臭氧气浮-核晶造粒工艺处理油气田采出水与再生利用

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2023-1198

工业水处理 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (1): 159-166. doi: 10.19965/j.cnki.iwt.2023-1198

臭氧气浮-核晶造粒工艺处理油气田采出水与再生利用

宋吉娜¹(), 岳雯¹, 同霄², 许兰洲³, 王亚东⁴, 商亚博³, 金鑫³(), 金鹏康³

^1. 河北工程大学能源与环境工程学院，河北邯郸 056038
^2. 中石油长庆油田分公司油气工艺研究院，陕西西安 710000
^3. 西安交通大学人居环境与建筑工程学院，陕西西安 710049
^4. 西安建筑科技大学环境与市政工程学院，陕西西安 710054

收稿日期:2024-10-18 出版日期:2025-01-20 发布日期:2025-01-22
作者简介:
宋吉娜（1980— ），工学博士，教授。E-mail：songjina@126.com
金鑫，工学博士，副教授。E-mail：jinxin@xjtu.edu.cn。
基金资助:
国家自然科学基金面上项目(52070151); 国家自然科学基金重点项目(52230001); 陕西省秦创原“科学家+工程师”队伍建设项目(2023KXJ-120); 陕西省重点研发计划项目(2021ZDLSF05-06)

Dissolved ozone flotation-nucleation crystallization pelleting process for the treatment and reclamation of oil and gas field produced water

Ji’na SONG¹(), Wen YUE¹, Xiao TONG², Lanzhou XU³, Yadong WANG⁴, Yabo SHANG³, Xin JIN³(), Pengkang JIN³

^1. College of Energy and Environmental Engineering, Hebei University of Engineering, Handan 056038, China
^2. Oil and Gas Technology Research Institute, Petrochina Changqing Oilfield Company, Xi’an 710000, China
^3. School of Human Settlements and Civil Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China
^4. School of Environmental and Municipal Engineering, Xi’an University of Architecture and Technology, Xi’an 710054, China

Received:2024-10-18 Online:2025-01-20 Published:2025-01-22

摘要/Abstract

摘要：

为解决油气田采出水水量大、水质复杂等难题，实现油气田采出水处理后再利用的目标，提出一套臭氧气浮-核晶造粒组合工艺，处理后采出水可满足配制胍胶压裂液的水质要求。以COD和SS去除率为评价指标，对比了预臭氧氧化-混凝和臭氧气浮两种工艺，结果表明臭氧气浮工艺对COD和SS的处理效果更佳，二者去除率分别可达到59%和88%，处理后COD和SS均满足配制胍胶压裂液的水质要求。以Ca²⁺、Mg²⁺去除率为硬度指标，对比了核晶造粒和化学沉淀两种工艺的除硬效果，结果表明核晶造粒工艺在除硬方面具有显著优势，对Ca²⁺、Mg²⁺的总去除率能达到86%，满足配制胍胶压裂液对硬度的要求。以长庆油田4个站点采出水为实际处理对象，采出水经臭氧气浮-核晶造粒工艺处理后，配制的胍胶压裂液均表现出较好的基液黏度，可挑挂且不易断裂。臭氧气浮-核晶造粒工艺不仅可实现采出水的资源化利用，还可减少企业日常生产成本，具有较好的经济和环境效益，为油气田采出水的资源化利用提供了技术参考。

关键词: 臭氧气浮, 核晶造粒, 采出水, 再生利用

Abstract:

To solve the difficult problems of large volume and complex water quality in oil and gas fields, and to achieve the goal of reusing oil and gas field produced water after treatment, a combination process of dissolved ozone flotation-nucleation crystallization pelleting was proposed. The treated produced water could meet the water quality requirements for preparing guanidine fracturing fluid. Taking COD and SS removal rates as the evaluation indexes, the two processes of pre-oxidation-coagulation and dissolved ozone flotation were compared. The results showed that the dissolved ozone flotation process had better effect on COD and SS removal, and the removal rates could reach 59% and 88%, respectively. Both COD and SS met the water quality requirements for preparing guanidine fracturing fluid. Taking the removal rates of Ca²⁺ and Mg²⁺ as the hardness index, the removal performance of nucleation crystallization pelleting process and chemical precipitation process were compared. The results showed that the nucleation crystallization pelleting process had significant advantages in hardness removal, with a total removal efficiency of Ca²⁺ and Mg²⁺ at 86%, achieving the requirements for preparing guanidine fracturing fluid. Taking the produced water from four stations in Changqing Oilfield as the actual treatment object, the guanidine fracturing fluid, prepared from the produced water treated by dissolved ozone flotation-nucleation crystallization pelleting process, showed good viscosity of the base fluid, which could be lifted and not easily broken. The dissolved ozone flotation-nucleation crystallization pelleting process could not only achieve the resource utilization of produced water, but also reduce the daily production costs, with good economic and environmental benefits. Therefore, the combination process could provide technical reference for the oil and gas field produced water reclamation.

Key words: dissolved ozone flotation process, nucleation crystallization pelleting process, produced water, wastewater reclamation

中图分类号:

X741
X703.1

宋吉娜, 岳雯, 同霄, 许兰洲, 王亚东, 商亚博, 金鑫, 金鹏康. 臭氧气浮-核晶造粒工艺处理油气田采出水与再生利用[J]. 工业水处理, 2025, 45(1): 159-166.

Ji’na SONG, Wen YUE, Xiao TONG, Lanzhou XU, Yadong WANG, Yabo SHANG, Xin JIN, Pengkang JIN. Dissolved ozone flotation-nucleation crystallization pelleting process for the treatment and reclamation of oil and gas field produced water[J]. Industrial Water Treatment, 2025, 45(1): 159-166.

https://www.iwt.cn/CN/Y2025/V45/I1/159

图/表 13

表1 采出水水质指标

Table 1 Water quality of produced water

项目	pH	COD	SS	Ca²⁺	Mg²⁺	总硬度
指标范围	6.6~7.6	1 338~2 099	54~420	401~1 683	100~553	1 401~6 006
指标均值		1 826	153	805	295	3 237

图1 臭氧气浮工艺装置

Fig.1 Dissolved ozone flotation reactor

图2 核晶造粒工艺装置

Fig.2 Nucleation crystallization pelleting reactor

图3 混凝工艺条件对采出水COD和SS去除效果的影响

Fig.3 Effect of coagulation process conditions on COD and SS removal

图4 反应pH（a）和臭氧投加量（b）对预臭氧氧化-混凝工艺处理效果的影响

Fig.4 Effect of pH （a） and ozone dosages （b） on pre-oxidation-coagulation process

图5 反应pH（a）和臭氧投加量（b）对臭氧气浮处理效果的影响

Fig.5 Effect of pH （a） and ozone dosages （b） on dissolved ozone flotation process

表2 两种工艺处理后出水水质

Table 2 Water quality of effluent after treated by two processes

项目	原水	预臭氧氧化-混凝	臭氧气浮
COD/（mg·L^-1）	1 958	866	793
SS/（mg·L^-1）	204	22	24

图6 进水流量（a）、进水pH（b）和床层高度（c）对核晶造粒工艺去除Ca²⁺、Mg²⁺及总硬度效果的影响

Fig.6 Effect of influent flow rate （a），pH （b） and bed height （c） on the removal of Ca²⁺，Mg²⁺ and total hardness by nucleation crystallization pelleting process

图7 不同Na₂CO₃（a）和NaOH（b）投加量对核晶造粒工艺处理效果的影响

Fig.7 Effect of different Na₂CO₃（a） and NaOH （b） dosage on nucleation crystallization pelleting process

图8 多级核晶造粒工艺对采出水中钙镁的处理效果

Fig.8 The treatment effect of multi-stage nucleation crystallization pelleting process on calcium and magnesium in produced water

图9 Na₂CO₃（a）和NaOH（b）投加量对化学沉淀处理效果的影响

Fig.9 Effect of Na₂CO₃（a） and NaOH （b） dosage on chemical precipitation

表3 臭氧气浮-核晶造粒处理后出水配制胍胶压裂液效果

Table 3 Preparation of guanidinium fracturing fluid with effluent from dissolved ozone flotation-nucleation crystallization pelleting process

采样点		基液黏度/（mPa·s）	交联情况	交联速度
气田	GQ-1	51	冻胶均匀，可挂起挑起，不易断	较快
气田	GQ-2	53	冻胶均匀，可挂起挑起，不易断	较快
油田	XYL-1	57	冻胶均匀，可挂起挑起，不易断	快
油田	HC-1	55	冻胶均匀，可挂起挑起，不易断	快

表4 运行成本分析

Table 4 Analysis of operating costs

项目		臭氧气浮-核晶造粒工艺	预臭氧氧化-混凝-化学沉淀工艺
电费/（元·m^-3）		3.24	3.72
药剂费/（元·m^-3）	Na₂CO₃	2.0	2.0
	NaOH	1.5	1.5
	PAC+PAM	2.0	2.08
合计费用/（元·m^-3）		8.74	9.30

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