煤层气藏采出水对环境的影响及治理技术

3高哲荣,工程师;1985年毕业于西安石油学院地球物理仪器专业;现从事石油地质研究工作。

地址:(102801)河北省廊坊市万庄44号信箱天然气研究所。

电话:(010)62095017转3400。

煤层气藏采出水对环境的影响及治理技术 高哲荣3(中国石油天然气总公司石油勘探开发科学研究院) 于晓丽(中国石油天然气总公司环境监测中心) 高哲荣等.煤层气藏采出水对环境的影响及治理技术.天然气工业,1997;17(1):58～60 摘　要　我国是世界上煤层气资源最丰富的国家之一,初步预测煤层气远景资源量为35×1012～25×1012m 3。

煤层气以资源潜力、优质能源和化工原料、埋藏浅、开发成本低、受益时间长等优越条件,日益被人们所重视。

但是,一般来说,煤层气的开发会带来矿化度高的采出水。

文中从煤层采出水的来源、化学组成入手,论述了煤层气藏采出水对环境的影响,提出了煤层气藏采出水的处理工艺、处理方法以及煤层气的有效利用方式等治理对策。

主题词　煤层气　采出水　环境影响　处理　技术　研究 煤层气系指赋存于煤层中的天然气,包括煤层颗粒表面的吸附气、煤层裂缝和割理内的游离气、煤层水中的溶解气以及煤层夹层中的游离气四大部分。

吸附气占总含气量的90%以上,故又称为吸附气。

煤层气由90%～99%的CH 4和少量其它气体(CO 2、N 2、C 2+)组成。

早在本世纪50年代,煤层气就已在国外一些地区被利用。

到1994年底,全美已有6000多口煤层气井,年产量逾210×108m 3,约占美国天然气总产量的4.2%。

世界一些煤炭资源丰富的国家也开始从事这方面的研究和探索,如澳大利亚、加拿大等。

我国地矿、煤炭、石油部门已开始投入煤层气这一新领域的勘探,同时吸引了众多的国外公司寻求与中国合作。

目前已完钻90多口煤层气试验井。

由于我国煤层气工业起步晚,现在还没有进入商业性开发阶段,基本上处于选区评价阶段。

煤层气藏采出水对环境的影响1.煤层气藏采出水及其化学组成由于煤层气藏的形成需要有一个较稳定的水动力条件,与煤层气共存的是大量的煤层水。

为了使煤层气解吸并流向井底,首先要排水降压。

水力压裂可以缩短这种排水降压时间。

所谓水力压裂就是用水力产生的人工裂缝来沟通煤层中的天然裂缝,以加速煤层的排水降压,使煤层甲烷气投入开发。

美国把水力压裂作为煤层气井增产的优选措施。

我国80余口煤层气的开发实验井,多数也采用水力压裂。

因此,在煤层气井采气前及采气过程中,伴随着水的不断产出。

如鲁西地区靠近历城的济古1井,太原组62018～687m ,日产气500m 3、产水200m 3;河东地区高家坪附近,由中原油田施工的SG —3井,日产气2×104m 3、产水40m 3。

煤层气生产与常规天然气生产的最大差别之一就在于这种采出水。

在煤层气生产之前,一般来说,要从井中抽水长达6个月或更久。

当进行多煤层气生产时,产出水量会更多。

煤层气藏采出水的主要化学组分包括碳酸氢盐、硫酸盐、氯化物、钙、镁和钠等。

其次还有少量的铁、硫化物等。

表1列出了湖南冷试1井等井采出水的组分。

表1　湖南冷试1井等井采出水组分Table 1.Co m pestion of produced water fro m well L engsh i1i n Hunan and so m e other wells井 名N a ++K +Ca 2+M g 2+HCO 3-CO 2-3SO 2-4Cl -矿化度湖南冷试1井336612102143未检出未检出1511718445376大城胜热1井1170-6100250-510016713165大参1井1547241012128901930101401218084452 注:1)湖南冷试1井为水样采集后,通过长途运输送回实验室后的测定结果,未能在煤层气井采出口直接采样测定,此结果仅作参考;2)单位均为m g L 。

・85・钻采工艺与装备1997年1月从表1可以看出,煤层气采出水化学组成的特点是矿化度高、氯化物大。

影响采出水水质的因素很多,不同地区,甚至同一地区不同埋藏深度,其水质也不一样。

一般来说,矿化度随煤层气的埋藏深度增大而增加。

大城地区石炭二叠系的地层水泾流由东向西,凸起东南高部位矿化度为4000～6000m g L,向西矿化度逐渐增高,水型也由C l—HCO3—N a型过渡为C l—N a型,至文安斜坡带矿化度达到8000m g L以上,河西务构造带矿化度20000～30000m g L,N a C l小于1,属于封闭的N aC l水型。

河南豫西地区水城、盘县一带,地下水活动微弱,地层水矿化度随埋深增大而加大,至400m已超过1000m g L。

水型由上部的HCO3—N a变为C l—HCO3—N a型,估计更深处矿化度,有可能出现高C l—N a型。

评价煤层气水质的主要指标是总矿化度,其中包括氯化物。

2、采出水对环境的影响矿化度是指水中所含无机物成分的总量。

在干旱的华北地区和西北地区,煤层气藏采出水可用于灌溉农田。

GB5084—92《农田灌溉水质标准》将农田灌溉水水质要求分为二类。

一类是指工业废水或城市污水作为农业用水的主要水源,并长期利用的灌区;二类是指工业废水或城市污水作为农业用水的补充水源,而实行清污混灌轮灌的灌区。

对于一类,盐碱地区要求:水中矿化度小于2000m g L;非盐碱地区,小于1000m g L。

对于二类,盐碱地区要求水中矿化度小于2000m g L,非盐碱地区小于1500m g L;同时要求一类灌区水中氯化物小于200m g L,二类灌区小于300m g L。

水中矿化度高,不仅加剧土地盐碱化,致使植被遭受损伤,而且会使植被的固沙作用降低,导致沙漠迁移,使土地沙漠化。

水中氯化物含量高时,也会损害金属管道和构筑物。

煤层气的开发与环境保护要同步进行,就可以避免只注重油田开发而忽视保护环境所造成的被动局面,防患于未然。

煤层气藏采出水的治理和利用我国煤层气资源主要分布在华北、西北、华南、东北和滇藏五个地区。

华北有19个含煤区、西北17个、华南23个、东北9个,分别占我国煤层气资源量的5811%、3117%、816%、2%,滇藏地区可忽略不计。

华北和西北属于干旱型地区,煤层气藏采出水通过合理处理后可以用于农田灌溉。

其它地区,煤层气藏采出水处理达标后,可以地面排放或回注以提高采气率,或回灌到废井。

1.煤层气藏采出水处理工艺采出水经过曝气池曝气沉淀除去煤渣,降低铁和有机物的含量后,取上清液通过除盐装置(反渗析膜、电渗析膜、蒸发池或离子交换法)达标后,用于农田灌溉、地面排放、回注或加回灌。

(1)曝气沉淀法曝气沉淀法首先是曝气处理,之后将水排放到池中进行悬浮固体沉淀和再曝气。

通过曝气沉淀方法处理的采出水能将含铁量降至3m g L以下,将BOD降低50%～90%。

(2)反渗析法反渗析法是通过半渗透膜将废水选择性分离为净化的“渗透”液和残余“浓缩”液的一种压力驱动过程。

其作业和性能主要取决于温度、pH值、浓度、极化、膜的致密度、污垢和结垢趋势以及氯化物的含量。

利用反渗析法可以使总矿化度降至100m g L,使硫酸盐和钠、碳酸氢盐、氯化物的清除效率分别达到:75%～100%、46%～80%、30%～94%。

反渗析法处理得到的浓缩盐水通常占初始采出水处理量的15%～25%。

(3)电渗析法电渗析法是利用模电位梯度清除采出水中溶解盐的膜分离方法。

电渗析法清除溶解盐取决于很多因素,例如采出水的保留时间、电渗析采用的薄膜等。

电渗析法得到的浓盐水一般占初始采出水处理量的5%～15%。

总矿化度降至500m g L左右,平均清除率大约40%。

(4)蒸发法蒸发法是利用加热蒸发来处理高含盐采出水的方法。

从蒸发池中出来的气体,几乎可以100%的清除溶解固体。

蒸发处理产生的H2S污染以及蒸发池的渗漏会对周围环境造成破坏,因此,应作适当处理。

比如,在蒸发池中补充防渗物质,加处理剂防止H2S挥发。

先进的蒸发处理系统包括蒸发器、热交换器、浓缩罐、泵、压缩机、仪表等,在封闭状态下进行处理会避免对处理系统周围大气和土壤的污染。

(5)离子交换法离子交换是将溶解于水的不想要离子转移到一个叫做离子交换剂的固体物质上的过程。

目前采用的树脂一般为羧酸和磺化树脂。

离子交换法处理后的采出水,总矿化度小于1000m g L。

2.采出水利用・95・第17卷第1期 天　然　气　工　业 钻采工艺与装备 (1)农田灌溉如前所述,依据GB 5084—92《农田灌溉水质标准》进行处理,达标后可用于农田灌溉。

(2)地面排放当排放的采出水量远远小于河流流量时,可以利用河流水体稀释法,将采出水排放到这些受纳水体中。

但必须遵守相应的国家法规。

(3)回注或回灌煤层气藏采出水的成功回注,关键取决于回注层位的选择。

回注层位关系到回注井和回注系统的使用寿命、处理能力和处理费用。

回注层位必须具备:有足够的空间、较高的渗透率、封闭性好、耐压。

同时要求注入水与注入层位的岩石及其地层水不发生化学反应生成沉淀,注入水不会促进地层中硫酸盐还原菌的繁殖,保证不堵塞地层。

我国煤层气以资源潜力、优质能源和化工原料、埋藏浅、开发成本低、受益时间长等优越条件,日益被人们所重视。

但对大量采出水的存在,必须进行合理处理,有效利用,变废为宝。

从而形成煤层气开发—经济效益—社会效益—环境保护的良性循环。

参　考　文　献1　胥尚湘.气田产出水回注问题探讨.油气田环境保护,1993;3(2) 审稿人　副编审　赵定中收稿日期　1996208226　编辑　钟水清3周方勤,1955年生,工程师;1980年毕业于重庆大学工业企业电气自动化专业,现为四川石油管理局输气公司管道检测研究服务中心经理。

地址:(610215)四川省成都市华阳镇。

对长输天然气管线进行风险性评价的初探周方勤3(四川石油管理局输气公司管道检测研究服务中心) 周方勤.对长输天然气管线进行风险性评价的初探.天然气工业,1997;17(1):60～63 摘　要　随着长输天然气管线埋地时间的增长,由于管道材质问题或因施工、腐蚀和外力作用造成的损伤,使管管道状况逐渐恶化。

管线故障的发生严重制约了集、输气能力的提高,导致管线维修改造费用增大,造成较大的经济损失;同时由于事故时有发生,直接威胁人身安全和破坏生态环境;因此对长输天然气管线进行风险性评价是非常重要的。

对四川石油管理局长输天然气管线的状况进行了分析,找出了管道事故主要是因腐蚀造成的,因此必须对所有老管线逐步进行检测、评价、维修。

提出了管线检测方法及评价整改程序,采用国内外技术综合方法对管线开展检测评价和风险管理。

主题词　天然气　管道输送　管道事故　管道检测　管道维修　风险　评价　分析 绝大多数人认为低压天然气管线是比较安全的管线,其危险性小于高压天然气管线。