对水质要求较高 全盐量≤2000 ppm，接纳水体有足够的 稀释能力，排放时需连续监测 占地面积大、对地形要求高、存在渗漏 等环保问题 寻找合适的地层较为困难，对目标地层 的构造稳定性、隔水性、空隙结构、渗 透性、容纳能力、回注压力、回注水质 均有要求，条件较为苛刻且且会扰乱自 然状态下的地下水分布，费用较高
后清亮透明，与煤矿抽排水无本质不同。在煤层气勘探开发的钻探、钻完 井储层改造和生产三个阶段，采出水质的影响因素有所不同，具体水质特
点如下：
影响采出水水质因素 钻探 钻完井 储层改造 生产 钻井液（膨润土、氢氧化钠等） 压裂液（稠化剂、交联剂、PH调节剂、杀菌剂、粘土稳 定剂、破乳剂、助排剂、破胶剂、降滤剂等11大类20余 种化学物质） 地层水（钙、镁、钠、氯化物、硫酸盐、 碳酸氢盐等） 超标因子 悬浮物、COD、石油类
15 200 100 6 4 0.5 2 0.5 70 100 30
7.3-20 22-85 10-28 17-52.86 0.21-1.74 0-0.02
六价铬
总铬 阴离子表面活性剂 石油类 氟化物
0.1
0.5
1.5
0.5
1.5 5
0-0.027
0-0.17
8 10 2 10 10
10 10 0-1.14
二、山西某煤层气田采出水现状
6. 保德区块水质分析结论
（3）氯化物超《农田》标准最多，通过连续跟踪分析，采样前期Cl-浓度 值较高，原因可能是前期作业时压裂液等中氯化钾含量较高造成。随后氯离子 浓度值随时间呈现出下降趋势，其原因可能是由于地层水中残留的钻井液、泥 浆、压裂液等诸多污染物随着排采过程而逐渐排除造成的。2012年中国地质大 学和吐哈油田对沁水盆地中联煤枣园区块8口井进行分析也得出类似结论。 另外，该区块全盐量（矿化度）组分中的阳离子以钾离子和钠离子为主 （与晋城煤层气采出水较为类似），且全盐量（矿化度）分布呈现北部高、南 部低的趋势，一方面北部矿化度高说明本地区地下水交替弱，具有深层循环、 封盖良好的承压水特征，有利于煤层气的保存，与该区块目前的产气情况相符。
二、山西某煤层气田采出水现状
6. 保德区块水质分析结论
通过检测结果可以看出，该区块煤层气采出水的总体水质是无毒且 较为纯净的，但水中铁离子、全盐量、氯化物含量较高，结合煤层气排 采特点对水中超标项的成因及变化规律分析如下： （1）目前该区块水质发黄的原因主要是采出水中铁离子超标《煤炭》 标准，刚从井口采出的水中含亚铁离子，亚铁离子遇空气氧化后形成棕 黄、黄褐色的铁的氧化物，并产生棕红色沉淀。但进入露天水池后，由 于铁的氧化物的形成以及外来物的进入会引起超标，铁离子含量较为稳 定，一年的排采周期内其含量变化不大。 （2）全盐量主要是地层水所含的含无机盐分，国外煤层气采出水处 理的核心也是处理全盐量。
全盐量变化趋势图
二、山西某煤层气田采出水现状
氯化物含量变化趋势图
二、山西某煤层气田采出水现状
铁含量变化趋势图
二、山西某煤层气田采出水现状
在一年期的跟踪分析中，可以看出：
（1）全盐量除2口井有随时间下降趋势外，其余10口井变化不 大； （2）采样前期氯离子浓度值较高，随后氯离子浓度值随时间呈现 出下降趋势； （3）铁离子含量较为稳定，一年的排采周期内其含量变化不大。
反渗透
方法
原理
处理效果
运行成本 （美国） 9.1元/m3
应用
用于阿拉斯加等地降低 出水中溶解固体的浓度
含水量下降80%
可以高效的清除 与其它技术联合 把水溶液穿过一个半渗透薄膜来分 使用时，附加成 加利福尼亚州奥兰治县 95 — 99% 的溶解盐， 离水中的溶解固体和其他物质 本为(3-3.8元 21号水厂生产可饮用水 回收率达94% /m3) 氯化处理，氧化水中的病菌、病毒 和还原性物质等
b、多样性：煤层气采出水水质受井下作业措施的影响也大，排采初期 的水质分析报告不能准确表达整个生产期的水质变化情况。 c、含气性：采出水中含有水相气，且含气量与排采设备及排采进程有 直接关系，具有较强的不确定性。 d、含粉性：采出水中含有固相，多为煤粉及其它颗粒物等，其含量和 产出时间受地质及井下作业影响很大，具有不确定性。
一、国内外煤层气采出水处理概况
6. 调研结论
（1）国外：先修建大型水池，集中存储采出水，以自然蒸发为主。当
排采一段时间，获得比较准确的该煤层气田的水量、水质数据后，再根据 排水需求选择合适的处理工艺。目前应用较多的是采用“过滤+脱盐”技
术以达到地表水要求。为了延长使用期限，在建设上采用模块化橇装技术。
4. 矿化度（全盐量）区域分布
根据2012年、2013年该煤层气区块106口 （北部65口，南部41口）取样井全盐量（矿化 度）的水质分析数据，得出以下结论： （1）该区块南部的地层水全盐量（矿化度 ）（主要在800-1500mg/L之间）明显低于北 部（≥2000 mg/L）； （2）该区块地层水水中主要阴阳离子为（ Cl-，HCO3-，Na++K+，Ca2+、Mg2+），按照 苏林分类法，本区的煤层气井产出水主要为 NaHCO3型，这是地下水长期在地层内循环、 水岩长期相互作用和高度浓缩的结果。而南部
悬浮物、COD、石油类 全盐量（矿化度）、氯 化物、悬浮物等
一、国内外煤层气采出水处理概况
2. 煤层气采出水水质
在生产阶段、煤层气采出水全盐量一般偏高，含有较多的钙、镁、钠
、钾、氯离子、碳酸氢盐等，具有较强的导电性。水中全盐量高会加剧土
地盐碱化，使植被、农作物遭受损伤；水中氯化物含量高时，会损害金属 管道和构筑物。不同煤层气田水质差别较大，以下分别是澳大利亚和国内
二、山西某煤层气田采出水现状2. 采出水水质从直观上，该煤层气田采出水从井口刚产出后水质是清澈纯净的，少 数井的采出水底部含有少量黑色煤粉沉淀，而后水质由清变黄，经静置沉 淀后又由黄变清。
二、山西某煤层气田采出水现状
3. 采出水水质分析
为研究该气田采出水水质变化原因以及水质变化规律，2012年，筛选 了该煤层气田六个井组的12口井，开展了为期一年的采出水连续水质分析 研究，水质报告结果如下：
参考标准：《GB 8978-1996 污水综合排放标准》《GB 5084-2005 农田灌溉水质标准》 《GB20426-2006 煤炭工业污染物排放标准》
二、山西某煤层气田采出水现状
可以看出，全盐量、氯化物、铁是主要超标项，针对这三项超标项，
2012年对取样的12口井（图中用12种符号表示，均为2010年后新钻井） 进行了连续跟踪分析，结果如下：
原理 工厂 处理 地面 排放 地面 蒸发
通过一系列的装置和工艺 （沉淀、过滤、反渗透、 电渗析、离子交换等）去 除水中不达标组分 直排附近河流
优点
处理效果最好、 应用最广
缺点
应用实例
美国、加拿大、澳大 利亚煤层气田均有该 类型处理厂 美国亚拉巴马州部分 煤层气田
投资高、工艺复杂、运行管理难度大
最简单、最经济 的处理方式
项目 pH(无量纲) 全盐量 悬浮物 氯化物 氨氮 COD BOD5 总铁 总锰 总铜
农田灌溉水质标 准(旱作) 5.5-8.5 1000 100 350
煤炭工业污染物 排放标准 6-9
污水综合排放标准 (一级) 6-9
该区块采出水水质 7.04-8.35 1228-3456
70
100
8-95 7.25-4598
RO permeate
（反渗透）
membrane filtration
potable water construction irrigation
一、国内外煤层气采出水处理概况
4. 国内煤层气采出水现状
我国煤层气行业尚无既实用又经济的低成本技术及设备，目前采出水以 直排为主，相应的研究主要参考煤矿矿井水处理方法及工艺，通过调研，国
通过水与空气的大面积接 触将水蒸气蒸发到空气中
无排放、投入低、 运行简单，适应 于特别差的水质
地面设施少，装 置简单、占地面 积小，操作维护 相对简单
澳大利亚有大型带防 渗布的地面蒸发水池
地下 回注
通过泵将水增压回注到目 标地层
美国圣胡安盆地、拉 顿盆地、尤盈塔盆地
工厂水处理工艺方案（核心是脱盐）及成本统计表 应用最广泛 降低含有盐或者其他物质水溶液的 （海水淡化） FTE（冻结 -解 凝固点，使其凝固点低于纯水的凝 冻-蒸发） 技术成熟 固点
中石油煤层气有限责任公司 二○一三年十一月
目
录
一、国内外煤层气采出水处理概况 二、山西某煤层气田采出水现状 三、水处理工艺比选及成本分析
四、结论
一、国内外煤层气采出水处理概况
1. 煤层气采出水的含义及特点
煤层气采出水主要是指通过排采设备排出的地下水。煤层气采出水与油
田采出水有很大不同，其不含烃类、苯酚，不含酸，含盐较高。水样澄清
——
离子交换树脂
电容法
1.8-3.6元/m3
SanAntonio City— Water工厂
—— ——
反向电渗析法 蒸馏法 人造湿地
1.13元/m3 ——
0.38-0.76元/m3 具有自然蒸发和生物降 解功能
澳大利亚Spring Gully煤层气田水处理工艺
gathering network pond（池）
内其他煤层气产区采出水水质水量如下：
山西沁水盆地南部潘庄区块单井初期平均产水量10m3/d，甘肃庆阳西峰 矿区（鄂尔多斯盆地陕北单斜西南侧）5口单井初期平均产水量为26m3/d。 山西鄂尔多斯东缘煤层气田保德区块平均产水量21m3/d。 山西沁水盆地某煤层气田生产阶段排水水化学类型主要为NaHCO3型； 矿化度：1100-2200mg/L；CODCr：10-130mg/L；Cl-2000mg/L。 山西省晋城地区煤层气采出水中含有多种无机离子，其中阳离子以K+和 Na+为主（占94 %-95%）；阴离子以HCO3-和Cl-为主（≥90%）。该区煤 层气采出水以弱碱性为主，个别稍显酸性，pH值为6.5-8.5。