油气行业油气田污水处理及综合利用综述

油气田污水处理在传统上主要采用气浮、混凝沉降、过滤等方法,无法有效满足当下环保要求,需研发更高效的水处理技术进行处理。本文将以部分工程案例为基础,结合当前国内油气田发展状况,来探讨油气田污水处理新技术、综合应用及油气田水中资源物资尤其是钠、锂资源的提取,变废为宝,实现资源化利用,为更好地实现油气田可持续发展奠定基础。

随着油气勘探力度的加大,采气井的数量逐渐增加,随之带来的污水水量也在逐年递增,油气田污水成分复杂,污染性强,如不经处理直接排放,将严重破坏生态环境,并影响油气田可持续开采和发展。如何高效处理油气田污水使其达到外排和回用的目标,科学开展油气田污水处理,对油气田经济效益及社会效益都有着十分重要的意义。

一、油气田污水性质及对环境的危害

油气田污水来源于在油气生产过程中所产出的地层伴生水。为获得合格的油、气产品,需将伴生水与油气进行分离,分离后的伴生水中,含有一定量的原油及其它杂质,这些分离出来的伴生水称之为油气田污水。

油气田污水没有进行有效处理就直接回注到地层,这样不仅对于下一步的开采有很大影响,而且还会对生产设施有重大危害,最后还可能会破坏地层结构。

油气行业油气田污水处理及综合利用综述

二、国内油气田污水处理现状

当前油气田污水的处理技术主要是物理法、化学法以及生物法。

物理法主要通过离心或者重力分离,使污水中的油类杂质、固体悬浮物以及矿物质等通过离心力或重力作用从污水中分离出来,方法简单,容易操作,但是对于有害物质的清除程度却不能保证。

化学法一般采用化学试剂进行分离,主要有中和法、化学转化法以及混凝沉淀法等三种方法,化学处理法主要应对对象为污水中的溶解性物质以及胶体,化学处理法可以有效提升污水处理质量,但化学试剂本身就是污染物,如处理不当很可能造成二次污染。

生物法一般通过培养可以降解污水中有害物质的微生物来达到污水处理。目前,生物处理法一般分为好氧生物法、厌氧生物法以及好氧-厌氧生物法三种,其可以提升污水处理质量,且不会对环境造成污染,但生物处理系统占地大,停留时间长,对浓度较高的污水处理能力较低,对处理环境的要求较高。

以上处理方式处理效率低、产水水质差,目前环保要求提高,要达标排放、回用或零排放,需要更高效的技术。

三、成都硕特科技股份有限公司处理技术及优势

在油气田污水处理行业,成都硕特科技股份有限公司(以下简称:“硕特科技”)是国内首家采用高压反渗透技术进行工程规模化应用,拥有国内多个区块不同水质的工程案例,具有相当成熟的工程应用经验。

硕特科技根据油气田各种污水的不同特质采用气浮、高密池、催化氧化等工艺进行组合,对污水进行预处理,将水中的石油类、酸碱、胍胶、钙镁硬度、有机物等污染物去除。预处理后的污水通过高压反渗透、RO、NF等膜分离工艺进行减量浓缩及分盐处理。浓缩后的高盐废水通过MVR、干燥(低温蒸发)等对浓盐水进行盐资源回收利用。

主要工艺

预处理工艺:采用气浮工艺去除污水中的石油类污染物;

采用高密沉淀技术去除来水中的钙、镁等硬度离子和其他重金属离子;

采用催化氧化技术去除水中的胍胶、有机物。

膜分离工艺:采用高压反渗透工艺对污水进行浓缩,实现污水的浓缩减量;

采用RO工艺对高压反渗透出水进一步处理起到保障作用,使出水COD、氨氮、盐等含量更低;

采用NF对污水进行分盐处理,保证蒸发产出盐的品质。

蒸发工艺:采用MVR工艺对盐进行回收利用;

采用干燥(低温蒸发)对残留母液进行处理。

针对不同区域、不同水质的油气田污水,硕特科技采用不同的工艺组合,通过“预处理+膜处理+蒸发”对油气田污水进行零排放处理,实现水资源和盐资源的合理回收利用。

根据处理工艺设计

油气行业油气田污水处理及综合利用综述

工艺特点:

1.采用催化氧化工艺将来水中的胍胶等大分子有机物氧化;

2.采用高密沉淀技术去除来水中的钙、镁等硬度离子;

3.采用高级氧化技术进一步去除来水中的COD确保高压膜产水能够达标外排;

4.采用高压反渗透浓缩技术,实现盐浓缩;

5.采用纳滤技术可实现分盐;

6.采用MVR蒸发技术最终实现废水零排放。

优势:

1.抗污染性能好:高度耐受COD,大范围适应水质波动,且产水水质稳定;

2.处理效果好:出水水质直接达《城市污水再生利用工业用水水质》(GB/T19923-2005)表1排放标准;

3.污水高倍减量:浓盐水高倍浓缩,减少蒸发水量;

4.设备集成度高:设备模块化装备,方便移动及工艺组合处理;

5.设备功率低:单套设备运行功率低,适应井场移动供电;

6.可实现零排放:整个工艺系统可保证最终盐品质,实现零排放。

油气田水中锂资源的提取:

油气田水中含有锂、钾、硼、溴等矿产资源,在油气田水中进行取样分析,发现我国很多油气田水中锂、钾、硼、溴等资源含量均高于最低工业品位,具备潜在的资源利用价值。从四川省页岩气资源调查评价项目最终成果验收会上获悉,五年以来,项目查明四川省页岩气地质资源量超40万亿立方米,技术可采资源量约9万亿立方米,经济可采资源量约5万亿立方米,而且某些地区锂含量极高,开展从油气田水中提锂工艺应用具有极大经济价值。

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△提锂工艺

四、硕特科技油气田污水处理自建站及综合利用案例

硕特科技自建自贡久大和遂宁博通两个水处理站,实现油气田水从“预处理+浓缩减量+资源化回收(工业一级品,应用于氯碱化工行业)”全流程处理的配套服务,争创油气田领域领先的污水处理综合服务商。

遂宁市博通科技有限公司工业污水处理厂

处理厂位于遂宁经济技术开发区龙坪街道,于2021年取得环评批复(遂环评函[2021]28号),一期处理规模400m³/d,主要处理项目周边各大气矿井场的污水,包括钻井废水、气田水、完井污水(压裂和试气返排液)等。产水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级排放标准A标准,氯化物达到《四川省水污染物排放标准》(DB51/190-93)一级标准后排入涪江。

自贡久大50万立方米/年页岩气气田水处理厂

处理厂位于四川省自贡市沿滩区邓关镇久大集团邓关分公司厂区内,该厂对页岩气矿区生产过程中产生的气田采出水处理,达标回用。处理厂页岩气气田水总日处理规模为1500m³/d,本工程采用预处理+膜浓缩与蒸发浓缩相结合的处理工艺。

经处理后出水水质满足《城市污水再生利用工业用水水质》(GB/T19923-2005)表1中工艺与产品用水标准的要求。高压反渗透浓缩液经MVR蒸发器蒸发,盐回收综合利用。

案例一:涪陵页岩气田水处理项目

涪陵页岩气田产出水收集及处理系统建设污水处理站项目位于重庆市涪陵区,该产出水(采出水)含盐量较高,成分十分复杂,不能直接外排地表水体,需采用“预处理+双膜处理+蒸发结晶”工艺进行处理后外排。

处理规模:2400m³/d

处理工艺:“高压反渗透+RO”双膜工艺

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△图片来源:中石化江汉设计公司

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案例二:鄂尔多斯市昊鑫瑞源科净工程有限公司苏里格气田压裂返排液水处理二期扩容项目

处理对象:压裂返排液

处理规模:600m³/d

处理工艺:预处理+氧化+除硬+高压反渗透减量+蒸发

出水标准:产水同时达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级标准和《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T18920-2002)标准,进行达标排放

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油气行业油气田污水处理及综合利用综述

案例三:中石油重庆忠县天然气净化厂废水处理项目

处理规模:1.3m³/h

处理工艺:换热+砂滤+活性炭+高压反渗透

出水标准:处理后出水作为循环冷却水系统补充水,TDS≤300mg/L,其余水质指标应同时满足《城市污水再生利用工业用水水质》(GB/T19923-2005)中“敞开式循环冷却水系统补水”及《工业循环冷却水处理设计规范》(GB50050-2017)中“再生水用于间冷开式循环冷却水系统补充水的水质指标”的水质要求

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案例四:内蒙古宇红鑫环保科技有限公司气田压裂返排液设备及全流程处理项目

处理规模:800m³/d

处理工艺:预处理+高级氧化+MBR+高压反渗透+MVR+(分盐系统)

出水标准:出水排放指标执行《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级标准,同时污水中全盐量、氯化物排放量达到《农田灌溉水质标准》(GB5084-2005)标准

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