涪陵页岩气田泡排气井产出水中DOM特征分析

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2022-0481

工业水处理 ›› 2023, Vol. 43 ›› Issue (4): 154-161. doi: 10.19965/j.cnki.iwt.2022-0481

涪陵页岩气田泡排气井产出水中DOM特征分析

邝绮玥¹^,²^,³(), 崔艳⁴, 郑泽旭⁵, 张召基²^,³()

^1.福建农林大学资源与环境学院，福建福州 350002
^2.中国科学院城市环境研究所宁波城市环境观测研究站，福建厦门 361021
^3.宁波（北仑）中科海西产业技术创新中心，浙江宁波 315830
^4.中石化江汉油田分公司荆州采油厂，湖北荆州 434020
^5.中石化重庆涪陵页岩气勘探开发有限公司，重庆 408014

收稿日期:2023-03-08 出版日期:2023-04-20 发布日期:2023-05-23
通讯作者: 张召基 E-mail:qykuang@iue.ac.cn;zjzhang@iue.ac.cn
作者简介:邝绮玥（1998— ），硕士研究生。E-mail：qykuang@iue.ac.cn
张召基，研究员。E-mail：zjzhang@iue.ac.cn。
基金资助:
国家科技重大专项(2016ZX05060-022);国家自然科学基金面上项目(41977414)

Analysis of DOM characteristics in produced water of foam drainage wells in Fuling shale gas field

Qiyue KUANG¹^,²^,³(), Yan CUI⁴, Zexu ZHENG⁵, Zhaoji ZHANG²^,³()

^1.College of Resources & Environment，Fujian Agriculture & Forestry University，Fuzhou 350002，China
^2.Ningbo Observation and Research Station，Institute of Urban Environment，Chinese Academy of Sciences，Xiamen 361021，China
^3.CAS Haixi Industrial Technology Innovation Center in Beilun，Ningbo 315830，China
^4.Jingzhou Oil Production Plant，Sinopec Jianghan Oilf?ield Company，Jingzhou 434020，China
^5.Sinopec Chongqing Fuling Shale Gas Exploration and Development Co. ，Ltd. ，Chongqing 408014，China

Received:2023-03-08 Online:2023-04-20 Published:2023-05-23
Contact: Zhaoji ZHANG E-mail:qykuang@iue.ac.cn;zjzhang@iue.ac.cn

摘要/Abstract

摘要：

泡排产出水是涪陵页岩气田气井增产过程中出现的气井污水。与增产前的普通页岩气产出水相比，泡排产出水中的有机物含量显著增加，潜在环境风险加大。目前对此类产出水的有机污染物组成特征的认识还十分缺乏。以同一区域普通页岩气产出水为对照，分别从水质、二维荧光光谱和溶解性有机物（DOM）分子组成特征方面，详细研究了泡排产出水的化学特性。结果显示：泡排产出水的COD_Cr与氨氮含量明显升高，急性毒性激增；二维荧光光谱分析表明，普通产出水的有机物含量上升主要与类蛋白质有机物有关，而泡排产出水相比普通产出水含有更多的腐殖质；采用傅立叶变换离子回旋共振质谱对两类产出水的DOM组成进行检测，分析结果显示泡排产出水的DOM中脂肪类和蛋白质有机物相对偏高，有机物总体饱和度更高，分子组成更为复杂，且含氧官能团较少，更不易被氧化。因此，需要更加关注泡排产出水的环境风险，在产出水的处理与回用过程中重视难降解有机物的有效削减。

关键词: 页岩气, 泡排采气, 产出水, 溶解性有机物

Abstract:

Foam drainage produced water（PW） is the gas well effluent that generate during the stimulation process of gas production in Fuling shale gas field. Compared with the conventional shale gas PW before the stimulation， the organic content in the foam drainage PW is significantly increased，posing an elevated risk to the environment.There is a lack of understanding of organic pollutant composition characteristics of such PW. The chemical characteristics of PW from foam drainage gas were investigated in detail in terms of water quality， two-dimensional fluorescence spectra and molecular composition of dissolved organic matter（DOM）， respectively， using the PW from ordinary shale gas in the same region as a control. The results showed that the COD_Cr and ammonia nitrogen concentrations in the PW of foam drainage increased significantly， and the acute toxicity spiked. Two-dimensional fluorescence spectroscopy analysis showed that the increase of organic matter content in ordinary PW was mainly related to protein-like organic matter， while the foam drainage PW contained more humic substances. Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry was used to detect the DOM composition of the two types of PW， and the results showed that DOM of the foam drainage PW was relatively high in fat and protein-like organic matter， with a higher overall saturation of organic matter， a more complex molecular composition， and fewer oxygen-containing functional groups， which were less likely to oxidation. Therefore， it is necessary to pay more attention to environmental risk of Foam drainage PW， as well as to effective reduction of refractory organics in the process of PW treatment and reuse.

Key words: shale gas, foam drainage gas, produced water, dissolved organic matter

中图分类号:

TE992.2

邝绮玥, 崔艳, 郑泽旭, 张召基. 涪陵页岩气田泡排气井产出水中DOM特征分析[J]. 工业水处理, 2023, 43(4): 154-161.

Qiyue KUANG, Yan CUI, Zexu ZHENG, Zhaoji ZHANG. Analysis of DOM characteristics in produced water of foam drainage wells in Fuling shale gas field[J]. Industrial Water Treatment, 2023, 43(4): 154-161.

https://www.iwt.cn/CN/Y2023/V43/I4/154

图/表 8

表1 普通与泡排产出水的水质分析

Table1 Water quality analysis of conventional and foam drainage PW

序号	性质	完钻井深/m	pH	总氮/（mg·L^-1）	氨氮/（mg·L^-1）	硝态氮/（mg·L^-1）	亚硝态氮/（mg·L^-1）	总磷/（mg·L^-1）	Cl^-/（g·L^-1）	COD_Cr/（mg·L^-1）	TOC/（mg·L^-1）	TDS/（g·L^-1）	Sb/（mg·L^-1）	急性毒性/%
A	普通	5 415	6.06	89.37	69.07	14.70	0.02	0.29	17.29	1 515.83	74.91	40.31	58.71	31.70
B		4 901	6.20	64.30	47.75	6.34	0.01	0.00	11.83	146.12	30.46	24.34	48.91	41.42
C		5 060	5.90	73.43	57.13	7.46	0.02	0.29	11.50	2 80.80	38.61	24.62	51.27	31.96
D	泡排	5 150	5.92	91.80	80.33	15.95	0.01	0.34	15.11	1 641.33	328.90	36.31	64.21	99.94
E		4 415	6.50	200.13	95.41	20.88	0.17	0.34	9.41	4 746.50	2 360.58	25.92	61.22	96.39
F		4 919	6.31	80.43	59.60	11.47	0.03	0.44	13.66	474.80	141.32	28.44	65.39	82.72

图1 发光菌急性毒性与部分水质指标的相关性分析

Fig. 1 Correlation analysis of acute toxicity of luminescent bacteria and water quality indicators

图2 产出水样品的二维荧光相关光谱

Fig. 2 Two-dimensional fluorescence spectroscopy of PW samples

图3 两类产出水DOM样品中的有机物类型占比

Fig. 3 Proportion of organic matter in DOM samples of two types of PW

表2 产出水样品中测得的有机分子数及各项指标的加权平均值

Table 2 Number of organic molecules， weighted average of index in the output water samples

序号	性质	C_wa	m/z_wa	H/C_wa	O/C_wa	DBE_wa
A	普通	10.39	214.87	1.09	0.48	5.61
B		10.65	228.58	1.47	0.48	3.68
C		9.15	187.36	0.90	0.48	5.76
D	泡排	14.63	279.23	1.44	0.34	3.83
E		15.03	296.16	2.02	0.23	1.05
F		14.18	277.78	1.46	0.35	3.74

图4 平台产出水DOM丰度、类型与功能多样性

Fig. 4 Abundance， type， and functional diversity of DOM in PW of platforms

图5 普通和泡排产出水的DOM分子差异

Fig. 5 DOM molecular differences between conventional and foam drainage PW

图6 B、D平台产出水的化合物丰度

Fig. 6 Compound abundance of PW from B and D platforms

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