o nt r e a t m e n ti sp u tf o r w a r dw h i c hi s s u i t a b l ef o rt h eg a s - n e l dw a t e ri ns i c h u a n s ot h es t u d yi nt h i sp a p e ri so f r e f e r e n t i a iv a l u ef o r t h eg a s - f i e l dw a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g yi ns i c h u a n g a 鼾区e l dw a t e ft r e 矗t m e n t k e y w o r d s ： sic h u a n g a s - n e l dw a t e rt r e a t m e m c o a g u l a t i o n 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 研究背景及意义 天然气生产历来在国民缀济中起着重要作用。气田在歼发初瓣基本无水 或只有少量凝析水产生。当进入中、后期开采后，随着气井产水( 气田水) 率的升高，天然气的开发难度加大，使气田的天然气产最和采收率递减加快， 更有甚者淹没气田，追傻气羽生产弗停产。撵水采气是减轻气困水影响天然 气歼采的一种有效措施，是老气田稳产的一种主要技术手段。但气闰水矿化 度较高，并含有氯化物、硫化物、c 0 2 、悬浮物和有机物等污染物，若排入 环境，将造成污染。因而排水采气生产的气羽水能否褥到妥善处理将直接影 晌到整个排水采气工艺的实施，进而影响有水气田的开发。就四川气圈来蓖， 作为全国最大天然气生产基地，经过几十年的发展，已有相当数量的气藏和 气井进入了开发的中、后期，并不同程度地产水。特别是蠲南、川西北老气区 已基本处于以开发有承气藏为主静局嚣为保证采气斑产正害进弦和保护 环辘，气田水的出路问题必须解决。 目前气田水的出路问题是制约天然气生产的一个重要因素，如何减少气 田水对环境的污染，从丽保涯天然气豹正常开采，增加天然气产量，越来越 受到人们的关注。 而对于气田水的处理，目前国内外也没有统一的处理方式，主要根据各 地备气田水水质的不同，采用不同的处理方式。就四川两言，目前主要的处 理方式为回洼处理，但匿蘸逐没骞正式的犀家窝注标攥，对回注水豹处理也 比较简单，一般都采用隔油、混凝沉降( 少部分有过滤装置) 后，真接回注。 因而目前的气田水回注井，尤其是早期的开发的回注并，由于缺乏对气田水 7 k 质等的了解，霆蘸在疑注工艺中遇到了一些阕题。因此，有必要对气田水 的凰淀处理做深入研究，从根本上解决四| | 气田水回液处理中存在的问题， 提高气田水回注处理的水平，有效地控制气田水对环境造成的不良影响：可 以从根本上解决气田水的出路，促进天然气的生产。 箧瑟本文震开对四川气踊承回注处理鹣研究具有a # 常重要的意义。不仅 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 可促进天然气开发增加产量，而且可防止气田水排放时对环境的污染以及 对农作物的损害，有利于维护生态平衡以及解决合理利用资源的社会问题a 1 2 国内外研究现状 目前，国内外对气田水普遍采取了回注地层，综合利用和处理达标外排 三种治理措施来解决气田水的出路。 ( 1 ) 回注地层 回注作为一种防止水污染的措施，国外很早就采用了。例如，前苏联奥 伦堡气田日均产水8 6 9 0 m 3 ，产出水全部回注，且为了避免注入水上窜至淡 水层，还在注水井的附近钻了几口1 5 0 m 深的观察水井进行监测，定期分析 水井有无水上窜的显示8 1 。1 9 8 0 s 年，四川气田开始探索向地层回注气田水， 当时的处理步骤是先对气田水进行自然氧化、沉淀、过滤等处理，然后分别 向浅层和深层的废弃井( 采气枯竭井) 进行试注，取得一定的成效 1 。 ( 2 ) 综合利用 从对环境的危害来看，气田水是一种必须进行处理的废水：从利用所含 的有用物质来看，气田水又是一种综合性的液矿资源，有潜在的经济效益和 社会效益。在国外，自前苏联于1 9 2 4 年从巴库气田水中提1 2 成功后，日本、 美国和意大利等国家也纷纷开展从气田水中提1 2 、b r 2 、b 和l i 元素，其中 日本做得最好。日本从1 9 3 4 年开始用吹出法从千叶和新泻两县的气田水( 含 1 2 量为6 0 7 0 m g l ) 中提1 2 至1 9 6 9 年1 2 年产量达4 5 0 0 t ，居世界之首， 而提1 2 后之气田水外排。1 9 8 0 s 年代日本又研究用树脂法从气田水中提b r 2 成功并实现了工业化。1 9 5 0 s 年代美国开始从阿肯色州气田水中提b r 2 ，提 b r 2 后的气田水回注地层。此外，2 0 世纪8 0 年代前苏联研究用含a 1 2 0 3 和 m g 的吸附剂从气田水中提l i 并获成功。目前，气刚水在某些国家不再视 为一种污废水，而是一种可开发的新资源。随着科学技术的发展气田水中 更多的化学元素将会被开发利用叭。我国早期对气田水综合治理，主要是 平锅熬盐，然后用浓缩的卤水来提取1 2 、b r 2 、l i 等稀有元素。从盐化工的 角度看，气田水中含盐量并不高，熬盐时要消耗大量的天然气，这种方法现 己不用。除平锅熬盐外，四川峨嵋所等单位还研制出空气吹脱一离子交换治 理方案：先提取化工产品，然后再制盐。其工艺为：气田水经酸化、脱硫和 西南交通大学硕士研究生学位论文 第3 页 遥氯气把溴离子氧化成筚质滨，接着罔空气吹出，再用氨碱液i 毅收并经浓缩、 热析和烘干获固体溴化钠产品；对吹溴后的气田水，先加芒硝( n a 2 s 0 4 1 0 h 2 0 ) 除钡，然后送入沸石柱进行离子交换，经洗脱、蒸发、结晶和脱水 褥氯纯锣，孝居锊母滚再进入二氧亿锰交换桂撵铿，阑祥经：l 童洗脱、浓缩、分 离和沉淀，将沉淀物烘干即得碳酸锂，最后剩下的气田水供真空熬盐。同平 锅熬盐相比，该工艺先进，流程紧凑，具有一定综合效益“。0 1 。 ( 3 ) 处理后达标外排 对滨临海洋或靠近沙漠的气田，困环境质量黉求不高，气圈永常直接外 排处理，例如美国、加零大等很多国家对气田水就是这样处理的“5 。而 对环境质量癸求严格叉光回注条件的气田，需要将气田水通过各种处理达标 赢矫捧。德国科学家曾麓高含氯离子气舞本提高“混凝一气浮一过滤”工艺 1 ，即将气闭水粗滤沉淀，其清液在组合式气浮装置中混凝气浮后送入浸 没燃烧器除氯，再至接触氧化塔处理，最后经压力过滤的出水即可排放。美 国s o h i o 石 l l l 公司在t e x a s 谣郝s p r 酶o n y 油田试骏了浸没燃烧汽提法”， 结果表明，该法可处理s 2 _ 含量为4 0 0 5 0 0 m g l 的油田水，处理后水中 s 2 _ 含量为o 5 lm g l ，但c o d c ，还达不到规定的排放标准。殴南油气田分 公司天然气研究院子1 9 8 5 年开发出化学氧化脱硫法，即采用k m n o 。、 h 2 0 2 和c a c i ( o c l ) 氧化翔来处理硫化物含量在4 2 0 m g l 的气田水，但因 大多数气田水的硫含量都超过2 0 m g l ，故该法具局限性。西南石油学院曾 研究了“吹脱一混凝沉淀”工艺“1 ，可较好地处理硫含量超过2 0 m g ，l 的气豳 永。西南石、涵学院对高c o d c ，值气疆水还提出了网步法“2 孙，露将气田水依 序进行常规混凝沉降、f o c 微电解、加入f e n t o n 试剂和漂白粉氧化和用活 性碳吸附等处理，最后所得出水水质凝本可达排放标准。为使气田水达标外 捧，国内相关工炸者曾律了不少有益避探索性磋究，毽赝提出的王艺，基本 上皆因投资太、或成本离、或技术不成熟、或操作较复杂等而来在现场获得 较好实施。 3 研究的雷的、意义和方法 ( 1 ) 研究目的、意义 西南交通丈学硕士研究生学位论文 第4 页 四川作为全国天然气的重要生产基地，经过几十年的发展，已有相当数 量的气藏和气井进入了开发的中、后期，并不同程度地产水特别是蜀南、川 西北老气区已基本处于以开发有水气藏为主的局面为保证采气生产正常 进行和保护环境，气田水的出路问题必须解决。 因而本文在对国内外气田水处理调研的基础上，通过分析四川气田水水质的 基本情况，对四川气田水处理进行研究，通过分析比较找出最适合四川气田 水处理的方式回注处理，并分析当前回注中存在的主要问题并提出相应的 建议，并将研究成果应用于付1 井中。希望从根本上解决四川气田水处理问 题，提高气田水回注处理的水平，为有效地控制气田水对环境造成的不良影 响，解决气田水的出路提供基础，有效促进天然气的生产。因而本文展开 对四川气田水回注处理的研究具有非常重要的意义。不仅可促进天然气开 发，增加产量，而且可防止气田水排放时对环境的污染以及对农作物的损害， 有利于维护生态平衡以及解决合理利用资源的社会问题。 ( 2 ) 研究方法 本研究主要采用文献资料法与实地调查法和实验相结合的研究方法。资 料主要包括：( 1 ) 国内外气田水处理研究的文章、文献：( 2 ) 付l 井气田水 处理现状；( 3 ) 川中、川东北等气田水处理现状；( 4 ) 四川气田水水质基础 资料；( 5 ) 系统科学、环境工程学及其它相关理论。实地调查主要到四川气 田水处理回注井进行了解、调查。实验主要是对付l 井的优化方案进行实际 应用。 1 4 研究内容、思路及技术路线 ( 1 ) 研究内容、思路 本文的研究主要是在对国内外气田水处理资料调研的基础上，通过分析 四川气田水的水质，结合目前气田水处理现状，找出问题，并提出建议。全 文共有六章组成。 第一章为绪论，介绍研究背景、国内外现状以及研究的目的、意义、方 法及内容、思路就：第二章主要介绍气田水处理相关的基础知识；第三章主 要分析四川气田水的基本情况：第四章对四川气田水处理进行研究，通过分 露南交通大学硕士研究生学位论文第5 爱 折比较找如最适会四川气田水处理的方式网注处理，并分析当前回涟中存 在的主要问题并提出相应的建议：在前河的糖础上第五章将研究成果应用于 蜀南气矿付l 并中。最后第六章给出本研究的最后结论。 本文匏研究思路如下慝1 1 所示： 图l - l 论文研究思路 ( 2 ) 研究技术路线 本课题所采用的技术路线如下图1 。2 所示： 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 背景研究 互亟 叵亟圃 困 图卜2 论文技术路线图 西南交通大学硕士研究生学位论文 第7 页 第2 章气田水处理概述 2 1 气田水的来源、成分及特征 气田水通常是指在采气过程中随天然气下同带出地面的地下水，气田水 大部分于气井井口经分离器而分离出，少部分在天然气集输管线中凝结后分 离出。此外，天然气脱硫厂也产生大量污水，与采气污水统称为气田水。 在天然气开采中，随着气藏压力的降低，地层水会逐渐浸入气藏并伴随 天然气一道被采出。由于在地下与高温高压的油层接触这些水溶进了一些 可溶性盐类、悬浮物、油、有害气体、有机物等。另外，由于石油和天然气 及地层水长期储存于地下，一些微生物和细菌也生存于其中，在油、气从地 层中被采出时，会与其它杂质一起混入水中被带出地面口j 。所以采出的地层 水是一种淡盐水矿化度一般有几万m g ，l 十余万m g 儿，除含大量c l - 外，还可能舍有硫化物、c d 、p b 、z n 、b a ，、a s 等有害物质l 。采气污水 不仅水质复杂，且水量也很大。特别是到了气田开采中后期，由于采取强化 排水采气措施会使气井的产水量迅速增加。西南油气田公司是国内最大的天 然气生产基地，2 0 0 1 年天然气产量达8 0 多亿立方米，但有水气藏占总气减 的8 4 ，往往形成气水同产：。据统计该公司气田在1 9 8 5 年的产水量就达 1 2 7 1 0 4 m 3 ，1 9 8 5 年到1 9 9 0 年问气田水产量平均以每年4 9 3 的速度递增， 2 0 0 0 年度气田水年产量约为3 0 0 1 0 4 m o 。气田水中除悬浮物、石油类、 硫化物等超标外，c o d 也严重超枷。该公司气田水的产出特征可归结为： 气口水水量逐年升高，产水量大；备气井产水量差异很大，从每日几m 3 到 几百m 不等；产水地点分散，分布于各气田，难于集中处理。其气田水的 水质特征是：水中氯离子含量高；含硫且气田水的矿化度高：水中还含有 b r 、i 、b 、k 、l i 、r b 等稀有元素”。因此，处理西南油气田公司之气田 水应开展好针对性研究，并有一定难度。 水应开展好针对性研究，并有一定难度。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 2 2 气田水对自然环境和天然气生产的影响 2 2 1 气田水对环境的主要影响 随天然气的采出气田水产出量日益增大，气田水外排所引起的环境问 题也严重起来。气田水对环境的影响具体表现在以下几个方面： ( 1 ) 若气田水冲入河流或渗入地层，将使水体的c o d c ，、色度、悬浮物、 石油类、挥发酚、硫化物、金属离子等超标，影响水生生物的正常生长。部 分气田水中的悬浮物含量高，常达2 0 0 m 1 以上，并呈胶体状，若进入水体 而长时间不能下沉，将导致水体生态的自净能力下降，进而影响水的使用。 ( 2 ) 气田水中有害的重金属离子如c r 6 + 、h 9 2 + 、c d 2 + 、p b 2 + 等和不易被动 植物降解的有机物易进入食物链，并在环境或动植物体内蓄积，从而危害人 类的身体健康和生命安全。例如六价铬( c r 6 + ) 通过食物链进入人体后，其毒 性主要表现为呼吸道、肠胃道疾患和皮肤损伤，特别是它的致癌作用近年来 己引起人们的广泛关注0 1 。 ( 3 ) 气田水中氯化物的含量常在至几万m g l 十余万m g l 。大量的氯 化物排入土壤中，会造成土壤盐碱化，壤的理化性能被改变，肥力下降， 同时因c l 活性比n 0 3 、p 0 4 要强所以会抑制农作物对氮、磷的吸收， 因而造成农作物减产。如果用含硫气田水灌溉农田，硫化物会使农作物烂根 死亡，将严重影响生产。另外，气田水中过高的p h 值及石油类还会影响到 土壤的结构，使得附近土地呈现为棕褐色龟裂板结，危害植物的生长1 。 ( 4 ) 气田水中溶解性固体或赫含量的变化很大，其幅度可从近似于自 来水直到接近饱和浓度。类似淡水或略具成味的气田水排入农田，其作用仅 相当于大气降水。高含盐浓度气田水排入农田，则将直接作用于有益的食用 植物和其他植物，造成植物柔软叶茎的质壁分离而枯死。石油类会堵塞土壤 颗粒缝隙，阻止农作物吸收水分和营养物质，油膜粘附在农作物上，会使青 苗枯死而减产。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 2 2 2 气田水对天然气生产发展的影响 气田水对天然气生产发展的影响主要表现在以下两个方面： ( 1 ) 随着国家对“西部大开发战略”以及“西气东输”战略性能源结 构调整的实施，无疑将给天然气工业带来极大的发展机遇。西南油气田实现 年产1 0 0 1 0 8 m 3 天然气的目标已经实现。随着天然气工业的发展，气田区 域面积不断扩大，开采的气井会越来越多，这样一来，不但天然气产量得到 大幅度提高，而且气田水产量也将会增大。统计资料表明，从1 9 9 7 1 9 9 9 年，四川盆地东部气田区域1 5 2 口气井产水量就接近增加一倍。当气田气井 逐步进入中，后期开采后，气田水产生量将大大增加。因此，加强对气田水 处理工艺的研究，将直接关系到天然气工业发展的进程，否则将会丧失目前 天然气工业发展的大好机遇。 ( 2 ) 在天然气开采中，随着天然气的不断采出，产气层中的地层压力 逐步降低，边水，底水逐步推近至气藏，当气田进入中后期开采后，边水， 底水的推进速度更快。若不及时采取措施将浸入产层的边水，底水排出，产 气层必将水淹没。为了提高天然气采收率而采取各种排水采气措施就势在必 行，如以气带水，化学排水，气举排水，机抽排水以及增压采气等。随着这 些排水采气技术措旋的实行，气田水也将大量涌向地面。如果对气田水不能 进行有效处理，必将对气井进行限产甚至关井。因此，对气田水处理工艺的 研究将会直接影响到天然气的采收率。 综上所述，伴随天然气的开采而产生的气田水，不但会对环境产生危害， 而且对生态环境建设也将带来不利影响，同时还将直接影响天然气工业的发 展速度以及天然气的采收率。 2 3 气田污水处理技术 气田水的主要环境污染指标是悬浮物、c o d c ，、石油类及重金属盐类等。 随着环保标准日益严格，气田水的处理技术越来越受到重视。现将油气田常 用的污水处理方法分别概述如下。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 2 3 1 物理处理法 物理处理法主要有机械过滤法和膜分离法。机械过滤法用以除去水中悬 浮物或固相颗粒。膜分离法是利用一种特殊的半透膜来分离水中离子和分子 的技术，又包括反渗透( r o ) 、纳滤( n f ) 、超滤( u f ) 、微滤( m f ) 等。在大多数 膜分离过程中，物质不发生相变化，分离系数大，操作可在室温进行，所以 膜分离过程具有节能、高效的优点。膜分离法是种发展速度较快的高新污 水处理技术，其中纳滤也称纳米过滤，是介于u f 和r o 之间的一种以压力 为驱动力的新型膜分离技术，可截断相对分子质量为3 0 0 3 0 0 0 之间的物质， 具有耐热性良好、适应p h 范围广、耐有机溶剂及稳定性好等优点，最适合 于有机污水的处理2 “2 2 1 。 2 3 2 化学处理法 化学处理法是利用化学反应的作用来转化、分离、回收或处理污水中的 污染物质的水处理方法。根据气田水中特征污染物的特性，在化学处理法中 使用较多的为氧化法，即利用溶于水中的有害物质可在化学过程中能被氧化 的性质，使之转化成无毒或毒性较小的新物质，从而达到处理目的。总的说 来，使用化学处理法时，需选择好化学剂，并考虑经济成本、不会造成二次 污染等24 】。 2 3 3 物理一化学处理法 物理一化学法在污水处理过程中，不仅存在化学反应，还包括了一些物 理过程。较常用的物理一化学处理法有混凝法、电解法、气浮选法和吸附法。 混凝法是通过添加混凝剂来破坏污水中悬浮物或固相颗粒( 类似带电胶 粒) 的稳定性，从而产生絮凝物并吸附水中其它污染物，然后经沉降分离出 清水“”。混凝法包括分级混凝处理法、中和一混凝处理法、酸碱处理法、 二级絮凝处理法等。混凝法所使用的化学处理剂来源广泛，价格低廉，其处 理费用较低，且处理步骤和操作也较简单，故在油田污水处理中应用很普遍。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第11 页 电解法是在通电条件下，利用阳极的氧化和阴极的还原作用，使污水中 有害物质发生氧化还原反应而变为无害或低害物质。它在处理电镀工业污 水、还原脱氯、重金属回收等方面具有无需添加氧化剂和混凝剂等化学药品、 所用设备体积小及其占地面积少、操作简便灵活等优点，但是该方法一直存 在能耗高、成本高等缺点“。 气浮选法主要用于分离比重不大的悬浮物质( 油类、纤维、活性污泥等) 。 该法的原理是在污水中通入或产生大量的微细气泡，气泡上浮时将水中的微 小颗粒及微粒油滴粘附而带至水面，使其能被撇油器方便除去。这种方法的 缺点在于应用成本较高，其优点是处理效果较好，油类去除率可达9 0 以上， 机械杂质、悬浮物的去除率超过9 5 “”。 吸附法是将具多孔介质的吸附剂粉末或颗粒与处理水混合，或让处理水 通过吸附剂颗粒物所组成的滤床，从而使污水中的污染物被吸附或被过滤去 除。用吸附法处理废水前，需先预处理除去水中的悬浮物及油类物质等，以 免阻塞吸附剂的孑l 隙。这种方法因处理成本较高，吸附剂再生困难，故不利 于处理高浓度的废水一般用于废水常规处理后的深度处理。研究表明，吸 附法与其他方法联用可以取得更好的处理效果，如臭氧一生物活性炭工艺就 是将活性炭物理化学吸附、臭氧化学氧化、生物氧化降解及臭氧灭菌消毒四 种技术合为一体的工艺1 3 1 。吸附法处理中，选好吸附剂很关健。常用吸附 剂有活性炭、粘土、磺化煤、矿渣和硅藻土等【i ”。其中，吸附剂活性炭更 常用，它还可以作为流化床的载体，其吸附作用能将包括底物、营养物和氧 气在内的物质浓集，将加速微生物的降解。有机废水处理中，用活性炭吸附 法可除去大量难以降解的有机污染物，对废水中的c o d c ，去除率可达 7 0 9 0 ，因此活性炭吸附法可作为混凝沉降处理后的深度处理方法”。 2 3 4 生物处理法 生物处理法是用微生物能降解有机物的作用来处理污水中呈溶解或胶 体状的有机物。生物处理法分为好氧生物处理法和厌氧生物处理法两类们。 好氧生物处理法是在游离氧存在的条件下，利用好氧微生物使废水有机 西南交通大学硕士研究生学位论文 第12 页 物降解的稳定、无害化处理方法。当废水流经填料表面时，有机物被所载生 物膜吸附，同时，空气中的氧也由废水表面进入生物膜，膜上的微生物在氧 参与下对有机物进行分解，最终使废水得到净化。 厌氧生物处理法是在无游离氧的情况下，利用厌氧微生物对有机物进行 降解的稳定处理方法。通常是在无氧条件下，利用微生物将有机物转化为甲 烷及其他无机物( c 0 2 、n h 3 等) 。通过此法，可将复杂的有机物分解为简单 物质，将有毒物质转化为无毒物质，使废水得到净化。厌氧生物处理法具备 有机物去除率高、工艺操作简单可靠和维护费用低等优点n 。 目前，广泛用于污水的生物处理工艺主要有m 1 9 ： a - b 活性污泥工艺：属两段活性污泥法的发展，其特点是在各工序有 不同的微生物种群，并有各自的沉淀池和污泥回流系统，运行负荷高，对进 水负荷的变化有较强适应能力，其缺点是剩余污泥多。 a - a o 活性污泥工艺：该工艺不但能降低污水中的b o d ，c o dc r ， 还能有效地去除污水中的总氮和总磷但其流程复杂，投资和运行费用比传 统方法高2 0 3 0 。 氧化沟工艺：该工艺可在较低负荷和较长污泥龄条件下运行，可得 优质出水，具有生物脱氮的功能，且污泥产量低，运行稳定，特别适于占地 面宽和污水量小的条件下使用。 s b r 法：由美国r i r v i n e 教授等人在1 9 7 0 s 年代末期开发出，引起 了世界各国环境工作者关注，到了1 9 8 0 s 年代，随着新型不堵塞曝气器、新 型浮动式出水堰以及用于监测控制的软硬件技术的出现与发展，特别是计算 机和生物量化技术的支持，该法显示了强大的优势，之后相继出现了厌氧 s b r 、多级s b r ，膜法s b r 等新工艺。 好氧生物流化床法：属悬浮生长型和附着生长型的复合法，核心是 使微生物生长于反应器中流动的载体表面，可以保持高浓度的微生物量，其 传质效率高，体积负荷可比传统活性污泥法高6 i o 倍。 升流式厌氧污泥床反应器法( u a s b ) ：用污水厌氧生物处理反应器， 可形成颗粒状污泥，其生物固相浓度和生物活性都很高，对高浓度有机废水 和城市生活污水的处理，能达到很高的负荷和处理效率。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 另外，曾应用的地层渗透法也包含生物处理法，它是将经过化学处理后 的废水喷洒在地面上，方面经土壤中微生物的生化作用将废水中的有机物 降解为c 0 2 和h 2 0 ，另一方面通过土壤的离子交换和化学吸附作用使废水 中的金属离子被固定于土壤中。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 4 页 第3 章四川气田水状况分析 四川盆地天然气和盐卤水资源丰富，丌发历史悠久，是世界上最早发现 和开发利用天然气和盐卤水的地区。对我国天然气和盐卤化工业的发展贡献 巨大，对古代世界天然气工业发展和盐卤开发也作出过重要贡献。 四川盆地深层盐卤水往往发现于石油天然气勘探开发之中，它常与油气 共存于同一地质体内，形成气水同产现象，所以实际上四川盆地很多地下盐 卤水就是气田水或油田水如威远气田水、磨溪气田水等。盆地气田水除n a c l 浓度较高外，普遍不同程度的富含b r 、i 、k 、b 、l i 、r b 等多种元素，其含量 均能达到或超过开采利用品位，构成优质液态矿产资源，有很高的经济价值 及开发利用价值。国外对利用油气田水提取有用组分已日益重视，生产不断 扩大，产量逐年递增。如日本、美国和前苏联都以气田水作提碘原料，其中美、 日从气网水中提取i 、b r 元素，仅1 9 7 5 年统计资料，其产量比1 9 6 0 年翻了5 6 倍，达6 5 0 0 t a 、和1 8 9 0 0 0 t a 。原苏联6 0 一7 0 的b r 是从油气田水提取，并取得 得显著的经济效益，值得我国借鉴。 四川盆地气田水具有分布广、产层多、资源富、品质优、气水同产、利 于开发等特点，为四川的优势矿产资源。充分开发利用盆地气田水，必将取得 重要的经济效益和社会效益。 3 1 气田水纵向分布具多产层特点 四川盆地为面积超过2 0 1 0 4 k m 2 的大型叠层式自流盆地，自震旦纪以来 盆地总体下沉，沉积盖层发育齐全，总厚6 0 0 0 1 2 0 0 0 m 。其中中三叠世前是以 碳酸盐岩为主的海相台地沉积，厚4 0 0 0 7 0 0 0 m ：中三叠世后以碎屑岩为主的 滨海一河湖相沉积厚2 0 0 0 5 0 0 0 m 。盆地 气田水自震旦系至白垩纪各层系均有分布，具有多产层的特点。据资料盆地 气田水分布有9 大含气田水岩系及2 1 个区域气田水层。其中上三叠系碳酸盐 岩气田水层1 5 个，中三叠系的碎屑岩气田水层6 个( 表3 一1 ) 。各气田水层与相 西南交通大学石页士研究生学位论文 第1 5 页 邻蒸发岩或泥质页岩所构成的隔层组成了相问平行叠置的含水组合各储 层间相互隔绝，形成独立的水力系统。 表3 1 四川盆地气田水纵向划分示意 含卤层系 层位编号沉积环境及岩类储卤类型 白垩纪 k2 l 陆相碎屑岩一蒸发岩 侏罗系 j2 5 - j2 x2 0 j l 2 z 1 9河湖相碎屑岩碎屑岩储水 t 2 x 6 1 8 类型 上三叠系 t 3 x 4 1 7 滨海一河湖相碎屑岩 l 。2 1 6 t 2 1 4 1 5 t 21 3 1 4 t 2l i 1 3 t i j 5 1 2 中下三叠系 t i j 3 l l海相碳酸盐岩一蒸发岩 t i j 2 1 0 t 1 j 9 t - f8 碳酸盐岩储 二叠系 p h 7 浅海碳酸盐岩 水类型 p l m 6 石炭系 c 2 h 5 海相碳酸盐岩 奥陶系04 浅海相碳酸盐岩 寒武系 e2 + 33 海相碳酸盐岩一蒸发岩 el2 霉日秉 zl 海相碳酸盐岩一蒸发岩 3 2 气田水横向分布随层系不同而相对集中 盆地气田水分布随水文地质条件的差异及层系不同而相对集中，在诸 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 6 页 多的气田水层，以上三叠系须家河组( t ) 气用水( 通常称之黄卤) 和中三叠系 雷口坡组( t ：1 ) 及下三叠系嘉陵江组( l 1 ) 气田水( 即常称的黑卤) 分布最广和 最稳定除盆地周边露头区和剥蚀区外，于毓地内均有分布。其中t 。气l = 开水主 要在川中和蜀南自贡地区，n l3 气田水分布在乐山五通桥地区，氢、氧同位素 相对较低( d d 一2 ) ：t 。j5 一t ：l 气田水及上二叠系长兴组( p z c ) 、下 三叠系茅口组( p 1 ) 气田水主要分布在自贡和泸州地区及川东北宣汉地区， 氢、氧同位素为高值( 一般d d 在一2 0 ，d ”o 2 7 ) ：震旦系( z n ) 气田水则集 中分布在蜀南的威远背斜，d ”0 为高值 3 2 ，d d 则较低( 一3 9 。此外白垩系、 侏罗系、三叠系各层系裸露型的盐卤水，主要分布在盒地周边地区，与大气降 水关系密切，反映在氢、氧同位素为低值( d d 一5 0 ，d ”o ( 一7 ) 。 3 3 气田水地质特点 3 3 1 气田水多属低孔隙渗透储集类型 按气田水储存介质的不同，岔地震旦系一白垩系大体可分为两大储集类 型，即以上三叠系须家河组( l ) 底为界，其上是须家河组一白垩系以砂、泥岩 为主的碎屑岩储集类型，其下为中三叠系雷口坡组一震旦系的碳酸盐岩储集 类型( 参见表3 一1 ) 。由于在漫长的地质年代里，上覆沉积的压实作用，使地层 岩石结构致密，孔隙微小，因此盆地气田水层，无论是碳酸盐岩或碎屑岩多属 低孔隙、低渗透储集类型。只因后期受构造运动，特别是喜马拉雅运动的影 响，盆地发育众多的局部构造，并伴随断裂发育，使储存在低孑l 渗介质中的气 田水，在地静压力的驱动下富集到各局部构造隆起及断裂带之中。绝大多数 碎屑岩平均孔隙度为5 4 ，渗透率 0 1 1 0 。u 一。属低孔隙、低渗透储集类 型。气田水的富集主要与构造断裂裂隙和成岩裂缝密切相关，大多具有非均 质、各向异性特征。以上三叠系须家河组( t 。) 气田水为代表其储水层厚度、 规模及单井水量较大，如川中蓬莱镇构造蓬基井l x 气田水，自喷产水己3 0 余年，累计产水量已逾4 1 0 6 m 3 。而蓬莱镇构造的其它部位钻井产水量较少、 差异极大。 大多数碳酸盐岩储集层岩块的平均孔隙度( 2 ，渗透率 0 6um 2 、中渗透率= o 1 0 6 “m 2 、低渗透率斤 o 1 # 皿2 ，所以露j | | 气啜的地质构造属致密低渗透率气 ；l ”。致质上怼圈注 并丑的层的筛选条件为：一是埋藏较浅且封闭性好：二是目的层储渗性较好， 具有一定的吸水能力；三是目的层有足够大的容积；四是地层压力不高，且 有能量亏损；五是水质配伍性好。上述赢点与回注水质预处理有关的是目的 屡的储渗性藕水瑷配伍性两赢，其中农矮配伍毪要求地层永型与圄注水登相 容。与回注水质中的s s 和颗粒粒径直接相关的是地层的储渗透性，换言之就 是回注层对水质中悬浮物、微粒粒径指标的要求，此点决定气田水回注的预 处理工艺。 气田水回注其主要王作集中在对气田水的预处理方面，主要解决气田水 中机械杂质对地层的堵塞，控制气田水中s s 的总量和粒径。采用工艺为混凝 一过滤一糟滤豹组合，萁关键设备为糖滤单元，当 ；蓼采用的糖滤组件主要有 陶瓷烧结管、p e 滤捧、改性纤维球镣。 l 、回注层对回注水质的要求 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 0 页 气田水回注对水质指标的要求主要有：p h 值、石油类物质、s s 、微粒粒 径等。其中气田水的p h 值与水质配伍性有关，石油类物质大部份为轻质凝析 油引起，上述两项指标从水处理的角度出发要求预处理的工艺较简单；而s s 、 微粒粒径两项指标因涉及回注层储渗通透问题显得格外重要，且处理工艺也 相对复杂。 ( 1 ) 悬浮物 气田水中的悬浮物主要由机械杂质、胶体物质等构成。 ( 2 ) 微粒粒径 微粒粒径是在进行地质论证时，通过对回注目的层的孔隙率、渗透率、 过水喉道大小及