煤層氣采出水處理技術分析匯報.ppt

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中石油煤層氣有限責任公司二 一三年十一月 煤層氣采出水處理技術探討 目錄 一 國內(nèi)外煤層氣采出水處理概況 1 煤層氣采出水的含義及特點 煤層氣采出水主要是指通過排采設備排出的地下水 煤層氣采出水與油田采出水有很大不同 其不含烴類 苯酚 不含酸 含鹽較高 水樣澄清后清亮透明 與煤礦抽排水無本質(zhì)不同 在煤層氣勘探開發(fā)的鉆探 鉆完井儲層改造和生產(chǎn)三個階段 采出水質(zhì)的影響因素有所不同 具體水質(zhì)特點如下 2 煤層氣采出水水質(zhì) 一 國內(nèi)外煤層氣采出水處理概況 澳大利亞井場采出水 國內(nèi)某煤層氣田采出水 在生產(chǎn)階段 煤層氣采出水全鹽量一般偏高 含有較多的鈣 鎂 鈉 鉀 氯離子 碳酸氫鹽等 具有較強的導電性 水中全鹽量高會加劇土地鹽堿化 使植被 農(nóng)作物遭受損傷 水中氯化物含量高時 會損害金屬管道和構筑物 不同煤層氣田水質(zhì)差別較大 以下分別是澳大利亞和國內(nèi)煤層氣田井場和水蒸發(fā)池采出水情況 澳大利亞采出水蒸發(fā)池 國內(nèi)某煤層氣田采出水蒸發(fā)池 3 國外煤層氣采出水處理工藝現(xiàn)狀 一 國內(nèi)外煤層氣采出水處理概況 由于煤層氣采出水的水質(zhì) 水量在勘探開發(fā)階段是無法預測的 因此很難對后續(xù)的地面水處理設計提供可靠依據(jù) 美國 澳大利亞煤層氣采出水的處理做法一般是先修建大型水池存儲采出水 當排采一段時間弄清楚該煤層氣田的水量水質(zhì)后 再根據(jù)排水需求再進行針對性的處理 處理方式有以下幾種 在國外 地面排放及蒸發(fā)是主要采出水處理方式 工廠處理有逐漸增多的趨勢 但工廠處理規(guī)模和采出水產(chǎn)量并不是一一對應關系 這一點尤為重要 工廠水處理工藝方案 核心是脫鹽 及成本統(tǒng)計表 應用最廣泛 海水淡化 技術成熟 澳大利亞SpringGully煤層氣田水處理工藝 gatheringnetwork pond 池 ROpermeate 反滲透 membranefiltration potablewaterconstructionirrigation 我國煤層氣行業(yè)尚無既實用又經(jīng)濟的低成本技術及設備 目前采出水以直排為主 相應的研究主要參考煤礦礦井水處理方法及工藝 通過調(diào)研 國內(nèi)其他煤層氣產(chǎn)區(qū)采出水水質(zhì)水量如下 山西沁水盆地南部潘莊區(qū)塊單井初期平均產(chǎn)水量10m3 d 甘肅慶陽西峰礦區(qū) 鄂爾多斯盆地陜北單斜西南側(cè) 5口單井初期平均產(chǎn)水量為26m3 d 山西鄂爾多斯東緣煤層氣田保德區(qū)塊平均產(chǎn)水量21m3 d 山西沁水盆地某煤層氣田生產(chǎn)階段排水水化學類型主要為NaHCO3型 礦化度 1100 2200mg L CODCr 10 130mg L Cl 2000mg L 山西省晉城地區(qū)煤層氣采出水中含有多種無機離子 其中陽離子以K 和Na 為主 占94 95 陰離子以HCO3 和Cl 為主 90 該區(qū)煤層氣采出水以弱堿性為主 個別稍顯酸性 pH值為6 5 8 5 4 國內(nèi)煤層氣采出水現(xiàn)狀 一 國內(nèi)外煤層氣采出水處理概況 一 國內(nèi)外煤層氣采出水處理概況 煤層氣排水采氣是該資源的固有特點 通過幾年的實踐活動 我們總結出煤層氣采出水的一些特性 a 多變性 煤層氣采出水初期水量大 后期水量少 高產(chǎn)水期集中在排采期前5年內(nèi) 采出水水量變化大 礦化度變化大 COD變化大 煤層氣采出水不適于作為一類穩(wěn)定的水源來發(fā)展下游規(guī)模利用 b 多樣性 煤層氣采出水水質(zhì)受井下作業(yè)措施的影響也大 排采初期的水質(zhì)分析報告不能準確表達整個生產(chǎn)期的水質(zhì)變化情況 c 含氣性 采出水中含有水相氣 且含氣量與排采設備及排采進程有直接關系 具有較強的不確定性 d 含粉性 采出水中含有固相 多為煤粉及其它顆粒物等 其含量和產(chǎn)出時間受地質(zhì)及井下作業(yè)影響很大 具有不確定性 5 認識總結 1 國外 先修建大型水池 集中存儲采出水 以自然蒸發(fā)為主 當排采一段時間 獲得比較準確的該煤層氣田的水量 水質(zhì)數(shù)據(jù)后 再根據(jù)排水需求選擇合適的處理工藝 目前應用較多的是采用 過濾 脫鹽 技術以達到地表水要求 為了延長使用期限 在建設上采用模塊化橇裝技術 2 國內(nèi) 以井場直排或拉運外排為主 一 國內(nèi)外煤層氣采出水處理概況 6 調(diào)研結論 目錄 采氣樹 井場水管線 當前 采出水集輸管線 早期 車載拉運 沉降 蒸發(fā)池 1 采出水集輸工藝 受黃土高原地形限制 成本高 風險大 可靠性差 已淘汰 二 山西某煤層氣田采出水現(xiàn)狀 2 采出水水質(zhì) 從直觀上 該煤層氣田采出水從井口剛產(chǎn)出后水質(zhì)是清澈純凈的 少數(shù)井的采出水底部含有少量黑色煤粉沉淀 而后水質(zhì)由清變黃 經(jīng)靜置沉淀后又由黃變清 二 山西某煤層氣田采出水現(xiàn)狀 3 采出水水質(zhì)分析 為研究該氣田采出水水質(zhì)變化原因以及水質(zhì)變化規(guī)律 2012年 篩選了該煤層氣田六個井組的12口井 開展了為期一年的采出水連續(xù)水質(zhì)分析研究 水質(zhì)報告結果如下 二 山西某煤層氣田采出水現(xiàn)狀 參考標準 GB8978 1996污水綜合排放標準 GB5084 2005農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準 GB20426 2006煤炭工業(yè)污染物排放標準 可以看出 全鹽量 氯化物 鐵是主要超標項 針對這三項超標項 2012年對取樣的12口井 圖中用12種符號表示 均為2010年后新鉆井 進行了連續(xù)跟蹤分析 結果如下 全鹽量變化趨勢圖 二 山西某煤層氣田采出水現(xiàn)狀 氯化物含量變化趨勢圖 二 山西某煤層氣田采出水現(xiàn)狀 鐵含量變化趨勢圖 二 山西某煤層氣田采出水現(xiàn)狀 在一年期的跟蹤分析中 可以看出 1 全鹽量除2口井有隨時間下降趨勢外 其余10口井變化不大 2 采樣前期氯離子濃度值較高 隨后氯離子濃度值隨時間呈現(xiàn)出下降趨勢 3 鐵離子含量較為穩(wěn)定 一年的排采周期內(nèi)其含量變化不大 二 山西某煤層氣田采出水現(xiàn)狀 根據(jù)2012年 2013年該煤層氣區(qū)塊106口 北部65口 南部41口 取樣井全鹽量 礦化度 的水質(zhì)分析數(shù)據(jù) 得出以下結論 1 該區(qū)塊南部的地層水全鹽量 礦化度 主要在800 1500mg L之間 明顯低于北部 2000mg L 2 該區(qū)塊地層水水中主要陰陽離子為 Cl HCO3 Na K Ca2 Mg2 按照蘇林分類法 本區(qū)的煤層氣井產(chǎn)出水主要為NaHCO3型 這是地下水長期在地層內(nèi)循環(huán) 水巖長期相互作用和高度濃縮的結果 而南部地區(qū)地層水礦化度較低 說明地下水較活躍 礦化度直方圖 4 礦化度 全鹽量 區(qū)域分布 依據(jù) GB8978 1996污水綜合排放標準 GB5084 2005農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準 和 GB20426 2006煤炭工業(yè)污染物排放標準 以下分別簡稱 污水 農(nóng)田 煤炭 和12口井的水質(zhì)檢測報告 結果如下 1 鉛 鎘 鋅 砷 汞 硒 鉻等重金屬離子以及苯類 石油類有機物 硫化物 氰化物均未檢出 2 pH值 氟化物 COD BOD均符合 農(nóng)田 煤炭 污水 一級 標準 3 懸浮物 氨氮基本符合 農(nóng)田 煤炭 污水 一級 標準 其中懸浮物井口檢測不超 污水 一級 標準 但進入露天水池靜置后部分水樣超 污水 一級 標準 4 鐵離子 全鹽量 氯化物普遍超 煤炭 和 農(nóng)田 標準 5 保德區(qū)塊水質(zhì)分析結論 二 山西某煤層氣田采出水現(xiàn)狀 6 保德區(qū)塊水質(zhì)分析結論 通過檢測結果可以看出 該區(qū)塊煤層氣采出水的總體水質(zhì)是無毒且較為純凈的 但水中鐵離子 全鹽量 氯化物含量較高 結合煤層氣排采特點對水中超標項的成因及變化規(guī)律分析如下 1 目前該區(qū)塊水質(zhì)發(fā)黃的原因主要是采出水中鐵離子超標 煤炭 標準 剛從井口采出的水中含亞鐵離子 亞鐵離子遇空氣氧化后形成棕黃 黃褐色的鐵的氧化物 并產(chǎn)生棕紅色沉淀 但進入露天水池后 由于鐵的氧化物的形成以及外來物的進入會引起超標 鐵離子含量較為穩(wěn)定 一年的排采周期內(nèi)其含量變化不大 2 全鹽量主要是地層水所含的含無機鹽分 國外煤層氣采出水處理的核心也是處理全鹽量 二 山西某煤層氣田采出水現(xiàn)狀 3 氯化物超 農(nóng)田 標準最多 通過連續(xù)跟蹤分析 采樣前期Cl 濃度值較高 原因可能是前期作業(yè)時壓裂液等中氯化鉀含量較高造成 隨后氯離子濃度值隨時間呈現(xiàn)出下降趨勢 其原因可能是由于地層水中殘留的鉆井液 泥漿 壓裂液等諸多污染物隨著排采過程而逐漸排除造成的 2012年中國地質(zhì)大學和吐哈油田對沁水盆地中聯(lián)煤棗園區(qū)塊8口井進行分析也得出類似結論 另外 該區(qū)塊全鹽量 礦化度 組分中的陽離子以鉀離子和鈉離子為主 與晉城煤層氣采出水較為類似 且全鹽量 礦化度 分布呈現(xiàn)北部高 南部低的趨勢 一方面北部礦化度高說明本地區(qū)地下水交替弱 具有深層循環(huán) 封蓋良好的承壓水特征 有利于煤層氣的保存 與該區(qū)塊目前的產(chǎn)氣情況相符 另一方面說明采出水的特性需經(jīng)過排采之后才能獲得準確數(shù)據(jù) 進而采取針對性的措施 這在開采初期是很難準確判斷的 這一特點與煤層氣采出水的多變性 多樣性相符 這也是新能源煤層氣的開發(fā)特點 6 保德區(qū)塊水質(zhì)分析結論 二 山西某煤層氣田采出水現(xiàn)狀 目錄 1 采出水處理涉及標準 國內(nèi)目前沒有專門針對煤層氣采出水制定排放標準 這與國家支持新能源的政策是不相符的 在這種情況下目前煤層氣采出水主要參考以下兩個工業(yè)排放標準 1 煤炭工業(yè)污染物排放標準GB20426 2006 2 污水綜合排放標準GB8978 1996 在缺水地區(qū)如果排采水作為灌溉水源則應達到 農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準GB5084 2005 這是比較高的要求 三 水處理工藝比選及成本分析 2 采出水處理工藝比選 三 水處理工藝比選及成本分析 通過表格可以看出 盡管實現(xiàn)的方式不同 但煤層氣采出水處理工藝都包含了沉淀 過濾兩個預處理過程 但前三種工藝受水質(zhì) 環(huán)境 地質(zhì)等限制因素較多 而建設水處理廠處理采出水習慣性被大多數(shù)人接受 工廠化處理主要分為沉淀 過濾 脫鹽三個過程 其中成本最高的環(huán)節(jié)是脫鹽的處理 以3000m3 d處理量為例 如果只處理除全鹽量之外的不達標物 混凝沉淀 吸附過濾 錳砂除鐵 工藝投資估算約520萬元 而增加脫鹽的反滲透工藝后直接投資約3200萬元 三 水處理工藝比選及成本分析 1 混凝沉淀 吸附過濾 工藝 作用效果 懸浮物 包含鐵的氧化物 氨氮 COD BOD5 工藝流程 通過投藥裝置投加混凝藥劑PAC 聚合氯化鋁 在管道靜態(tài)混合器中使PAC與采出水充分混合 與PAC充分混合后的采出水進入斜管沉淀池中進行混凝沉淀 由于主要超標因子是懸浮物 有機物及氨氮 因此在斜管沉淀池后設計兩級沸石過濾器 采出水處理站及斜管沉淀池的進入污泥干化池進行自然干化 干化后的污泥外運至填埋場進行填埋處置 填埋需另外增加費用 三 水處理工藝比選及成本分析 污水排放標準 混凝沉淀 吸附過濾 工藝 3000m3 d處理能力 的直接投資估算約為375萬元 水處理直接成本約為1 27元 m3 若增加除鐵工藝后 總投資約520萬元 水處理直接成本約為1 76元 m3 經(jīng)過工藝 1 后 可去除直觀上能看到的所有污染物 包括煤粉 棕黃色的鐵銹等 水質(zhì)品相會有很大改觀 處理后水質(zhì)是清澈的 水質(zhì)可達到 污水綜合排放一級標準 增加除鐵工藝后 除直觀上的所有污染物外還可以去除水中的鐵離子 錳離子 防止水經(jīng)過過濾變清后再次變黃 水質(zhì)可達到 污水綜合排放一級標準 和 煤炭工業(yè)污染物排放標準 以上兩工藝均無法解決全鹽量超標問題 水中含鹽量 氯化物不會變化 仍會傷害農(nóng)作物 植被 鋼材 建筑物以及導致土地鹽堿化 達不到 農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準 的要求 三 水處理工藝比選及成本分析 1 混凝沉淀 吸附過濾 工藝 2 反滲透工藝 反滲透工藝是目前國內(nèi)外較為成熟的技術 可以有效地去除水中的溶解鹽 膠體 有機物 細菌 微生物等雜質(zhì) 在海水淡化方面已有廣泛應用 具有能耗低 無污染 工藝先進等優(yōu)點 但反滲透裝置投資高 對進水有嚴格的水質(zhì)要求 需增設一系列預處理設備 且反滲透的膜的壽命較短 平均3 5年 反滲透工藝還會產(chǎn)生大約四分之一的濃水 需建立一定面積的濃水干化場 反滲透工藝的運行 操作 維護與管理均需要與環(huán)境工程專業(yè)相關的專業(yè)人員 三 水處理工藝比選及成本分析 三 水處理工藝比選及成本分析 由于反滲透系統(tǒng)對進水水質(zhì)要求較高 因此需要增設一系列預處理單元 經(jīng)測算 該工藝 3000m3 d處理能力 的直接投資估算約3200萬元 水處理直接成本約為4 73元 m3 該工藝噸水直接成本為3 002 5 034元 m3 處理成本與進水水量呈正相關關系 隨著水量的降低而增加 2 反滲透工藝 除以上已有成熟應用的工藝外 結合煤層氣采出水水質(zhì)較好 產(chǎn)水量遞減等獨有的特點 中石油煤層氣公司也開展了低成本煤層氣采出水處理的研究 嘗試研發(fā)了一種新型煤層氣采出水處理試驗裝置 渦流蒸發(fā)裝置 渦流蒸發(fā)裝置是中石油煤層氣公司自主研發(fā)的一種采出水處理試驗裝置 該裝置的原理通過提高物理蒸發(fā)速率實現(xiàn)采出水的快速蒸發(fā) 由于該技術不直排液體水 具有重要的環(huán)保意義 優(yōu)點是 結構簡單 維護方便 無人值守 無需預處理運行成本低 缺點是 受季節(jié) 氣候影響較大 冬季使用困難 3 渦流蒸發(fā)工藝 三 水處理工藝比選及成本分析 裝置選用專利技術的旋流塔板結構 通過外部作用改變氣液平衡條件 從而加快蒸發(fā)速率 解決了高濕度和無飛沫兩個技術難題 蒸發(fā)過程既不需要預處理也不添加任何藥劑 減少對采出水的二次污染 從而達到保護環(huán)境的目的 三 水處理工藝比選及成本分析 3 渦流蒸發(fā)工藝 100m3 d模塊渦流蒸發(fā)工藝主要設備一覽表 渦流蒸發(fā)裝置目前尚處于測試階段 噸水耗電量為7度 m3 利用井口產(chǎn)氣自發(fā)電 除去政府對煤層氣發(fā)電的補貼 噸水耗電費用為2 45元 m3 噸水直接成本為2 45元 m3 渦流蒸發(fā)裝置設計采用模塊化設計 可以按照需求拼接 三 水處理工藝比選及成本分析 3 渦流蒸發(fā)工藝 目錄 1 總體來講 煤層氣采出水水質(zhì)較為純凈 與石油化工污水有本質(zhì)的區(qū)別 2 采出水處理是一個綜合性問題 從地質(zhì)選區(qū)布井 鉆井 壓裂到排采控制與地表集輸需要統(tǒng)籌考慮 隨著環(huán)保標準的逐漸提高 每一個環(huán)節(jié)都必須制定相應的措施 而不是僅僅依靠后端的處理 3 新能源需要新的政策扶持 按照國家先采氣后采煤的要求 排污指標也應優(yōu)先向煤層氣企業(yè)傾斜 同時國內(nèi)制造業(yè)也應針對煤層氣采出水的處理研發(fā)新的低成本工藝 4 煤層氣采出水處理應借鑒國外的經(jīng)驗分步實施 先建水池收集 弄清楚產(chǎn)水量 后根據(jù)需要來建設相應的深度處理的辦法 由于煤層氣采出水呈現(xiàn)逐年下降的趨勢 產(chǎn)水期一般為5年左右 所以水處理裝置應小型化 可搬遷 可重復使用 從而延長工作年限和降低成本 四 結論 5 鑒于煤層氣采出水具有多樣性 水質(zhì)較為純凈 產(chǎn)水量遞減等一系列獨有的特點 煤層氣采出水的處理應力求簡約簡單 特別是盡量減少化學藥劑的使用以避免二次污染 工藝的選擇應建立在詳細分析該氣田的水質(zhì) 水量情況的基礎上 具體情況具體對待 全鹽量較低 水質(zhì)較為純凈的采出水優(yōu)先考慮尋找合適的收納水體地表排放 但排放過程需連續(xù)監(jiān)測 水質(zhì)不好 產(chǎn)水量不大 地勢平坦的煤層氣田優(yōu)先選擇建設大型蒸發(fā)池對采出水進行蒸發(fā)處理 蒸發(fā)池底部應敷設防滲布以防止水體對土壤的污染 當自然蒸發(fā)無法滿足要求時可采用強制蒸發(fā) 工廠處理選擇方案時應結合下游需求篩選經(jīng)濟適用的工藝 由于煤層氣采出水水量呈逐年遞減趨勢 因此水處理裝置的規(guī)模應充分考慮后期的水量變化 四 結論 謝謝大家