气田采出水预处理工艺技术优化

马志荣 祝守丽 傅俊义

摘      要： 针对气田处理厂采出水预处理工艺整体运行效率不高，甲醇回收系统腐蚀严重，注水管线污泥堵塞明显等问题，对采出水预处理工艺技术进行了优化改进。通过延长采出水在卸车池及原料水罐中沉降时间，使采出水中油水充分分层，必要时添加破乳剂，进一步将采出水中油分分離。冬季在管道混合器或在反应罐外壁增加伴热，或安装可加热型管道混合器，对液体进行适当加热，采出水与药剂混合充分均匀，充分发挥药效，防止絮体过快析出，从而提高沉降效果。并提出了相关的工艺优化及改进措施，为采出水预处理工艺提供借鉴。

关  键  词：采出水;水处理;混合器;水质分析

中图分类号：X 741       文献标识码： A       文章编号： 1671-0460（2019）12-2836-04

Abstract：  In view of the problems of low overall operation efficiency， serious corrosion of methanol recovery system and obvious sludge blockage in water injection pipeline， the pretreatment process of produced water in gas field treatment plant was optimized and improved. By prolonging the settling time of produced water in the unloading tank and raw water tank， the full stratification of oil and water in the produced water can be realized. If necessary， adding demulsifier can further separate the oil from the produced water. In winter， heat tracing should be used in the pipe mixer or on the outer wall of the reactor tank， or a heated pipe mixer should be used to properly heat the liquid， and the produced water should be fully and evenly mixed with the medicament， preventing the flocs from quick precipitating， thus improving the settlement effect. The relevant process optimization and improvement measures were put forward to provide reference for the pretreatment process of produced water.

Key words： Produced water; Water treatment; Mixer; Water quality analysis

天然气开采过程中，随着气田不断深入开发，气藏压力降低，地层水逐渐浸入气藏随着天然气一同被采出;同时，为了增加天然气产量，气田大量采用排水采气工艺，使得气田采出水产量剧增。由于天然气与水容易形成水合物，在天然气集输系统中，导致管线流通面积减小进而导致管线堵塞[1]。为了抑制水合物的形成并降低水合物的冰点，通常在天然气采气井口或集输管道喷注有机抑制剂，甲醇是最常用的一种。注入管道的甲醇与天然气混合，经过集气站过滤分离，进而产生了气田含醇污水。

气田采出水经过从天然气集输到初加工的整个过程，具有成分复杂、杂质种类多的特点[2]。不同地区不同季节气田采出水成分不同，由于采出水吸收天然气中的二氧化碳、硫化氢等呈酸性，并含大量的悬浮物、凝析油、矿物质、机杂等，对管线、设备等具有腐蚀性[3，4]。若不经过预处理，会使甲醇回收精馏塔操作困难，生产甲醇合格率低，同时会导致管线腐蚀、设备堵塞、结垢、装置运行不平稳等问题，塔底废水含醇率高回注时会污染环境。为降低采气成本及减小甲醇对于环境的污染，将采出水中甲醇回收再利用，故需对气田采出水进行一系列的综合处理[5]。

1  采出水预处理现状及存在问题

1.1  采出水预处理现状

气田采出水预处理是指气田采出水通过污水车卸至卸车池至采出水进甲醇回收装置前的流程，主要去除采出水中的凝析油、固体机杂、导致设备管线腐蚀结垢离子等的一个物理化学过程[6，7]。具体流程如下：气田采出水从集气站拉运至天然气处理厂，首先进入卸车池，在卸车池进行沉降，初步进行油水分离，污油进入地埋转油罐。污水经过污水提升泵转到原料水罐，静置12 h使油水有效分层，进行二次油水分离，污油通过排油管线再次排至地埋转油罐，污水通过转水泵去原料水罐，转水过程中利用汽水混合加热器对原料水进行加热，加热至25～30 ℃左右，注入压力式除油器进行油水分离。污油进入地埋转油罐，除油后的污水与药物（pH值调节剂、混凝剂、双氧水）通过管道混合器进入反应罐内充分混合，再加入助凝剂、絮凝体，污水和药剂反应后进入原料水罐进行絮凝沉降，除去机杂和污油后的采出水通过给料泵送入甲醇回收装置进行精馏分离。在此过程中，进入地埋转油罐的污油由转油泵输送至原油储罐，去凝析油稳定装置变为成品凝析油（图1）[8]。

静态混合器的规格可以根据需求来进行选择，在选择时应明确混合器的型号、材质、公称直径及压力等参数。在一些场合由于温度过高或过低、反应过程中需吸热或放热，为解决之一问题，在原有的静态混合器的基础上带上夹套，如由启东恒业石化冶金设备有限公司生产的HYVF型混合器即为带夹套混合器，可以根据自己的需求来选择尺寸规格。

（2）HTF型强化传热混合反应器。其内部结构与静态混合器的类似，可以使流体充分混合，内部有较细的管束，可以通加冷/热换热介质，既能够起到混合的作用，还能提供很大的传热比表面积。HTF-I型强化传热混合反应器可直接与管道相连，不需要与其他配件结合使用，对于高粘度的流体的混合及传热有较好的效果。HTF-I型的特别适合用于聚合反应器，能使进入管道的流体很好的混合，还能强化传热过程。

其它类型混合器。除过以上列出的常用的混合器之外，还有一些其它类型的混合器，SK型、SL型列管强化换热器，JLF型静态混合器式换热器等被用到热交换场合的混合、溶解、反应过程。SK型、SL型列管强化换热器是在管壳式换热器的列管中装入SK或SL的单元，这样会形成许多SK型静态混合器并联的结构，在使用过程中可同时达到物料混合及传热。

2.2.4  静态混合器的应用

（1）静态混合器在石油化工中的应用。静态混合器在石油化工主要用于油品的调和、原油脱盐与脱蜡、萃取等工艺。油品的调和主要有燃料油调和、润滑油调和以及沥青的调和，即根据国家标准对石油产品的特性（如密度、辛烷值、十六烷值等）进行调和，使之达标。将管道混合器引入到沥青的调和中，相对于原始的机械搅拌的方法，其混合效果更佳。蜡含量是评价原油的一个指标，利用静态混合器分离油蜡具有高效、耗能低等优点。江汉油田含盐量高达16×104 mg/L，在使用静态混合器之后含盐量降到了188 mg/L，由此可以得出混合器在原油脱盐方面有着较好的效果。在萃取过程中，两相混合比较困难，采用混合器能是两相充分混合，提高萃取效率，上海高桥石化公司炼油厂使用静态混合器替代文丘里管后，提高了油品收率，降低了能耗。

（2）静态混合器在医药领域的应用。在医药学领域中，管道混合器可以用于混合、乳化、萃取、化学反应等过程。在医药学中，静态混合器被用于不易互溶的液体，特别是黏度较高的流体之间的混合。肖林久在硝化实验中将静态混合器与传统釜式反应器进行了对比，能耗降低了33%～50%。并由于静态混合器封闭性好，适合于有毒，易燃等危险的反应，安全系数高。

（3）静态混合器在环保领域的应用。废水是污染环境的主要因素之一，在处理废水时会加入一些絮凝剂、助凝剂等溶剂，在初期使用机械搅拌法，由于混合不均匀处理效果差，在使用了混合器之后效果明显提高，聚合氯化铝是处理废水常用的絮凝剂，由于在絮凝过程中絮体的颗粒小，因此会添加助凝剂，常用的为聚丙烯酰胺，经调查，上海怡中纺织公司在处理废水时用到了SVL型静态混合器，取得了理想效果。上海染化二厂生产碳酸二苯酯时会产生含酚污水，在废水处理中，用静态混合器代替脉冲萃取塔，废水处理量从12 t/d提到了30 t/d，并且水的含酚量从523.3 mg/L降到了43.3 mg/L，取得了很好的效果。

2.3  现场管道混合器优化改进

经过对“管道混合器”的文献和市场调研，建议处理厂对原有的管道混合器安装加热装置或更换为加热型管道混合器。可以考虑以下类型管道混合器：

（1）静态混合器。静态混合器安装不受限制，可根据具体需求水平或垂直安装，其混合单元前的加药管道可由用户自己设计。药剂混合效率能够达到90%以上，对于提高污水处理效果具有重大意义。

（2）HYVF型混合器。在一些场合由于温度过高或过低、反应过程中需吸热或放热，为解决该问题，在原有的静态混合器的基础上带上夹套，如由启东恒业石化冶金设备有限公司生产的HYVF型混合器即为带夹套混合器，可以根据自己的需求来选择尺寸规格。

（3）HTF型强化传热混合反应器。

3  采出水预处理工艺优化及建议

采取以下控制手段进行有效的处理：

（1）延长采出水在卸车池及原料水罐中沉降时间，使采出水中油水充分分层，必要时添加破乳剂进一步将油分分离出来。

（2）通过水质分析发现反应罐的pH值并未达到预期的7.5，造成此结果有两种可能性，一为NaOH加量不足，二为原料水和反应药剂混合不均所致。针对该问题，建议严格执行加药制度，并定时检测水质pH值。由于采出水和反应药剂不能充分混合，建议立式反应罐更换为多级涡流反应沉降罐，涡流反应沉降罐采用多级涡流方式，在罐内通过多级涡流，微小漩涡数量增加，各种微粒碰撞次数大大增加，有助于采出水与药剂的充分混合。通过微小漩涡凝聚和立体接触絮凝，可大幅度提高反应速率，提高絮凝效率。

（3）严格保证加药絮凝沉降时间，以便于采出水在原料水罐总充分絮凝沉淀。

（4）由于采出水中铁离子含量较少，可通过对反应温度、搅拌速率、沉降时间、加药顺序、加药量等加药处理工艺的优化来提高除铁率。

（5）冬季在管道混合器或反应罐处增加伴热，或安装可加热型管道混合器，对液体进行适当加热，防止絮体过快析出，从而提高沉降效果。

4  结 论

将立式反应罐更换为多级涡流反应沉降罐，进一步加强采出水与药剂混合效果（涡流反应沉降罐采用多级涡流方式，在罐内通过多级涡流，微小漩涡数量增加，各种微粒碰撞次数大大增加，有助于采出水与药剂充分混合），通过微小漩涡凝聚和立体接触絮凝，可大幅度提高反应速率，提高絮凝效率。

参考文献：

[1]苏碧云，黄力，李善建，李晓曼.气田含醇污水预处理工艺参数优化[J].石油化工应用，2018，37（11）：21-24.

[2]王莉娜，王春辉，种法国.低渗透油田采出水OD-MBR生物膜处理技术研究[J].石油和化工设备，2018，21（8）：103-105.

[3]王涛.青化砭采油廠采出水处理工艺适应性分析[J].中国给水排水，2018，34（7）：85-88.

[4]黄晓英，郝坚，革晓东.气田采出水挥发酚预处理消泡方法探讨[J].油气田环境保护，2017，27（5）：54-56+62.

[5] 陆争光，高鹏，马晨波，等.页岩气采出水污染及处理技术进展[J].天然气与石油，2015，33（6）：90-95+14.

[6]王娜，张昆，赵丽丽，徐东，赵轩刚，马连伟.气田采出水处理装置运行参数标准化[J].石油化工应用，2014，33（7）：110-113.

[7]朱鋆珊，马平，郭丽.膜分离技术及其应用[J].当代化工，2017，46（6）：1193-1195+1199.

[8]阚连宝，段辉，丁思棋，等.电化学技术在有机废水处理中的应用和展望[J].当代化工，2016，45（5）：952-953+956.