高含硫氣田水池惡臭防治技術(shù)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐研究

摘要：針對魯西北地區(qū)高含硫氣田水池惡臭處理難題，提出進(jìn)水緩沖、親水泡沫隔絕及尾氣脫硫的綜合處理技術(shù)。該技術(shù)在TD85井成功應(yīng)用，連續(xù)運(yùn)行125 d，處理惡臭氣體16 500 m3，降低氣田水來水沖擊負(fù)荷74.9%，液面覆蓋率達(dá)到90.5%。處理后，硫化氫、甲硫醇等污染物的濃度均達(dá)到《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 14554—1993）。該技術(shù)有效降低氣田水池惡臭氣體逸散，具有良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：高含硫；氣田水池；惡臭防治

中圖分類號：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）01-0-03

Design and practical research on odor prevention and control technology for high sulfur gas field water tanks

Abstract： In view of the problem of odor treatment of high sulfur gas field tanks in Northwest Shandong， a comprehensive treatment technology of water buffer， hydrophilic foam isolation and tail gas desulfurization is proposed. This technology has been successfully applied in the TD85 well， running continuously for 125 d， treating 16 500 m3 of odorous gas， reducing the impact load of incoming gas field water by 74.9%， and achieving a liquid level coverage rate of 90.5%. After treatment， the concentrations of pollutants such as hydrogen sulfide and methyl mercaptan reach the Emission Standards for Odor Pollutants （GB 14554—1993）. This technology effectively reduces the emission of odorous gases from gas field water tanks， and has good environmental and economic benefits.

Keywords： high sulfur content; gas field water tank; odor prevention and control

氣田水是天然氣在地下儲層中與地下水長期共存伴生的產(chǎn)物，天然氣開采過程中，隨著儲層壓力的降低，儲層中的地層水或氣體冷凝形成的水被一同帶出[1]。魯西北地區(qū)氣田均為高含硫氣田，氣田水含有硫化氫（H2S）、甲硫醇（CH3SH）和甲硫醚（C2H6S）等混合惡臭氣體。油氣水三相分離裝置可將高含硫氣田水從天然氣和油中分離出來，分離后的氣田水排入氣田水池。氣田水池中的惡臭氣體不僅污染環(huán)境，還可能對氣田水池作業(yè)人員健康造成傷害，甚至威脅其生命，影響氣田正常開發(fā)[2]。因此，必須對氣田水池中的惡臭氣體進(jìn)行有效防治。以魯西北地區(qū)氣田水池惡臭氣體為例，針對高含硫、高濃度及多組分等特點(diǎn)提出一種創(chuàng)新型惡臭氣體防治技術(shù)。該技術(shù)將進(jìn)水緩沖、親水泡沫液面隔絕及尾氣脫硫等工藝集成在氣田水池系統(tǒng)內(nèi)，從而有效處理惡臭氣體。惡臭氣體處理后，各指標(biāo)滿足《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（CB 14554—1993），確保高含硫氣田實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，環(huán)境效益和社會效益顯著。

1 高含硫氣田水池惡臭來源及特征

1.1 高含硫氣田水來源

魯西北地區(qū)共有15個氣田、10個含氣構(gòu)造，當(dāng)前已投產(chǎn)的含氣構(gòu)造有8個。其中，出水氣田有6個，產(chǎn)地層水的含氣構(gòu)造有2個，出水井有52口，年產(chǎn)氣田水約2萬m3，氣田水實(shí)現(xiàn)100%回注。根據(jù)傳統(tǒng)的氣田水處理方案，先將氣田水臨時儲存在設(shè)計(jì)的氣田水池中，然后采用管線、罐車等措施將氣田水輸送至氣田水轉(zhuǎn)運(yùn)站，在氣田水轉(zhuǎn)運(yùn)站對氣田水進(jìn)行回注處理。氣田水含有硫化氫、甲硫醇和甲硫醚等惡臭物質(zhì)，在輸送轉(zhuǎn)運(yùn)過程中，氣田水中的惡臭物質(zhì)可通過進(jìn)水狀態(tài)時的物理作用和水池內(nèi)的閃蒸作用兩種方式進(jìn)行釋放。

1.2 高含硫氣田水池惡臭特征

魯西北地區(qū)氣田所產(chǎn)氣田水含鉆井、試油、修井及氣井生產(chǎn)過程中的伴生水，氣田水來源廣，類型多，成分復(fù)雜，處理難度大[3]。另外，氣田生產(chǎn)過程中加入緩蝕劑、起泡劑、消泡劑和防垢劑等，導(dǎo)致惡臭氣體組分復(fù)雜、濃度高且分離難度極大。根據(jù)TD85井氣田水池內(nèi)氣田水無組織廢氣監(jiān)測結(jié)果，揮發(fā)性有機(jī)物、氨、二硫化碳、非甲烷總烴、二甲二硫、甲硫醇、甲硫醚和硫化氫的濃度分別為6.49、2.6、15.8、52、1 060、3 560、2 590、22 300 mg/m3，參照《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（CB 14554—1993）的限值，硫化氫、甲硫醇和甲硫醚的平均超標(biāo)倍數(shù)分別為37萬倍、52萬倍和3.4萬倍，因此氣田水池惡臭氣體目標(biāo)污染物主要為硫化氫、甲硫醇和甲硫醚。

1.3 高含硫氣田水池惡臭處置現(xiàn)狀

魯西北地區(qū)氣田水的惡臭處理經(jīng)歷直接排放、直接燃燒、稀釋擴(kuò)散和密閉處理等階段。隨著環(huán)保要求日趨嚴(yán)格，目前普遍采用密閉處理并通過呼吸管排放氣體，但仍存在問題。氣田水中的硫化氫、甲硫醇、揮發(fā)性有機(jī)物和甲硫醚等惡臭氣體超標(biāo)，處理復(fù)雜且成本高，尾氣難以達(dá)標(biāo)。此外，酸性氣體引起設(shè)備和管線腐蝕，加上鐵細(xì)菌和硫酸鹽還原菌的作用，設(shè)備加速損壞。密閉性不足還導(dǎo)致惡臭氣體逸散，污染環(huán)境并威脅工作人員的安全[4]。

2 高含硫氣田水池惡臭處理技術(shù)研究

2.1 氣田水進(jìn)水系統(tǒng)優(yōu)化

高含硫氣田水池具有特殊性，其底部含有部分污泥及沉淀物。在氣田水密閉輸送的過程中，部分硫化物及還原性物質(zhì)在管道帶壓密閉環(huán)境中溶解于氣田水中，管道氣田水排進(jìn)開放式氣田水池后，隨著壓力的降低，它們從氣田水中析出。部分形成含硫介質(zhì)聚集于氣田水池底泥，氣田水的來水對底泥產(chǎn)生沖擊，由于液面飽和蒸氣壓下降，部分溶解在底泥中的硫化氫、烴類等氣體會析出，造成底泥中部分硫化氫及惡臭物質(zhì)大量逸散，最終導(dǎo)致轉(zhuǎn)水期間惡臭氣體濃度劇增。為減少來水對底泥的沖擊，采用新型緩沖裝置改造來水管線，降低其進(jìn)水沖擊負(fù)荷，根據(jù)其主要惡臭物質(zhì)含量，試驗(yàn)前后對氣田水池內(nèi)的硫化氫含量進(jìn)行監(jiān)測。

從不同水體狀態(tài)對水池內(nèi)外硫化氫濃度差異的影響可知，在氣田水池未運(yùn)行的靜止?fàn)顟B(tài)下，其平均硫化氫含量為156 mg/m3，在來水沖擊的激蕩條件下，其硫化氫含量為1 085 mg/m3。采用新型緩沖裝置后，同等運(yùn)行條件下，其硫化氫含量為272 mg/m3，較激蕩條件的硫化氫含量降低74.9%，較靜止?fàn)顟B(tài)的硫化氫含量僅高出6 mg/m3，這說明新型緩沖裝置對來水沖擊大幅減弱，從而降低對底泥的沖擊，最終體現(xiàn)為硫化氫及惡臭氣體逸散量降低。

2.2 親水泡沫液面隔絕

目前，氣田水池的液面沒有經(jīng)過任何處理，除水池加蓋密封外，液面直接暴露在水池空間，水體內(nèi)的惡臭氣體通過氣水界面進(jìn)入水池上部空間，造成氣體在水池內(nèi)聚集后通過放散管到達(dá)外界環(huán)境。因此，對氣水界面進(jìn)行干預(yù)，通過改變氣水界面的關(guān)系實(shí)現(xiàn)水氣分隔，消除水體中惡臭氣體進(jìn)入水池上部空間的通道，降低水池內(nèi)惡臭氣體產(chǎn)生量。

經(jīng)進(jìn)水緩沖器降低負(fù)荷后，氣田水均勻分布于油池、沉砂池及提升池。采用泡沫覆蓋液面，聚乙烯泡沫與氣田水的接觸面采用親水劑進(jìn)行處理，形成親水表層，阻止液面表層惡臭氣體逸散。親水泡沫覆蓋后，其隔油池、沉砂池和泵提升池的覆蓋面積分別為24.3%、21.7%和36.0%，加上橫梁面積（占比8.5%），其有效覆蓋面積占液面總面積的90.5%，這說明親水泡沫的覆蓋能大幅降低惡臭氣體的逸散量。

2.3 尾氣收集及達(dá)標(biāo)處置

進(jìn)水方式優(yōu)化和親水表面隔絕氣水界面后，氣田水池中聚集的惡臭氣體濃度下降，進(jìn)入放散管外排的惡臭氣體風(fēng)量減小。但是，放散管僅通過高度差降低落地濃度，未能實(shí)質(zhì)性解決惡臭問題。因此，氣田水池內(nèi)逸散氣體通過離心風(fēng)機(jī)進(jìn)行集中收集，經(jīng)脫硫后達(dá)標(biāo)排放，最終消除惡臭氣體。經(jīng)多種脫硫工藝比較，最終選擇氧化鐵干法脫硫技術(shù)。經(jīng)進(jìn)水緩沖器處理及親水聚乙烯泡沫覆蓋后，惡臭氣體逸散量大幅降低，但依舊有部分氣體逸散，因此采用離心風(fēng)機(jī)對氣田水池逸散的惡臭氣體進(jìn)行收集，收集后的氣體集中進(jìn)入脫硫裝置進(jìn)行脫硫，然后排放。

3 高含硫氣田水池惡臭處理工藝的現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 惡臭處理工藝原理及流程

針對魯西北地區(qū)氣田水池惡臭氣體處理存在的問題，采用進(jìn)水緩沖+親水泡沫隔絕+尾氣脫硫的綜合處理工藝。氣田水經(jīng)管道輸送后進(jìn)入緩沖調(diào)節(jié)罐降低沖擊負(fù)荷，保持相對穩(wěn)定，減少惡臭氣體的析出，以便后續(xù)處理。氣田水緩沖后，采用親水表面隔絕技術(shù)對氣田水池進(jìn)行物理隔絕，使氣田水池90%的液面被親水泡沫覆蓋，進(jìn)一步隔絕氣田水的惡臭氣體逸散，降低后續(xù)處理負(fù)荷，提高尾氣達(dá)標(biāo)率。親水表面隔絕后，氣田水池內(nèi)僅有少量惡臭氣體從孔隙處繼續(xù)逸散，采用脫硫裝置進(jìn)一步處理尾氣，使污染物在脫硫階段去除。最終處理后，氣體經(jīng)放空管排放。其中，進(jìn)水緩沖罐進(jìn)水量為5～10 m3/h，進(jìn)水管徑為100 mm；親水泡沫總面積為90 m2，有效覆蓋率為90%～95%。脫硫裝置進(jìn)氣量為20～50 m3/h，容積為5 m3，放空管高度為5 m。

3.2 現(xiàn)場應(yīng)用及效果

3.2.1 現(xiàn)場中試

2022年7月15日至11月20日，在魯西北地區(qū)TD85井氣田水回注站開展惡臭治理試驗(yàn)。惡臭氣體處理量共計(jì)16 500 m3，處理后取樣，檢測污染物濃度，考察其處理效果。氣田水經(jīng)進(jìn)水緩沖裝置、親水聚乙烯泡沫及尾氣吸收裝置處理后，硫化氫、甲硫醇、甲硫醚、二硫化碳和氨等惡臭氣體的濃度滿足《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 14554—1993）。

3.2.2 耐用性測試

現(xiàn)場考察親水聚乙烯泡沫在氣田水池中的耐用性，分別取不同時期的親水聚乙烯泡沫進(jìn)行性能檢測。2022年7月15日至11月20日，親水聚乙烯泡沫與液面的接觸角始終接近0°，親水效果良好，其在氣田水池中能長時間保持完好，最終浸泡后的有效覆蓋面積僅減少8.9%，這說明親水聚乙烯泡沫具有良好的耐用性。

3.2.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

采用進(jìn)水緩沖、親水泡沫隔絕及尾氣脫硫綜合治理氣田水池惡臭氣體，投資費(fèi)用主要由3部分組成，一是親水表面材料購置費(fèi)用，二是進(jìn)水緩沖裝置和放散氣脫硫裝置的處理費(fèi)用，三是進(jìn)水裝置和放散氣脫硫裝置的安裝費(fèi)用。按照市場價格，目前，親水表面材料購置費(fèi)用為150元/m2，脫硫裝置費(fèi)用約為23萬元，施工費(fèi)用約為2萬元。TD85井氣田水池表面積為100 m2，所需費(fèi)用共計(jì)64萬元。與噴淋法、化學(xué)藥劑吸收法等大型裝置除臭法相比，一座氣田水池至少節(jié)約投資費(fèi)用30萬元，且維護(hù)費(fèi)用比更換脫硫劑的費(fèi)用低。目前，TD85井每季度更換一次脫硫劑，全年更換脫硫劑的費(fèi)用僅為3 000元，維護(hù)費(fèi)用極低，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4 結(jié)論

針對魯西北地區(qū)高含硫氣田水池惡臭氣體處理后達(dá)標(biāo)難的問題，設(shè)計(jì)一種進(jìn)水緩沖+親水泡沫隔絕+尾氣脫硫的復(fù)合處理工藝。當(dāng)前，該技術(shù)已成功應(yīng)用于TD85井氣田水回注站，連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行125 d，共處理惡臭氣體16 500 m3。處理后，氣田水沖擊負(fù)荷可以降低74.9%，液面有效覆蓋面積為90.5%，硫化氫、氨氣等惡臭氣體的濃度滿足《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 14554—1993）。該技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用大幅降低高含硫氣田水池惡臭氣體逸散量，工藝簡單，裝置處理效率高，安全可靠，實(shí)現(xiàn)尾氣的達(dá)標(biāo)排放，不僅有效解決環(huán)境治理難題，而且節(jié)約含硫氣體治理綜合成本，具有良好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

1 黃麗麗，王 亙.惡臭異味治理需求與治理技術(shù)[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2023（11）：51-55.

2 朱 虹，李婷婷，柴曉利，等.西安江村溝垃圾填埋場不同惡臭源污染釋放特征分析[J].環(huán)境污染與防治，2022（12）：1643-1651.

3 張壽強(qiáng).規(guī)?；B(yǎng)豬場惡臭環(huán)境影響評價預(yù)測及防治措施[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2021（11）：185-186.

4 袁 增，李小斌，馬伶俐，等.川東地區(qū)氣田水處理技術(shù)及工程應(yīng)用[J].油氣田環(huán)境保護(hù)，2020（1）：28-33.