煤层气在我国虽然已经进入商业开发,但是在勘探开发过程中依然面临着许多尚未解决的难题,其中煤层气井产出水在排采初期具有高盐度、高矿化度的特点,直接排放会造成环境的巨大破坏,在“十二五”发展过程中,煤层气井产出水的处理技术是煤层气开发过程中亟待解决的难题,本文所做的研究即为该技术提供理论依据。
本文根据目前沁水盆地和鄂尔多斯盆地东缘煤层气的生产实际情况,以不同水文地质单元、不同构造部位、不同煤层气产层和不同井型为原则,合理地选择了3个煤层气生产区内的14口煤层气生产井,开展了12个月的水样连续跟踪采集分析工作,进行了温度、色度、pH值、混浊度、透明度、悬浮物、流量以及矿化度、硬度、各种离子含量等25项水样的物理化学性质的观测分析。
在大量水样实验分析数据的基础上,本文以排采时间为主线,采用SPSS、AquaChem4.0软件开展了水质及水型动态变化规律分析。发现不同区块、不同层位的矿化度、氯离子、钠离子尽管绝对数值不同,但它们的变规律相似,均呈现先高后低的变化趋势,而碳酸氢根离子的变化规律相反,呈现先低后高的特点。水型呈现由Na-Cl水型向Na-Cl-HCO3水型、Na-HCO3-Cl水型或Na-HCO3水型变化的规律。
依据产出水中各离子的变化特点,将产水过程划分为3个阶段,即污染成分大量排出阶段、过渡阶段和稳定阶段。本文总结出了不同阶段的水型及离子特征、stiff图特点以及持续时间等内容。
根据煤层气井产水量的大小,将煤层气井分为高产水（大于10 m3/d）,中产水井（5～10 m3/d）,低产水井（低于5m3/d）三类,研究中的煤层气井产水量大部分为中低产水类型;不同产水阶段、不同层位产水量不同,15#煤层的产水量明显高于3#煤层,但随排采时间的增加均表现为水量不断减少的特征。
根据《地表水环境质量标准》,研究得出氯化物（氯离子）是煤层气井产出水中的主要超标污染物,在排采初期严重超出该标准的要求,本文基于氯离子随排采时间的变化规律,采用回归分析的方法,利用SPSS软件,建立了氯离子浓度动态变化模型。利用该模型可以合理预测氯离子浓度达到国家Ⅱ类地表水标准所需的时间,进而为煤层气井产出水地面处理技术处理提供基础数据支持。
针对化验得出的产出水中富集碳酸氢根离子,缺少硫酸根、钙、镁离子的这一现象,本文从机理分析得出了其原因。硫酸根离子的减少主要是由于脱硫酸菌参与的脱硫酸根作用和水溶甲烷参与的降硫酸根作用,尽管这两方面作用发生于不同的地质时期,但最终结果都将导致硫酸根离子减少,碳酸氢根离子增加。离子吸附交换和碳酸氢根离子浓度增加是导致钙镁离子降低的主要原因。
