CN109019949A - 一种用于高含硫气田采出水资源化回用处理的工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于油气田地面工程技术领域，提供了一种用于高含硫气田采出水的处理工艺。具体包括“密闭除硫处理+机械搅拌澄清处理+压力过滤处理+蒸发处理+高级氧化处理+微滤/超滤膜+反渗透膜处理”等处理工艺，针对性去除水中的硫化物、悬浮物、成垢离子、COD、挥发酚、氨氮以及电导率等。本发明工艺过程中对高含硫气田采出水的水质波动适应性强，药剂投加量低，蒸汽用量少，处理合格后的高含硫气田采出水可全部用于净化厂循环冷却水补充用水，并且实现了气田采出水的零排放目标。

Description

一种用于高含硫气田采出水资源化回用处理的工艺方法

技术领域

本发明属于油气田地面工程技术领域，具体地，涉及一种适用于高含硫气田采出水的处理工艺方法。

背景技术

高含硫气田在生产过程中产生的采出水具有含高浓度硫化物(一般采出水

≤2000mg/L～3000mg/L左右)、高矿化度、高化学需氧量(即COD，COD浓度一般在1000mg/L～12000mg/L，范围波动大)以及高硬度等水质特性。其中COD组分复杂，包含有挥发酚、苯胺、萘和双季戊四醇等成分。这类采出水的整体可生化性差，BOD/COD比只有0.1左右(BOD为生化需氧量)。上述高含硫气田采出水中的COD主要组分如下表1。

表1：高含硫气田采出水主要组分

含硫气田在开采的过程中会产生带出地层的采出水。现有技术中针对高含硫气田生产过程中产出的采出水的处理工艺，主要是通过去除采出水中的悬浮物、水中硫化物、水中含油以及控制粒径中值，最后回注地层。回注过程存在污染地下水的风险。

目前我国已开发投产的高含硫气田主要有普光气田和元坝气田，这两天气田主要分布在四川地区，该地区人口密度大，回注井回注能力差，最重要的是随着国家更为严格的环保政策的出台，“绿水青山就是金山银山”观念不断深入人心，针对高含硫气田采出水的现有处理回注模式已不再适合现有国情下的环保要求。

目前国内没有建成投产的应用于高含硫气田采出水资源化回用处理的实际工程。基于以上原因，为保证气田平稳生产，保证川气东送下游用户平稳用气，亟需另寻一种节能环保的高含硫气田采出水处理工艺，实现气田采出水的资源化回用目的，达到零排放标准，彻底解决高含硫气田采出水出路问题。

发明内容

本发明的目的就是针对高含硫气田采出水的水质特性和上述现有技术中的问题，提出一种针对高含硫气田采出水的处理工艺方案，在确保高含硫气田的平稳的前提下，能够实现高含硫气田采出水的资源化回用，达到零排放目标。

为实现上述目的，本发明的技术方案是采用一整套全新的处理工艺，具体包括“密闭除硫处理+机械搅拌澄清处理+过滤处理+蒸发工艺+高级氧化处理+微滤/超滤膜+反渗透膜处理”等多个工艺处理单元，从而针对性去除水中的硫化物、悬浮物、成垢离子、COD、挥发酚、氨氮以及电导率等，最终确保采出水的水质能够达到天然气净化厂开式循环冷却水补充用水的水质要求。

本发明提出一种针对高含硫气田采出水的处理工艺，包括如下具体步骤：

第一步：将高含硫气田采出水进行密闭除硫处理，通过汽提步骤、降压闪蒸步骤和氧化步骤去除采出水中的硫化物，确保采出水中的硫化物含量≤5mg/L；

第二步：将经过第一步处理后的气田采出水通过机械搅拌澄清处理和过滤处理，去除水中的钙、镁、锶等成垢离子和悬浮物，确保处理后采出水中的成垢离子含量均含量≤15mg/L；

第三步：将经过第二步处理后的采出水进行预蒸发处理，去除采出水中的氨氮，进水中氨氮含量≤150mg/L，确保采出水中氨氮含量≤10mg/L；

第四步：将经过第三步处理后的采出水进行蒸发处理，去除采出水中的重组分COD，在进水中COD含量在900～7000mg/L时，经蒸发工艺处理后采出水中COD含量控制在200mg/L～600mg/L；

第五步：采用高级氧化工艺处理经过第四步处理后的采出水，去除蒸发凝结出水的COD和挥发酚等，确保采出水中的COD含量≤100mg/L、挥发酚含量≤0.5mg/L；

第六步：将经过第五步处理后的采出水进行微滤/超滤膜处理和反渗透膜处理，进一步去除采出水中的COD和电导率等，得到处理后合格的采出水。

本发明最终完成处理后的高含硫气田采出水能够满足净化厂循环冷却水补充用水的水质指标，具体为《炼化企业节水减排考核指标与回用水质控制指标》Q/SH0104-2007。

本发明的原理详述如下：

如附图1所示，本发明的这种用于高含硫气田采出水的处理工艺方法中采用的主要设备包括：汽提塔、压力两相闪蒸除硫罐、综合沉降池、提升泵、机械搅拌澄清罐、缓冲罐、过滤提升泵、过滤器、脱氨塔、蒸发装置、高级氧化装置、微滤/超滤膜系统和反渗透系统。

本发明的这种用于高含硫气田采出水的处理工艺方法包括具体操作流程如下：

高含硫气田的采出水首先调节pH值在4～5之间，然后经过汽提泵提升进入汽提塔，在汽提塔中去除水中的硫化物，实现采出水中硫化物含量≤300mg/L，这样可减少后续除硫剂投加量

通过汽提塔后的采出水接着进入到压力两相闪蒸除硫罐中，通过降压闪蒸工艺步骤进一步去除水中硫化物，可去除采出水中约30％的硫化物，从而进一步降低后续处理工艺中药剂的投加量。

通过压力两相闪蒸除硫罐后的采出水再进入综合沉淀池进行氧化处理，此步骤中投加除硫剂及净水剂，可获得采出水中的硫化物含量≤5mg/L。

经过沉淀池后的采出水通过提升泵进行提升，进入机械搅拌澄清罐，在机械搅拌澄清罐投加有复合碱，针对采出水中的成垢离子进行软化去除工艺。去除水中的钙、镁、锶等成垢离子，确保处理后采出水中的成垢离子均含量≤15mg/L。

处理合格后的采出水进入缓冲罐，然后通过滤提升泵提升，进入过滤器，去除气田采出水中的悬浮物，保证出水悬浮物＜15mg/L。

下一步，进入预蒸发系统，该预蒸发系统采用脱氨塔，塔底温度为100～110℃，塔顶温度为65℃～95℃，实现采出水中的氨氮含量≤10mg/L。

经过脱氨塔后的采出水接着进入蒸发装置，该蒸发装置优选采用减压蒸发，其蒸汽的用量较采用常压蒸发工艺时的用量要小。在该装置中完成去除采出水的COD步骤，最终采出水中的COD含量控制在200mg/L～600mg/L。该蒸发装置中产生的盐浆将进入到结晶系统中进行干燥制盐。

通过该蒸发装置后的采出水再进入到高级氧化装置，在该装置中完成进一步去除采出水的COD和挥发酚的处理工艺，经高级氧化装置处理后，采出水COD含量控制在≤100mg/L，采出水挥发酚含量控制在≤0.5mg/L。

经过高级氧化装置后的采出水最终进入后续的微滤/超滤膜系统和反渗透系统，在这两个系统中进一步去除采水中的COD和离子成分。

经过上述各个步骤处理完成获得的采出水为合格成品，最终进入后续成品水箱。

本发明的这种针对高含硫气田采出水的处理工艺方案具有如下优势：

(1)整体工艺方案中采用物理化学方法对高含硫气田采出水进行处理，工艺过程中受采出水的水质影响波动小，工艺操作方案适应性强；

(2)在第一步的针对采出水进行密闭除硫处理工艺中，除硫剂和净水剂投加量少，成本低；

(3)在第四步的蒸发工艺中采用蒸发处理，优选为低温减压蒸发工艺，蒸汽消耗量少，成本低；

(4)在第五步的高级氧化处理工艺的基础上，再结合第六步的微滤/超滤膜处理和反渗透膜双膜工艺能够有效去除最难降解COD，确保处理后的采出水具备非常高的品质。

本发明针对高含硫气田采出水水质特性，采用物理化学处理工艺对该类采出水进行处理，整个工艺过程中对待处理采出水的水质适应性强，药剂投加量低，蒸汽用量少，处理合格后的高含硫气田采出水适宜资源化回用，可全部用于净化厂循环冷却水补充用水。并且整个工艺实现了气田采出水的零排放目标，响应了国家目前的环保政策。

附图说明

图1为本发明的发明原理框图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

一种针对高含硫气田采出水的处理工艺，包括如下具体步骤：

第一步：将高含硫气田采出水进行密闭除硫处理，通过汽提步骤、降压闪蒸步骤和氧化步骤去除采出水中的硫化物，确保采出水中的硫化物含量≤5mg/L；

第二步：将经过第一步处理后的采出水通过机械搅拌澄清处理和过滤处理，去除水中的钙、镁、锶等成垢离子，确保处理后采出水中的成垢离子均含量≤15mg/L；

第三步：将经过第二步处理后的采出水进行预蒸发处理，去除采出水中的氨氮，进水中氨氮含量≤150mg/L，确保采出水中氨氮含量≤10mg/L；

第四步：将经过第三步处理后的采出水进入蒸发装置，去除采出水中的重组分COD，在进水COD含量在900～7000mg/L时，经蒸发工艺处理后采出水中COD含量控制在200mg/L～600mg/L；

第五步：采用高级氧化工艺处理经过第四步处理后的采出水，去除蒸发凝结出水的COD和挥发酚等，确保采出水中的COD含量≤100mg/L、挥发酚含量≤0.5mg/L；

第六步：将经过第五步处理后的采出水进行微滤/超滤膜处理和反渗透膜处理，进一步去除采出水中的COD和导电离子等，得到处理后合格的采出水。

具体来说，如附图1所示，本实施例采用的主要设备包括：汽提塔、压力两相闪蒸除硫罐、综合沉降池、提升泵、机械搅拌澄清罐、缓冲罐、过滤提升泵、过滤器、脱氨塔、蒸发装置、高级氧化装置、微滤/超滤膜系统和反渗透系统。

具体操作工艺步骤如下：

首先，调节高含硫气田采出水pH值在4～5之间，水中硫化物大部分将会以硫化氢分子形式存在，然后将高含硫气田采出水通入汽提塔中，汽提气采用净化后天然气或氮气，汽水比控制在6:1～15:1之间。汽提塔的运行压力控制在0.4～0.5MPa左右。水中分子态硫化物进入至汽提气内，水中硫化物得到脱除。经汽提塔处理后的气田采出水中硫化物≤300mg/L/。汽提塔出水进入压力两相闪蒸罐进行低压闪蒸处理，压力两相闪蒸罐工作压力为0.2～0.3MPa。压力两相闪蒸罐能够进一步去除气田采出水中硫化物，去除率在30％左右。

经压力两相闪蒸除硫罐处理后的气田采出水进入综合沉淀池中，在沉淀池进水管投加除硫剂，除硫剂投加量与进水硫化物含硫有关。经沉淀池处理后的气田采出水水中硫化物含量≤5mg/L。

经过沉淀池后的采出水通过提升泵进行提升，进入机械搅拌澄清罐，投入复合碱(一般为氢氧化钠和碳酸钠，投加量与原水成垢离子浓度有关)对采出水进行软化处理，软化后的采出水成垢离子均≤15mg/L。经软化后的采出水溢流进入缓冲罐，然后通过滤提升泵提升，进入过滤器，去除水中悬浮物，过滤器出水悬浮物≤15mg/L。

经过滤后的采出水进入预蒸系统进行处理，该预蒸发系统采用脱氨塔，塔底温度为100～110℃，塔顶温度为65℃～95℃。过滤后的气田采出水在此处去除水中氨氮，在进水氨氮≤150mg/L时，脱氨塔出水氨氮≤10mg/L。

经预蒸发脱氨氮处理后的气田采出水进入到后续蒸发系统，蒸发系统优选采用减压蒸发的模式，各效间温差控制在10℃左右，末效温度在55℃左右。经多效蒸发装置处理后，气田采出水中的COD含量在200mg/L～600mg/L。蒸发系统也可以采用其他蒸发工艺进行处理。另外，蒸发装置中得到的盐浆将经过干燥结晶处理结晶出工业盐。

经蒸发装置处理后的气田采出水进入到高级氧化装置中，在高级氧化装置中对采出水中难降解的COD做进一步的去除，确保采出水中的COD含量≤100mg/L、挥发酚含量≤0.5mg/L。

高级氧化出水进入微滤/超滤膜系统，微滤/超滤膜系统一般运行压力在0.03～0.2MPa之间运行，其产水率一般≥85％，主要作用是对高级氧化出水中的悬浮物及粒径中值作进一步的控制，为后端反渗透进入提供水质保证。

微滤/超滤膜出水最后进入后续的反渗透膜系统，反渗透膜系统运行压力一般在0.8～1.3MPa之间运行，通过反渗透膜系统进一步去除水中COD、氨氮和降低出水电导率。

经过上述各个步骤处理完成后获得的采出水为合格成品，最终进入后续成品水箱。

本实施例最终完成处理后的采出水能够满足净化厂循环冷却水补充用水的水质指标，具体为《炼化企业节水减排考核指标与回用水质控制指标》Q/SH 0104-2007。

本实施例中处理完成的采出水的具体的水质指标情况详见下表2：

表2：

以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种针对高含硫气田采出水的处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：

第一步：将高含硫气田采出水进行密闭除硫处理，通过汽提处理步骤、降压闪蒸处理步骤和氧化处理步骤去除采出水中的硫化物；

第二步：将经过第一步处理后的采出水通过机械搅拌澄清处理和过滤处理，去除水中的成垢离子；

第三步：将经过第二步处理后的采出水进行预蒸发处理，去除采出水中的氨氮；

第四步：将经过第三步处理后的采出水进行蒸发处理，去除采出水中的重组分COD；

第五步：采用高级氧化工艺处理经过第四步处理后的采出水，去除蒸发凝结出水的COD和挥发酚；

第六步：将经过第五步处理后的采出水进行微滤/超滤膜处理和反渗透膜处理，进一步去除采出水中的COD和导电离子，最终得到处理后合格的采出水。

2.根据权利要求1所述的处理工艺，其特征在于，所述第一步中的汽提处理步骤为通过汽提塔来实现。

3.根据权利要求1所述的处理工艺，其特征在于，所述第一步中的降压闪蒸处理步骤为通过压力两相闪蒸除硫罐来实现。

4.根据权利要求1所述的处理工艺，其特征在于，所述第一步中的氧化处理步骤为通过综合沉淀池来实现。

5.根据权利要求1所述的处理工艺，其特征在于，所述第二步中去除水中的成垢离子包括钙、镁、锶中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的处理工艺，其特征在于，所述第四步中的蒸发处理采用减压蒸发工艺。

7.根据权利要求1所述的处理工艺，其特征在于，所述第六步中微滤/超滤膜处理步骤为通过微滤/超滤膜系统来实现，所述的反渗透膜处理步骤为通过反渗透膜系统来实现。