親水表面在氣田水惡臭治理中的應用

吳建祥　馮小波　龐飆　羅倩　宋文明　李秋萍

摘? 要：氣田水因含有H2S等物質而具有惡臭氣味，不僅污染環境，還可能對人員身心健康造成損害。目前成熟的惡臭處理技術投資高、維護復雜，不適合在氣田推廣應用。文章介紹了一種親水表面研制方法。通過在氣田水池應用親水表面可顯著降低惡臭程度，實現達標排放。由于該技術工藝簡單、投入費用低且無需維護，在氣田水惡臭治理中具有極大的推廣價值。

關鍵詞：親水表面;氣田水;惡臭治理

中圖分類號：X512? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）31-0179-02

Abstract： Gas field water has a foul odor due to its H2S and other substances， which not only pollutes the environment， but also may cause damage to people's physical and mental health. At present， the mature odor treatment technology has high investment and complex maintenance， which is not suitable for popularization and application in gas fields. A method for preparing hydrophilic surface is introduced in this paper. The application of hydrophilic surface in gas field pools can significantly reduce odor and achieve standard discharge. Because of its simple technology， low cost and no maintenance， this technology has great popularization value in odor controlof gas field water.

Keywords： hydrophilic surface; gas field water; odor control

引言

有水氣藏開采過程中，泡沫活性劑及緩蝕劑等化學藥劑進入井筒與地層水混合后到達地面形成氣田水。由于氣田水為混合物，成份復雜，含有硫類（H2S、甲硫醇、甲硫醚）、氨類、烴類等物質[1]，因而具有惡臭氣味，對井站員工和周邊居民健康產生損害。目前的惡臭治理技術主要有物理法、化學法、生物法和一些新興的除臭技術。但這些技術工藝復雜，投資大，維護困難，不適合在氣田開發領域的無人值守井站應用。因而需要對氣田水惡臭進行分析，形成適合無人值守井站應用的治理技術。

1 氣田水惡臭現狀及治理技術

1.1 惡臭產生原因

國內氣田大部分氣田所產天然氣為含硫天然氣，尤其是四川氣田為碳酸鹽儲層，H2S含量普通較高，氣田水中惡臭氣味重。氣田水存儲在氣田水池或水罐中，經泵轉或管輸到氣田水處理站處理后回注。因分離器排污水或車輛裝卸水、泵轉運水等因素影響，水體產生振蕩，水體平穩受到破壞，溶解在水體中的惡臭物質會迅速閃蒸。部分水池未密封，或密封效果差，惡臭氣體擴散到大氣中產生環境污染問題。據統計，四川氣田每年都會發生因氣田水惡臭而產生的糾紛，影響天然氣生產。

1.2 惡臭氣體的組成與危害

氣田水中最主要的惡臭物質是H2S，其次是硫醇、硫醚。通過對氣田水池內的惡臭物質進行監測，H2S對惡臭的貢獻值最大，部分氣田水池中H2S含量達到20mg/m3以上，因而氣田水池惡臭治理的目的是消除H2S的影響。但H2S的臭閥值為2.3×10-3mg，即使采取治理措施消除了大部分含量，但對人的感受只消除了少部分惡臭氣味[2]，因而治理難度大。

1.3 惡臭的治理技術

國外對惡臭氣體污染治理的研究較早，早在上世紀50年代末便開始了惡臭氣體污染治理的研究，而國內到上世紀90年代才出臺惡臭污染排放標準。目前我國處理惡臭氣體比較成熟的方法有物理法、化學法、生物法、聯合法等[3]。

在天然氣開采行業，目前針對氣田水惡臭主要應用了稀釋擴散法、燃燒法、吸收法、干法脫硫等治理技術[4]。稀釋擴散法是在氣田水池蓋上設置立管，通過大氣的擴散稀釋以及氧化反應，降低H2S落地濃度，未能從根本消除惡臭氣體;燃燒法是將惡臭氣體收集后與燃料氣充分混和，實現完全燃燒，需要耗燃氣;吸收法是采用堿液或胺液與硫化物反應，工藝復雜，投資高，且生成危險廢物處置困難;干法脫硫因硫容低，且再生發熱等原因而適應性較差。由于各種治理技術的缺點，目前尚無適用于氣田水池惡臭治理的成熟技術。

2 親水表面的研制

由于氣田水池中惡臭物質從液面閃蒸，因此有必要采取措施對液面進行密封。傳統的水泥蓋密封面與液面之間存在間隙而導致惡臭物質閃蒸。利用泡沫柔軟的特點，可以隨著液面的變化而升降，達到密封的效果。但泡沫本身質輕、且與水面之間存在間隙，惡臭物質通過間隙到達大氣中。為保證密封效果，通過親水處理可顯著改變泡沫的表面潤濕性，使泡沫與水緊密相連，實現安全密封的效果。

2.1 親水表面的原理

為解決表面的潤濕問題，目前，對于普通的固體疏水表面是加入大量的流平劑，但是這種方法在現場施工時容易出現表面涂覆不均勻的情況，并產生大量泡沫，導致涂層表面缺陷，同時該方法有效期短;同時，現有的表面親水處理劑中一般含有有毒的溶劑，其在大范圍使用時容易與人體接觸，造成安全隱患[5]。因此，針對氣田水池的惡臭治理，采用化學方法合成了一種特殊藥劑，這種藥劑的基團具有兩極，分別具有親油性和親水性，其中親油極與泡沫相接，親水極與水相連，從而使泡沫親水表面與水體緊密相連。

2.2 親水表面的制作

將二甲胺、三乙醇胺、篦麻油酸、聚乙烯吡咯烷酮、全氟表面活性劑和水按照一定的順序在反應釜中進行加熱和反應生成親水劑，如圖1。將親水劑噴涂在PE泡沫表面形成親水表面。該表面與水具有很強的相互作用力，將水滴滴在上面能夠在短時間內完全鋪展開，其接觸角接近于0°。

由于PE泡沫不吸水和幾乎不透水蒸氣，具有較好的抗硫性，因而在氣田水中不易腐蝕和破損。親水表面覆蓋在氣田水池水面上，隨液面的高度自動升降，實時保持與水面的緊密接觸，減小惡臭氣體逸散通道表面積，從而減少了惡臭氣體的閃蒸量，從而降低惡臭程度。

3 親水表面現場應用

3.1 惡臭產生現狀

某回注站負責20余口生產井的氣田水回注，日回注水62m3。由于氣田水中硫化物含量高，H2S等物質從水池中逸散到大氣中，造成空氣質量不達標，具有嚴重的惡臭氣味。對水池內的惡臭氣體進行監測，H2S含量近30mg/m3。雖然該水池加了密封蓋并設置了12m高氣體放散管，但由于池內惡臭氣體濃度高，空氣中惡臭氣味重，特別是泵轉水和車載氣田水卸水期間，惡臭氣味尤其明顯，影響了井站員工和周邊群眾的生產生活。該井站為天然氣生產井站的配套回注站，無人員值守，但周邊有大量民居，環境敏感程度高。因此，有必要對該站的氣田水池惡臭進行治理。

3.2 工藝措施

將2m*1m*0.05m的PE泡沫的五個表面（上表面除外）用親水劑進行噴涂，再將處理后的泡沫根據氣田水池的表面形狀用強力膠水粘接形成親水表面，如圖2。親水表面與水池周邊墻面不完全接觸，漂浮在液面上，隨液面高度的變化自動升降。親水表面遮擋水池表面積的98%以上，形成隔絕層。親水表面完成后，恢復氣田水池的密封蓋和放散管。整個工藝措施總費用在5萬元以內，僅為其它惡臭處理技術投資費用的2.5%-10%。

3.3 實驗結果

回注站氣田水池的惡臭物質主要為H2S，因此實驗前后對氣田水池內的H2S含量進行了監測。實驗前后各監測6組數據，其中3組為氣田水池內水體靜止狀態下采樣，3組為有氣田水轉入狀態下采樣。根據監測結果，實驗前水體靜止狀態時平均值為0.364mg/m3，水體激蕩狀態下平均值為27.44mg/m3。實驗后水體靜止狀態時平均值為0.026mg/m3，水體激蕩狀態下平均值為0.769mg/m3。兩種狀態下H2S下降率分別為92.8%和97.2%。實驗后對環境空氣監測結果表明H2S含量最高為0.008mg/m3，達到了《惡臭污染排放標準》中無組織排放控制指標[6]，治理效果好。同時，親水表面在氣田水池中浸泡18個月后仍保持完整，沒有脫落和破損情況。

4 結論

利用親水劑和PE泡沫可以形成親水表面，與水的接觸角接近于0°，具有良好的親水效果，并在氣田水池中能長時間保持完好。

親水表面能夠顯著降低氣田水池惡臭程度，實現環境空氣達標，由于該方法具有投資費用低且無需維護的優點，具有較高推廣價值。

參考文獻：

[1]趙宏，張明鑫，羅倩，等.氣田水池惡臭治理技術優選及效果評價[J].油氣田環境保護，2016，26（2）：23.

[2]戴萬能，高曉根，計維安，等.含硫氣田惡臭硫化物性質及限值研究[J].天然氣與石油，2015，33（6）：83-84.

[3]王蓓，趙仲卿，張麗華.惡臭污染物處理技術淺談[J].河北環境科學，2004（1）：51-54.

[4]宋彬，李靜，高曉根.含硫氣田水閃蒸氣處理工藝評述[J].天然氣工業，2018，38（10）：107-113.

[5]吳文劍，王超，李紅強，等.超親水表面的研究及應用進展[J].合成材料老化與應用，2018（4）：104-112.

[6]國家環境保護局.惡臭污染排放標準：GB/T14554-1993[S].北京：中國標準出版社，1994.