胡志強(qiáng)，劉昌升，李向偉，劉凱文，陳 武

（1. 中石油江漢機(jī)械研究所有限公司，湖北 武漢 430074；2. 中石油煤層氣有限責(zé)任公司，北京 102200；3. 長(zhǎng)江大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州 434023；4. 中國(guó)石油HSE重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（長(zhǎng)江大學(xué)研究室），湖北 荊州 434023）

非常規(guī)天然氣是采用傳統(tǒng)開采技術(shù)通常不能獲得經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的天然氣藏，主要包括致密氣、頁(yè)巖氣和煤層氣3種類型。經(jīng)過10余年的勘探開發(fā)，我國(guó)已成為北美國(guó)家之外最大的頁(yè)巖氣生產(chǎn)國(guó)。以鄂爾多斯盆地的蘇里格、大牛地以及四川盆地的須家河為代表的致密氣田已大規(guī)模開發(fā)，并已建成涪陵、長(zhǎng)寧-威遠(yuǎn)和昭通3個(gè)頁(yè)巖氣田［1］，展現(xiàn)出我國(guó)非常規(guī)天然氣開發(fā)與利用的廣闊前景。但非常規(guī)天然氣開發(fā)存在耗水量大、采出水污染等環(huán)境問題［2］。非常規(guī)氣田開發(fā)初期的采出水組分較單一，采用“常規(guī)沉降+過濾”工藝處理就能較好滿足氣田開發(fā)和建設(shè)要求。但隨著非常規(guī)氣田開發(fā)步入穩(wěn)產(chǎn)階段，采出水的性質(zhì)發(fā)生很大變化，含鹽量高、懸浮物濃度高、有機(jī)物成分復(fù)雜［2-4］，特別是天然氣中的凝析油，在壓裂殘液、泡排劑、緩蝕劑、水合物抑制劑等添加劑以及地層顆粒物的作用下，使采出水形成一種復(fù)雜的油水乳化體系——含油乳化采出水［5-6］。這種采出水處理難度大、處理成本高，經(jīng)過（多級(jí)）自然或絮凝沉降、（多級(jí)）過濾、氣浮等工藝處理后，水中的懸浮物濃度和含油量仍超標(biāo)，嚴(yán)重影響環(huán)境和生產(chǎn)［3，5-6］。此外，很多非常規(guī)氣田的采出水水質(zhì)和水量超過了原設(shè)計(jì)值，也導(dǎo)致處理后不達(dá)標(biāo)和處置難度增加。為此，各大非常規(guī)氣田對(duì)采出水處理工藝技術(shù)及最終處置方式隨氣田開發(fā)進(jìn)程進(jìn)行了改進(jìn)、調(diào)整，但目前采出水的處理及處置問題并未得到很好解決，也未能出臺(tái)指導(dǎo)性的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

有鑒于此，本文主要針對(duì)我國(guó)目前非常規(guī)氣田采出水的水質(zhì)特點(diǎn)、處置方式和處理工藝進(jìn)行研究分析，以期為非常規(guī)氣田開發(fā)過程中合理選擇和優(yōu)化改進(jìn)采出水處理工藝及處置方案，減少污染，降低能耗和成本，保證非常規(guī)氣田長(zhǎng)期穩(wěn)定高效開發(fā)提供科學(xué)參考。

1 非常規(guī)氣田采出水的類型與特點(diǎn)

1.1 乳化類型

采出水乳狀液一般有油包水（W/O）乳狀液和水包油（O/W）乳狀液兩種基本類型，非常規(guī)氣田采出水還存在同時(shí)含有W/O和O/W乳狀液的多重乳狀液，如油包水包油型（O/W/O）和水包油包水型（W/O/W）（見圖1）［7］。弄清采出水的乳化類型，可以針對(duì)性地選擇或調(diào)整處理工藝或藥劑。

圖1 4種乳狀液類型示意圖

以蘇格里氣田為例，王田田等［8］發(fā)現(xiàn)某處理站的采出液主要是O/W型乳狀液，而其單個(gè)液滴中又是W/O型乳狀液，整體呈現(xiàn)W/O/W多重乳狀液。陳天應(yīng)等［9］研究確定蘇20區(qū)塊乳化物為W/O型。此外，采出水的乳化類型隨開采過程的進(jìn)行階段、水油相比例、溫度等因素的變化會(huì)發(fā)生乳化類型反轉(zhuǎn)［10］。乳化程度隨季節(jié)變動(dòng)也較大，如冬季氣溫低使采出水乳化加劇，一般為O/W型乳狀液［8，11］。

1.2 水質(zhì)特點(diǎn)

非常規(guī)氣田采出水的組成主要取決于壓裂液的組成、氣藏儲(chǔ)層的性質(zhì)以及氣田采取的增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)措施等多種因素，水質(zhì)差異顯著且多變。四川盆地、鄂爾多斯盆地代表性氣田采出水水質(zhì)數(shù)據(jù)如表1所示［12-13］。由表1可知，非常規(guī)氣田采出水普遍礦化度高、Cl-含量高、K+與Na+含量高、COD波動(dòng)大，不同氣田甚至同一氣田不同區(qū)塊的采出水水質(zhì)差別顯著。結(jié)合表1數(shù)據(jù)，并通過更多文獻(xiàn)調(diào)研，總結(jié)非常規(guī)氣田采出水的主要特點(diǎn)如下。

表1 四川元壩及鄂爾多斯蘇里格氣田采出水水質(zhì)

1.2.1 成分復(fù)雜

非常規(guī)氣田采出水是由溶解的、顆粒狀的有機(jī)和無機(jī)化學(xué)物質(zhì)組成的混合物，其成分復(fù)雜多樣，主要包括鹽、TDS、油、多環(huán)芳烴（PAHs）、苯及其衍生物、酚類、有機(jī)酸、增加水硬度和促進(jìn)結(jié)垢的天然有機(jī)和無機(jī)化合物以及在鉆井、壓裂和作業(yè)過程中使用的化學(xué)添加劑［14-15］。

1.2.2 水質(zhì)在空間和時(shí)間上高度可變

不同非常規(guī)氣田采出水水質(zhì)不同，如Marcellus頁(yè)巖氣田采出水中的平均TDS高于100 000 mg/L，而我國(guó)四川盆地不同氣井采出水的TDS僅為6 900～21 000 mg/L［16］。采出水的成分隨時(shí)間推移逐漸從最初注入的壓裂液變?yōu)楹}量和地層中潛在有毒元素含量更高的廢水，水中一些有機(jī)物的含量也會(huì)經(jīng)歷一個(gè)下降后又逐步恢復(fù)的過程［17-19］。同一氣田的采出水在短期內(nèi)水質(zhì)變化也會(huì)很大，如長(zhǎng)慶氣田采出水在某月的8日到28日間油含量在405.00～3 220.84 mg/L間大幅波動(dòng)［18］。

1.2.3 礦化度高

礦化度高（TDS高、電導(dǎo)率高）已成為非常規(guī)天然氣開采廢水的主要問題之一。我國(guó)的蘇里格氣田采出水的礦化度均在20 000 mg/L以上，部分氣井甚至高于100 000 mg/L［20］；川西氣田現(xiàn)場(chǎng)采出水礦化度最低為19 509 mg/L，最高達(dá)56 085 mg/L［21］。一般壓裂后TDS會(huì)隨時(shí)間延長(zhǎng)而增大，這可能是地層中高礦化度的鹵水和初始注入的壓裂液混入所致［22］。PERLES等［23］研究表明，在鹽濃度低于0.1～0.3 mol/L時(shí)，鹽的存在會(huì)提高W/O乳狀液的穩(wěn)定性。Cl-和Na+被認(rèn)為是采出水中最豐富的離子，但Na+隨著時(shí)間的推移被Ca2+、Mg2+等二價(jià)陽(yáng)離子取代，其相對(duì)豐度逐漸降低［24］。硫化物（以S2-計(jì)）也是含硫氣田采出水中TDS的重要組成部分，它會(huì)造成生產(chǎn)系統(tǒng)的腐蝕和嚴(yán)重的地層傷害。

1.2.4 SS和COD普遍較高

采出水中的SS一般包括水中的淤泥、沉積物、沙子等。我國(guó)長(zhǎng)慶氣田采出水的SS為531.00～3 280.00 mg/L，屬于典型高濁度水［3］。四川元壩氣田采出水COD在1 500～4 000 mg/L間，川西氣田現(xiàn)場(chǎng)6口氣井采出水COD在2 369～77 100 mg/L間，SS在76～1 456 mg/L間［12，21］。

1.2.5 因增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)措施而更難處理

非常規(guī)氣田開發(fā)進(jìn)入穩(wěn)產(chǎn)階段會(huì)使用各種增產(chǎn)劑，如泡排劑、緩蝕劑、水合物抑制劑等，使得采出水中類似泡排物的物質(zhì)顯著增加，呈現(xiàn)乳化及上浮現(xiàn)象，形成含凝析油的乳化采出水。楊林江等［5］研究發(fā)現(xiàn)，大牛地氣田在排水采氣中無法避免乳化物的形成；單巧利等［25］研究表明，泡排劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%～1.5%時(shí)，隨泡排劑濃度的增大，乳化液穩(wěn)定性增強(qiáng)，破乳難度顯著增大；張海濤等［26］研究發(fā)現(xiàn)，微量泡排劑就可大幅提升采出水乳化程度和穩(wěn)定性，使油水界面張力降低。此外，索慧斌等［27］發(fā)現(xiàn)，緩蝕劑加入量不低于1 000 mg/L時(shí)，凝析油與水出現(xiàn)明顯的乳化，且隨加入量的增大乳化現(xiàn)象加重。而部分氣田添加的水合物抑制劑甲醇或乙二醇，不僅增大了采出水的COD，還使其毒性增大，甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于30%時(shí)采出水中乳化物變黏稠，不易破乳［5，28］。

1.3 對(duì)環(huán)境和生產(chǎn)的影響

1.3.1 對(duì)水環(huán)境及土壤的影響

非常規(guī)氣田采出水處置不當(dāng)會(huì)造成環(huán)境影響。美國(guó)的Marcellus頁(yè)巖氣田一度因?yàn)榈叵滤廴径Ｖ归_發(fā)，并導(dǎo)致公眾對(duì)非常規(guī)天然氣開發(fā)的強(qiáng)烈抵制［29］。采出水滲入地下會(huì)導(dǎo)致地下水污染。地下水中較多的鹵素可能會(huì)與烴類氣體發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生有毒的三鹵甲烷，嚴(yán)重污染地下水［30］；垂直鉆井通?？缭斤嬘盟?，可能會(huì)導(dǎo)致采出水遷移至當(dāng)?shù)毓┧到y(tǒng)［31］。排放采出水還可能會(huì)污染地表水及土壤，采出水中各種金屬（如錳、鐵、鉻等）離子最終將通過食物鏈影響人類健康［32］，生物測(cè)試表明采出水具有明顯的遺傳毒性并可引起氧化應(yīng)激反應(yīng)［33］。LU等［34］研究表明，實(shí)際采出水過濾出的懸浮固體不僅可在水生生物的早期生命階段誘導(dǎo)毒理學(xué)反應(yīng)，還可沉積到自然濕地底部成為污染物的持續(xù)來源；此外，對(duì)含天然放射性物質(zhì)的采出水以及開采過程中產(chǎn)生的固體廢物的管理不善可能導(dǎo)致地表水體和土壤的放射性污染。

1.3.2 對(duì)氣田生產(chǎn)的影響

在泡沫排水采氣過程中產(chǎn)生的采出水乳化嚴(yán)重，其中的乳化物主要呈乳白色含泡沫絮體或棕灰色、棕黃色絮體等形態(tài)，導(dǎo)致采出水一般呈黃褐色、黑褐色、乳白色［3，35］。其對(duì)氣田生產(chǎn)的影響主要包括：1）加大了采出水處理和回收凝析油的難度，使采出水難以達(dá)到處理標(biāo)準(zhǔn)，影響回注；2）嚴(yán)重影響后續(xù)處理裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，引發(fā)如濾料易板結(jié)，檢修頻繁，反洗時(shí)間長(zhǎng)等問題；3）導(dǎo)致氣井中存在不易被帶出井筒的乳化物，影響井底積液排出，削弱泡排效果，限制氣井產(chǎn)能［3，5］；4）乳化物易導(dǎo)致采出水轉(zhuǎn)輸泵頻繁損壞，影響外輸及水處理系統(tǒng)的正常運(yùn)行［36］。

2 非常規(guī)氣田采出水的處置方式

非常規(guī)氣田采出水的最佳處置方式與管理策略取決于氣田開發(fā)方案、水質(zhì)特點(diǎn)、國(guó)家及地方的法律法規(guī)、環(huán)境影響風(fēng)險(xiǎn)、資本投資和管理成本等因素。目前非常規(guī)氣田采出水的處置方式主要有以下幾種。

2.1 深井回注

非常規(guī)氣田采出水經(jīng)處理達(dá)到污水回注標(biāo)準(zhǔn)要求，并經(jīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)保行政主管部門批準(zhǔn)同意后，可回注到符合相關(guān)要求的地層［37］。早期回注水質(zhì)指標(biāo)除了符合《氣田水回注方法》（SY/T 6596—2004）中規(guī)定外，同時(shí)要考慮硫化物、溶解氧、總鐵等多種因素［16］，從2022年2月開始，回注還要滿足《非常規(guī)氣田采出水回注環(huán)境保護(hù)規(guī)范》（SY/T 7640—2021）的要求。氣田采出水回注無經(jīng)濟(jì)效益，是無效回注，是為了避免直接外排造成環(huán)境污染，效益主要體現(xiàn)在環(huán)保和社會(huì)效益［38］?；刈⑼ǔ１徽J(rèn)為是采出水最廉價(jià)且方便的處置措施，因而被全世界大多數(shù)油氣田所使用（約91.5%的采出水被回注）［39］。如從2007～2017十年間，美國(guó)頁(yè)巖氣開采廢水（含返排液和采出水）回注率始終保持在90%以上，其中2017年開采廢水91.5%被回注［17］。我國(guó)的普光氣田、川中氣礦、元壩氣田、川西氣田、川東北氣礦開發(fā)初期，以及長(zhǎng)慶氣田一直采取回注的處置方式，雖已有大量實(shí)際應(yīng)用，但仍缺少相關(guān)法規(guī)對(duì)此做出規(guī)范［40-41］。在回注生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，該處置方式存在以下問題。

1）大量廢水深井回注有誘發(fā)地震的風(fēng)險(xiǎn)［42］。2）回注層過淺或存在露頭都易與地下或地表水相連通從而污染水環(huán)境［43］。

3）回注井分布不均，回注水易使設(shè)備腐蝕結(jié)垢，導(dǎo)致水處理成本較高。例如，川東地區(qū)云合寨氣田采出水至回注井需長(zhǎng)距離車載運(yùn)輸，并需采取防腐防垢措施，因而增加了處理成本［44］。

4）回注井選擇困難，建井及轉(zhuǎn)注費(fèi)用高，回注井回注能力不足且使用期短。如普光氣田單井回注能力300 m3/d的普光3井，僅建設(shè)總費(fèi)用就達(dá)6 139萬元；若將生產(chǎn)井轉(zhuǎn)為注水井，每口井轉(zhuǎn)注成本高達(dá)1 500～2 200萬元，且回注壓力升高快，回注水量遠(yuǎn)小于采出水量，使用期限僅為3～5 a［37］。

5）采出水回注雖為無效回注，但也需進(jìn)行處理使其滿足回注標(biāo)準(zhǔn)，造成資源浪費(fèi)。采出水處理后無論管輸還是車?yán)刈ⅲ瑴y(cè)算綜合成本均在200元/m3以上［37］。

6）目前對(duì)于采出水回注的安全性、可行性存在較大爭(zhēng)議。深井注入作為廢物處理方法在歐洲是非法的；美國(guó)制定了《地下灌注控制計(jì)劃》對(duì)頁(yè)巖氣開發(fā)廢水回注進(jìn)行管理，當(dāng)達(dá)不到回注要求時(shí)，地下回注是被禁止的；我國(guó)也在《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)石油天然氣行業(yè)環(huán)境影響評(píng)價(jià)管理的通知》中規(guī)定，嚴(yán)禁造成地下水污染。

綜上，回注并非非常規(guī)氣田采出水的優(yōu)選處置方式，達(dá)標(biāo)外排和綜合利用成為其處置的必然選項(xiàng)。

2.2 內(nèi)部回用

內(nèi)部回用是指將非常規(guī)氣田采出水經(jīng)處理后與清水混合，重新用于該氣田后續(xù)的鉆井、水力壓裂（HF）、試氣及冷卻等工序，這不僅降低了水資源損失帶來的區(qū)域性影響，還可節(jié)省氣田生產(chǎn)成本。該方式適用于現(xiàn)有技術(shù)達(dá)不到外排標(biāo)準(zhǔn)、當(dāng)?shù)厮Y源匱乏的氣田。如2017年美國(guó)頁(yè)巖氣開采廢水的1.4%被用來配制新井鉆井液和壓裂液［17］；在氣田建設(shè)期，采出水經(jīng)處理達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)后，可按一定比例混合新鮮水配制壓裂液，在壓裂施工中重復(fù)利用，廢水回用率100%，可實(shí)現(xiàn)廢水零排放［45］。

元壩氣田采出水處理后達(dá)到中國(guó)石化《水務(wù)管理技術(shù)要求 第2部分：循環(huán)水》（Q/SH 0628.2—2014）中補(bǔ)充水水質(zhì)要求，可作為循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水回用。但使用時(shí)還需優(yōu)化回用水占循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水的比例，以確保循環(huán)冷卻水運(yùn)行時(shí)堿度和硬度合格，同時(shí)還需考慮回用水輸送管道的防腐［46］。

該處置方式存在以下問題：1）采出水組分復(fù)雜易變，易造成設(shè)備的腐蝕結(jié)垢，需達(dá)到不同回用水標(biāo)準(zhǔn)，處理工藝復(fù)雜、成本總體偏高；2）內(nèi)部回用量有限，一是因?yàn)榛赜盟|(zhì)要求高，二是因?yàn)闅馓锷a(chǎn)中后期，壓裂用水量減小，也無新鉆井可進(jìn)行回用。

2.3 外部回用

外部回用是指非常規(guī)氣田采出水經(jīng)處理達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)后，回用于農(nóng)田灌溉、牲畜或野生動(dòng)物甚至人類飲用水、道路抑塵、消防以及工業(yè)用途（如發(fā)電廠冷卻水）。如2017年美國(guó)頁(yè)巖氣開采廢水的1.3%作為灌溉用水及道路抑塵用水［17］；在美國(guó)有將處理后的煤層氣采出水用作動(dòng)物飲用水，為牲畜建立了飲水站［47］；還可以考慮將采出水作為農(nóng)作物灌溉的水資源，尤其是旱地［48］。PICA等［49］研究了高有機(jī)污染物含量和高鹽度條件下油菜和柳枝稷的發(fā)育生長(zhǎng)情況，結(jié)果表明，為了保證兩種作物正常生長(zhǎng)，必須將采出水的TDS降至3 500 mg/L以下，有機(jī)物含量降至較低水平；CHANG等［50］研究表明，肥料驅(qū)動(dòng)正滲透凈化頁(yè)巖氣開采廢水具有無需回收汲取液的優(yōu)勢(shì)，稀釋后的汲取液能夠促進(jìn)植物生長(zhǎng)，可用于農(nóng)田灌溉。

該處置方式存在以下問題：1）采出水的處理水平或程度決定其重復(fù)使用的應(yīng)用范圍，如其在回用作灌溉水時(shí)必須考慮作物的類型；2）成本和效率是決定處理方式和再利用的重要因素；3）我國(guó)60%以上的可開采頁(yè)巖氣資源分布在較為缺水或季節(jié)性缺水地區(qū)［51］，但目前國(guó)內(nèi)未見處理后廢水用于灌溉或牲畜飲用水的應(yīng)用案例。

2.4 水中有價(jià)組分的資源化回收利用

資源化回收利用是對(duì)非常規(guī)氣田采出水中的有價(jià)成分進(jìn)行提取回收利用。如前蘇聯(lián)率先回收利用了氣田采出水中的I2和Li，日本先后從氣田采出水中獲取了大量的I2和Br2，美國(guó)從氣田采出水中提取Br2后再回注處理。我國(guó)四川地區(qū)的氣田采出水內(nèi)含有豐富的Na、K、B、I2、Br2、Sr、Cu等物質(zhì)，有的甚至還含有鈾（U）和鐳（Ra），如川東某氣田采出水中的I2、Br2含量超過了開采品位的10倍以上，川西氣田采出水的K、B含量遠(yuǎn)高于西藏札布耶鹽湖水，資源回收優(yōu)勢(shì)明顯［38］。因此，目前資源化回收采出水中有價(jià)組分成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。如JANG等［52］提出了一種從頁(yè)巖氣采出水中提取Li的技術(shù)，可獲得41.2%的Li萃取率；LEE等［53］研究發(fā)現(xiàn)，采出水中烷烴鏈長(zhǎng)和正己烷濃度增加，Li萃取回收率降低，故在回收Li前要充分去除采出水中此類有機(jī)物；有研究發(fā)現(xiàn)，納濾可用于Li的回收，膜蒸餾/結(jié)晶能夠?qū)崿F(xiàn)Sr元素的回收，吸附可實(shí)現(xiàn)鐳和鈾選擇性提取，而通過“沉淀—溶劑萃取—離子交換”可回收稀土元素［54］；TIAN等［55］發(fā)現(xiàn)，威遠(yuǎn)-長(zhǎng)寧氣田采出水中稀土元素質(zhì)量濃度為4.5～118.3 μg/L，其中銪（Eu）達(dá)到了0.92～79.62 μg/L，研究表明回收稀土元素可抵消可觀的處理費(fèi)用；YANG等［56］通過電化學(xué)方法實(shí)現(xiàn)了高鹽采出水中氨和磷的回收。

綜上，資源化回收采出水中的有價(jià)組分具有可行性，預(yù)期回收有價(jià)組分收益能抵消水處理部分費(fèi)用，從而降低水處理成本，同時(shí)為后續(xù)進(jìn)一步處置（回用、外排等）降低了污染物濃度。

該處置方式存在以下問題：1）目前資源化回收非常規(guī)天然氣采出水中的有價(jià)組分仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，尚未工業(yè)化應(yīng)用；2）工業(yè)化回收工藝技術(shù)有待突破；3）國(guó)內(nèi)對(duì)非常規(guī)氣田采出水資源化利用重視不夠。

2.5 處理達(dá)標(biāo)后排放

當(dāng)氣田進(jìn)入開發(fā)后期，對(duì)配制水需求減少或不需要再配制新的壓裂液、鉆井液時(shí)，若該氣田區(qū)域被國(guó)家環(huán)保政策法規(guī)禁止采用回注地層方式處置采出水，則達(dá)標(biāo)外排或外部回用就是必須的選擇，目前達(dá)標(biāo)外排更多地用于海上平臺(tái)或靠近沙漠的氣田［39］。美國(guó)非常規(guī)氣田采出水外排占比約為6.7%，外排標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定非常嚴(yán)格，僅允許在海洋深水區(qū)排放，除特殊情況外禁止任何采出水在內(nèi)陸排放［57］。美國(guó)巴斯灣氣田的采出水直接排入墨西哥灣；阿爾及利亞的圖伊爾氣田采出水全部排入沙漠［37］。在大多數(shù)情況下需要采用單一或復(fù)合技術(shù)對(duì)采出水進(jìn)行多級(jí)處理才能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。例如，川西地區(qū)部分氣田采出水礦化度高，尤其是Cl-質(zhì)量濃度11 000～70 000 mg/L、COD 80 000 mg/L，處理外排難度大，針對(duì)該問題中國(guó)石油在四川磨溪建了一個(gè)處理能力500 m3/d、可滿足達(dá)標(biāo)排放要求的污水處理廠，其主要工藝為預(yù)處理、蒸餾及膜處理［13］。

該處置方式存在以下問題：1）我國(guó)非常規(guī)氣田采出水排放尚未制定和發(fā)布國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，目前執(zhí)行《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996），對(duì)COD、揮發(fā)酚、氯化物等處理要求高，導(dǎo)致成本較高；2）《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中控制指標(biāo)不能完全匹配采出水的復(fù)雜水質(zhì)，如該標(biāo)準(zhǔn)中沒有對(duì)Cl-的排放規(guī)定，目前重慶、四川部分氣田自定Cl-排放限值為350 mg/L；3）處理達(dá)標(biāo)后不一定被國(guó)家法律法規(guī)允許外排，如《水污染防治法》第五十七條規(guī)定，在飲用水水源保護(hù)區(qū)內(nèi)，禁止設(shè)置排污口，受此規(guī)定影響，普光氣田就不能選擇外排處置方式。

3 非常規(guī)氣田采出水的處理工藝

通過文獻(xiàn)調(diào)研了我國(guó)四川盆地、鄂爾多斯盆地的非常規(guī)氣田采出水的處置方式和處理工藝，具體如表2和表3所示。

表2 我國(guó)四川盆地、鄂爾多斯盆地非常規(guī)氣田采出水的處置方式

表3 我國(guó)四川盆地、鄂爾多斯盆地非常規(guī)氣田采出水的處理工藝

這兩個(gè)盆地的氣田采出水處理工藝中都沒有單獨(dú)的破乳處理技術(shù)單元。四川盆地的氣田采出水處置方式先后經(jīng)歷了自然蒸發(fā)、回注、綜合利用等方式的變化，在此過程中發(fā)現(xiàn)回注方式存在竄漏、回注量有限、建回注井選址困難且成本高、回注不滿足生產(chǎn)需求等問題，逼著生產(chǎn)企業(yè)必須開辟新的處置方式，現(xiàn)在四川盆地的氣田采出水主要采用回用或外排的處置方式，水處理工藝大都選擇了高級(jí)氧化、混凝、多效低溫蒸發(fā)、蒸發(fā)結(jié)晶、過濾、膜處理等技術(shù)單元。但這些水處理工藝仍存在一些問題，如蒸發(fā)結(jié)晶成本高，且不能用于高含硫廢水處理，芬頓氧化需調(diào)節(jié)廢水pH，蒸發(fā)結(jié)晶所得混鹽后處理難度大，外排水Cl-和COD難控制，凝析油回收不徹底，以及國(guó)內(nèi)尚無氣田水達(dá)標(biāo)排放相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)保隱患大等。

位于鄂爾多斯盆地的氣田目前采出水處置方式均為回注，但不同氣田甚至同一氣田不同區(qū)塊的水處理工藝不同。這些工藝主要采用了“沉降/混凝沉降+過濾”技術(shù)，有的還采用了“氣浮+旋流分離”技術(shù)，多數(shù)氣田采出水在預(yù)處理階段都添加了pH調(diào)節(jié)劑、混凝劑、氧化劑等多種藥劑。目前的處理工藝主要存在以下問題：有的工藝過于簡(jiǎn)單，導(dǎo)致處理水不能達(dá)標(biāo)回注，甚至影響甲醇回收；有的工藝添加的藥劑種類多，處理效果不好；有的工藝流程過長(zhǎng)；有的工藝適應(yīng)性不強(qiáng)，如高峰期、冬季低溫時(shí)段不能保證設(shè)計(jì)的沉降時(shí)間，導(dǎo)致處理不達(dá)標(biāo)。此外，這些氣田均位于相對(duì)干旱缺水地區(qū)，但目前的采出水處置方式均為回注，沒有利用水資源，也不符合《石油天然氣開采業(yè)污染防治技術(shù)政策》總則第三條規(guī)定的工業(yè)廢水回收率達(dá)到90%以上的要求。

此外，目前我國(guó)位于四川盆地和鄂爾多斯盆地的非常規(guī)氣田采出水，均未開展有價(jià)組分的資源化回收利用工作。

4 結(jié)語(yǔ)

a）非常規(guī)氣田采出水具有成分及乳化類型復(fù)雜，乳化類型可逆轉(zhuǎn)，污染物成分和含量在時(shí)空上高度可變等特點(diǎn)。采出水乳化對(duì)水處理效果、氣井生產(chǎn)效率均會(huì)產(chǎn)生不利影響。采出水最佳處置方式的選擇取決于氣田開發(fā)方案、水質(zhì)特點(diǎn)、國(guó)家和地方法律法規(guī)、環(huán)境影響風(fēng)險(xiǎn)以及成本，在實(shí)際生產(chǎn)中需綜合考慮。

b）目前，四川盆地非常規(guī)氣田采出水的主要處置方式是回用、外排，而鄂爾多斯盆地均為回注，這兩大盆地采出水處理工藝均未采用破乳脫穩(wěn)技術(shù)，四川盆地采出水處理存在工藝流程長(zhǎng)、藥劑種類多且用量大、成本高等問題。鄂爾多斯盆地采出水處置方式單一，沒有充分利用水資源，采出水處理存在工藝相對(duì)簡(jiǎn)單導(dǎo)致水處理達(dá)標(biāo)回注困難等問題。建議各氣田要考慮遠(yuǎn)期開發(fā)過程中增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)措施、氣候等因素導(dǎo)致的水質(zhì)、水量變化，提高水處理工藝的適應(yīng)性、抗沖擊性。

c）建議兩大盆地的氣田重視采出水破乳脫穩(wěn)技術(shù)，優(yōu)化處理工藝和藥劑；對(duì)采出水中有價(jià)組分（特別是稀貴金屬）開展資源化回收技術(shù)攻關(guān)和應(yīng)用，以回收資源并降低水處理成本。建議鄂爾多斯盆地氣田借鑒四川盆地氣田采出水處置的成功經(jīng)驗(yàn)，開展采出水綜合利用/回用，節(jié)約水資源，緩解該區(qū)域水資源缺乏的狀況，對(duì)采出水處置優(yōu)先選擇循環(huán)利用、審慎采用回注方式，確需回注的需考慮誘發(fā)地震及地下水污染風(fēng)險(xiǎn)。

d）建議國(guó)家盡快出臺(tái)非常規(guī)氣田采出水污染控制的法律法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)，為我國(guó)非常規(guī)氣的持續(xù)發(fā)展提供保障。