一种页岩气开发压裂返排液系统集成化处理回用工艺的制作方法
一种页岩气开发压裂返排液系统集成化处理回用工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及化工生产技术领域，具体涉及一种页岩气开发压裂返排液系统集成化处理回用工艺。
【背景技术】
[0002]页岩气是一种新型能源资源，是油气资源勘探开发新的重要领域。页岩气是指赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附或游离状态为主要存在方式的非常规天然气，成分以甲烷为主，是一种清洁、高效的能源资源。页岩气藏有别于常规天然气，在成藏机理和赋存特征方面有其独特之处，只能在特定条件下被开采出来。
[0003]压裂施工作业是页岩气井增产改造的主要措施，压裂配液用水量大造成压裂后残液返排量大，据统计，每个钻井队每天每口压裂井产生100~200m3的压裂返排液，压裂返排液中含有大量的胍胶、甲醛、石油类及其他各种添加剂，并携带有少量从地层脱落的岩肩和未固定的支撑剂，页岩气压裂返排液的主要污染指标包括压裂返排液中含有的降阻剂、杀菌剂、粘土稳定剂、表面活性助排剂、防垢剂等有机高分子物质。大规模、长时间的压裂施工作业时液体和地层有机质中细菌生长和高压力条件下，有机高分子物质在地层中形成降解、断裂后存在于液体中，液体的密度和粘度发生改变。同时，地层在压裂液的作用下，粘土矿物膨胀、脱落和运移，在压裂液中溶解入大量的钙、镁等金属离子。
[0004]大规模的水力压裂不仅对我国短缺的淡水资源造成压力，同时压裂施工作业后产生的大量返排废液如果不能有效再利用和无污染处置，将对油气井开发区周边环境造成极大的污染隐患和环境保护压力，如果采用外运回注处置的方法将产生较高的运输成本，同时增加地下水污染的风险。
[0005]发达国家10多年前就开展了对含油固废物处理的系统研宄，至今已经形成了较为完善的相关环保法规。目前我国也开始研宄含油固废物的处理，例如，CN103663877A专利申请将压裂返排液废液进行隔油回收得到回收后的废液；将回收后的废液降解得到降解后的废液；降解后的废液絮凝并浮选得到絮凝物；将絮凝物与液体分离得到油气田压裂液配制用液。专利CN101608543以破胶，加絮凝剂、粘泥剥离剂或杀菌剂进行悬浮物沉积、杀菌，过滤回收，再次经过精密过滤器精过滤，在过滤液中加入生物酶制剂等，彻底地解决了压裂返排液的环境污染问题。杜贵君在2012年《油气田环境保护》第4期发表的“油田压裂返排液处理技术实验研宄” 一文中提出了对压裂返排液废液采用絮凝、微波强氧化、活性炭毡处理、纳滤/反渗透集成处理工艺处理后，压裂返排液中的CODCr可以达到GB 8978-1996《污水综合排放标准》一级标准要求。
[0006]但是上述这些处理压裂返排液的工艺普遍存在以下问题:
O需要用特殊的生物药剂，处理工艺复杂，工艺过程不易控制，不适合野外操作，处理费用高。
[0007]2)大量的药剂化处理过程引入新的污染源，可能产生其他污染或存在潜在威胁，增大资源回收利用难度。
[0008]3)处理效率低，不能完全满足井场的无害化处理要求。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是提供一种页岩气开发压裂返排液系统集成化处理回用工艺，实现对页岩施工压裂返排液的低成本、无害化治理。
[0010]本发明的一个实施例提供了一种页岩气开发压裂返排液系统集成化处理回用工艺，包括以下步骤:
对压裂返排液进行电磁分离处理；
对经过电磁分离处理的压裂返排液进行深度脱油、除硬和固液分离处理，得到回用水及含水污泥絮体；
将含水污泥絮体进行脱水处理。
[0011]优选地，对压裂返排液进行电磁分离处理的步骤包括:
将压裂返排液泵入反应器中，调节电流为0~200A，电压为0~500V，电磁处理时间为25?60 min ；
调节电磁处理后的压裂返排液的pH值为6~9 ;
将调节PH值的压裂返排液溢流到曝气室中，将部分低价金属离子氧化，曝气时间为5?10 min0
[0012]优选地，对经过电磁分离处理的压裂返排液进行深度脱油、除硬和固液分离处理，得到回用水及含水污泥絮体的步骤包括:将经过曝气处理的裂返排液加入到碳管膜装置中进行深度脱油、除硬和固液分离处理。
[0013]优选地，工艺还包括将脱水后的污泥絮体进行无害化处理的步骤。
[0014]本发明提供的页岩气开发压裂返排液处理回用工艺，具有如下有益效果:
1、使用本工艺的系统集成化程度高、结构紧凑、布局合理，设备均安装于集装箱内，便于在各井场移动处理。
[0015]2、工艺步骤简单、可控性好，无需添加处理药剂，也不需要复杂的化学处理过程；电磁分离系统产生的氢氧化物比药剂法的活性高，凝聚吸附能力强，处理效果好。
[0016]3、该工艺固液分离过程将除硬、除油和固液分离处理等工艺段进行整合在一个装置内，提高了处理效率，节约了设备占地空间和能耗。
[0017]因此，该套页岩气开发钻井压裂返排液回收处理工艺不仅能够达到页岩气专标委拟发布的《页岩气藏压裂返排液回收和处理方法》回用水质标准要求，实现压裂返排液回收利用；而且整个系统高度集成，是环保型处理工艺。另外，该处理工艺适于在各场地施行，具有广阔的应用空间。
【具体实施方式】
[0018]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。
[0019]在本发明的一个实施例中，页岩气开发压裂返排液回收工艺可以包括以下步骤:
1.对压裂返排液进行电磁分离处理；
即利用电化学原理，借助外加高电压作用产生电化学反应，把电能转化为化学能，在反应槽中，对压裂返排液废水中的有机或无机污染物质进行一体化氧化及还原反应，进而凝聚、浮除，将污染物从水体中分离，可以有效地去除废水中的Cr6+、Zn2+、Ni2+、Cu2+、Cd2+等重金属，CN、油脂、磷酸盐以及COD、SS与色度等各种有害污染物。电磁分离处理可去除废水中95%以上悬浮物、90%以上重金属、60%以上C0D、60%以上乳化油，95%以上的细菌类。
[0020]在本发明的一个实施例中，对压裂返排液进行电磁分离处理的步骤还可以包括以下步骤:
将压裂返排液泵入反应器中，调节电流为0~200A，电压为0~500V，电磁处理时间为25?60 min ；
调节电磁处理后的压裂返排液的pH值为6~9 ;
在本发明的一个实施例中，可以采用管道加药器加入极少量的碱性无机试剂，无机试剂的加入不能影响后续回用水配置压裂返排液，碱性试剂可以为NaOH、CaO、Ca (OH)2^NaCO3.NaHCO3中的一种。
[0021]将调节pH值的压裂返排液溢流到曝气室中，将部分低价金属离子氧化，用于废液中充分流动和氧化，使低价金属离子和有机物氧化析出，曝气时间可以为5~10 min。
[0022]在本发明的具体实施过程中，可以根据不同的水质情况，适当调整以上工艺参数。
[0023]2.对经过电磁分离处理的压裂返排液进行深度脱油、除硬和固液分离处理，得到回用水及含水污泥絮体；得到的回用水的含油率〈5 mg/L，可以直接作为配置压裂液的回用水。
[0024]在本发明的一个实施例中，对压裂返排液进行深度脱油、除硬和固液分离处理的装置可以是由多只串联的碳管膜组成，压裂返排液废液直接进入碳管膜装置。由于特殊的亲水疏油性能，碳管膜能够同步进行脱油和去悬浮物处理。通过调节碳管膜的压力和流量可以同时去除油分和固体，因此，固液分离处理时不需要添加任何絮凝剂和辅助设备。
[0025]在本发明的一个实施例中，碳管膜所用压力为0.3~1 MPa，反洗压力为0.6~1.5MPa，反洗时间为5~10 min。
[0026]在本发明的一个实施例中，回用水直接进入产水罐；固液分离产生的浓水进入脱水系统，浓水的含水率>90%，碳管膜系统的回收率为85~95%。
[0027]3.将含水污泥絮体进行脱水处理。
[0028]在本发明的一个实施例中，将含水污泥絮体进行脱水处理包含两个步骤，第一步使含水污泥絮体通过单带重力污泥浓缩区，第二步含水污泥絮体通过双带压滤污泥脱水区，固体颗粒的捕捉率可以达到80~95%。在对钻井废液和压裂返排废液的污泥进行脱水时，脱水后的污泥固含量可以达到30~40%干重。
[0029]在本发明的一个实施例中，脱水后的污泥按照《四川油气田钻井废弃物无害化处置技术规范》(Q/SY XN 0276-2007)相关要求，进行无害化填埋处理。填埋体的强度和浸出液都满足《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》(GB18599-2001)、《四川油气田钻井废弃物无害化处置技术规范》(Q/SY XN 0276-2007)、《污水综合排放标准》(GB8978-1996) 一级标准的相关规定。
[0030]虽然以上述较佳的实施例对本发明做出了详细的描述，但并非用上述实施例限定本发明。本领域的技术人员应当意识到在不脱离本发明技术方案所给出的技术特征和范围的情况下，对技术特征所作的增加、以本领域一些同样内容的替换，均应属本发明的保护范 y
ο frri
【主权项】
1.一种页岩气开发压裂返排液系统集成化处理回用工艺，其特征是，包括: 对所述压裂返排液进行电磁分离处理； 对所述经过电磁分离处理的压裂返排液进行深度脱油、除硬和固液分离处理，得到回用水及含水污泥絮体； 将所述含水污泥絮体进行脱水处理。2.根据权利要求1所述的工艺，其特征是，所述电磁分离处理的步骤包括: 将压裂返排液泵入反应器中，调节电流为0~200A，电压为0~500V，电磁处理时间为25?60 min ； 调节所述电磁处理后的压裂返排液的PH值为6~9 ; 将所述调节PH值的压裂返排液溢流到曝气室中，将部分低价金属离子氧化，曝气时间为 5~10 min。3.根据权利要求2所述的工艺，其特征是，所述对经过电磁分离处理的压裂返排液进行深度脱油、除硬和固液分离处理，得到回用水及含水污泥絮体的步骤包括: 将所述经过曝气处理的裂返排液加入到碳管膜装置中进行深度脱油、除硬和固液分离处理。4.根据权利要求1所述的工艺，其特征是，还包括: 将所述脱水后的污泥絮体进行无害化处理。
【专利摘要】本发明公开了一种页岩气开发压裂返排液系统集成化处理回用工艺，包括以下步骤：对压裂返排液进行电磁分离处理；对经过电磁分离处理的压裂返排液进行深度脱油、除硬和固液分离处理，得到回用水及含水污泥絮体；将含水污泥絮体进行脱水处理。用本发明的工艺处理压裂返排液时工艺步骤简单、可控性好，无需添加处理药剂，也不需要复杂的化学处理过程；电磁分离系统产生的氢氧化物比药剂法的活性高，凝聚吸附能力强，处理效果好。使用本工艺的系统集成化程度高、结构紧凑、布局合理，设备均安装于集装箱内，便于在各井场移动处理。
【IPC分类】C02F11/12, C02F9/06
【公开号】CN104891720
【申请号】CN201510238635
【发明人】喻科, 王用
【申请人】成都恩承油气有限公司, 四川蓉瑞华宝科技有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月12日
【技术领域】
[0001]本发明涉及化工生产技术领域，具体涉及一种页岩气开发压裂返排液系统集成化处理回用工艺。
【背景技术】
[0002]页岩气是一种新型能源资源，是油气资源勘探开发新的重要领域。页岩气是指赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附或游离状态为主要存在方式的非常规天然气，成分以甲烷为主，是一种清洁、高效的能源资源。页岩气藏有别于常规天然气，在成藏机理和赋存特征方面有其独特之处，只能在特定条件下被开采出来。
[0003]压裂施工作业是页岩气井增产改造的主要措施，压裂配液用水量大造成压裂后残液返排量大，据统计，每个钻井队每天每口压裂井产生100~200m3的压裂返排液，压裂返排液中含有大量的胍胶、甲醛、石油类及其他各种添加剂，并携带有少量从地层脱落的岩肩和未固定的支撑剂，页岩气压裂返排液的主要污染指标包括压裂返排液中含有的降阻剂、杀菌剂、粘土稳定剂、表面活性助排剂、防垢剂等有机高分子物质。大规模、长时间的压裂施工作业时液体和地层有机质中细菌生长和高压力条件下，有机高分子物质在地层中形成降解、断裂后存在于液体中，液体的密度和粘度发生改变。同时，地层在压裂液的作用下，粘土矿物膨胀、脱落和运移，在压裂液中溶解入大量的钙、镁等金属离子。
[0004]大规模的水力压裂不仅对我国短缺的淡水资源造成压力，同时压裂施工作业后产生的大量返排废液如果不能有效再利用和无污染处置，将对油气井开发区周边环境造成极大的污染隐患和环境保护压力，如果采用外运回注处置的方法将产生较高的运输成本，同时增加地下水污染的风险。
[0005]发达国家10多年前就开展了对含油固废物处理的系统研宄，至今已经形成了较为完善的相关环保法规。目前我国也开始研宄含油固废物的处理，例如，CN103663877A专利申请将压裂返排液废液进行隔油回收得到回收后的废液；将回收后的废液降解得到降解后的废液；降解后的废液絮凝并浮选得到絮凝物；将絮凝物与液体分离得到油气田压裂液配制用液。专利CN101608543以破胶，加絮凝剂、粘泥剥离剂或杀菌剂进行悬浮物沉积、杀菌，过滤回收，再次经过精密过滤器精过滤，在过滤液中加入生物酶制剂等，彻底地解决了压裂返排液的环境污染问题。杜贵君在2012年《油气田环境保护》第4期发表的“油田压裂返排液处理技术实验研宄” 一文中提出了对压裂返排液废液采用絮凝、微波强氧化、活性炭毡处理、纳滤/反渗透集成处理工艺处理后，压裂返排液中的CODCr可以达到GB 8978-1996《污水综合排放标准》一级标准要求。
[0006]但是上述这些处理压裂返排液的工艺普遍存在以下问题:
O需要用特殊的生物药剂，处理工艺复杂，工艺过程不易控制，不适合野外操作，处理费用高。
[0007]2)大量的药剂化处理过程引入新的污染源，可能产生其他污染或存在潜在威胁，增大资源回收利用难度。
[0008]3)处理效率低，不能完全满足井场的无害化处理要求。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是提供一种页岩气开发压裂返排液系统集成化处理回用工艺，实现对页岩施工压裂返排液的低成本、无害化治理。
[0010]本发明的一个实施例提供了一种页岩气开发压裂返排液系统集成化处理回用工艺，包括以下步骤:
对压裂返排液进行电磁分离处理；
对经过电磁分离处理的压裂返排液进行深度脱油、除硬和固液分离处理，得到回用水及含水污泥絮体；
将含水污泥絮体进行脱水处理。
[0011]优选地，对压裂返排液进行电磁分离处理的步骤包括:
将压裂返排液泵入反应器中，调节电流为0~200A，电压为0~500V，电磁处理时间为25?60 min ；
调节电磁处理后的压裂返排液的pH值为6~9 ;
将调节PH值的压裂返排液溢流到曝气室中，将部分低价金属离子氧化，曝气时间为5?10 min0
[0012]优选地，对经过电磁分离处理的压裂返排液进行深度脱油、除硬和固液分离处理，得到回用水及含水污泥絮体的步骤包括:将经过曝气处理的裂返排液加入到碳管膜装置中进行深度脱油、除硬和固液分离处理。
[0013]优选地，工艺还包括将脱水后的污泥絮体进行无害化处理的步骤。
[0014]本发明提供的页岩气开发压裂返排液处理回用工艺，具有如下有益效果:
1、使用本工艺的系统集成化程度高、结构紧凑、布局合理，设备均安装于集装箱内，便于在各井场移动处理。
[0015]2、工艺步骤简单、可控性好，无需添加处理药剂，也不需要复杂的化学处理过程；电磁分离系统产生的氢氧化物比药剂法的活性高，凝聚吸附能力强，处理效果好。
[0016]3、该工艺固液分离过程将除硬、除油和固液分离处理等工艺段进行整合在一个装置内，提高了处理效率，节约了设备占地空间和能耗。
[0017]因此，该套页岩气开发钻井压裂返排液回收处理工艺不仅能够达到页岩气专标委拟发布的《页岩气藏压裂返排液回收和处理方法》回用水质标准要求，实现压裂返排液回收利用；而且整个系统高度集成，是环保型处理工艺。另外，该处理工艺适于在各场地施行，具有广阔的应用空间。
【具体实施方式】
[0018]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。
[0019]在本发明的一个实施例中，页岩气开发压裂返排液回收工艺可以包括以下步骤:
1.对压裂返排液进行电磁分离处理；
即利用电化学原理，借助外加高电压作用产生电化学反应，把电能转化为化学能，在反应槽中，对压裂返排液废水中的有机或无机污染物质进行一体化氧化及还原反应，进而凝聚、浮除，将污染物从水体中分离，可以有效地去除废水中的Cr6+、Zn2+、Ni2+、Cu2+、Cd2+等重金属，CN、油脂、磷酸盐以及COD、SS与色度等各种有害污染物。电磁分离处理可去除废水中95%以上悬浮物、90%以上重金属、60%以上C0D、60%以上乳化油，95%以上的细菌类。
[0020]在本发明的一个实施例中，对压裂返排液进行电磁分离处理的步骤还可以包括以下步骤:
将压裂返排液泵入反应器中，调节电流为0~200A，电压为0~500V，电磁处理时间为25?60 min ；
调节电磁处理后的压裂返排液的pH值为6~9 ;
在本发明的一个实施例中，可以采用管道加药器加入极少量的碱性无机试剂，无机试剂的加入不能影响后续回用水配置压裂返排液，碱性试剂可以为NaOH、CaO、Ca (OH)2^NaCO3.NaHCO3中的一种。
[0021]将调节pH值的压裂返排液溢流到曝气室中，将部分低价金属离子氧化，用于废液中充分流动和氧化，使低价金属离子和有机物氧化析出，曝气时间可以为5~10 min。
[0022]在本发明的具体实施过程中，可以根据不同的水质情况，适当调整以上工艺参数。
[0023]2.对经过电磁分离处理的压裂返排液进行深度脱油、除硬和固液分离处理，得到回用水及含水污泥絮体；得到的回用水的含油率〈5 mg/L，可以直接作为配置压裂液的回用水。
[0024]在本发明的一个实施例中，对压裂返排液进行深度脱油、除硬和固液分离处理的装置可以是由多只串联的碳管膜组成，压裂返排液废液直接进入碳管膜装置。由于特殊的亲水疏油性能，碳管膜能够同步进行脱油和去悬浮物处理。通过调节碳管膜的压力和流量可以同时去除油分和固体，因此，固液分离处理时不需要添加任何絮凝剂和辅助设备。
[0025]在本发明的一个实施例中，碳管膜所用压力为0.3~1 MPa，反洗压力为0.6~1.5MPa，反洗时间为5~10 min。
[0026]在本发明的一个实施例中，回用水直接进入产水罐；固液分离产生的浓水进入脱水系统，浓水的含水率>90%，碳管膜系统的回收率为85~95%。
[0027]3.将含水污泥絮体进行脱水处理。
[0028]在本发明的一个实施例中，将含水污泥絮体进行脱水处理包含两个步骤，第一步使含水污泥絮体通过单带重力污泥浓缩区，第二步含水污泥絮体通过双带压滤污泥脱水区，固体颗粒的捕捉率可以达到80~95%。在对钻井废液和压裂返排废液的污泥进行脱水时，脱水后的污泥固含量可以达到30~40%干重。
[0029]在本发明的一个实施例中，脱水后的污泥按照《四川油气田钻井废弃物无害化处置技术规范》(Q/SY XN 0276-2007)相关要求，进行无害化填埋处理。填埋体的强度和浸出液都满足《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》(GB18599-2001)、《四川油气田钻井废弃物无害化处置技术规范》(Q/SY XN 0276-2007)、《污水综合排放标准》(GB8978-1996) 一级标准的相关规定。
[0030]虽然以上述较佳的实施例对本发明做出了详细的描述，但并非用上述实施例限定本发明。本领域的技术人员应当意识到在不脱离本发明技术方案所给出的技术特征和范围的情况下，对技术特征所作的增加、以本领域一些同样内容的替换，均应属本发明的保护范 y
ο frri
【主权项】
1.一种页岩气开发压裂返排液系统集成化处理回用工艺，其特征是，包括: 对所述压裂返排液进行电磁分离处理； 对所述经过电磁分离处理的压裂返排液进行深度脱油、除硬和固液分离处理，得到回用水及含水污泥絮体； 将所述含水污泥絮体进行脱水处理。2.根据权利要求1所述的工艺，其特征是，所述电磁分离处理的步骤包括: 将压裂返排液泵入反应器中，调节电流为0~200A，电压为0~500V，电磁处理时间为25?60 min ； 调节所述电磁处理后的压裂返排液的PH值为6~9 ; 将所述调节PH值的压裂返排液溢流到曝气室中，将部分低价金属离子氧化，曝气时间为 5~10 min。3.根据权利要求2所述的工艺，其特征是，所述对经过电磁分离处理的压裂返排液进行深度脱油、除硬和固液分离处理，得到回用水及含水污泥絮体的步骤包括: 将所述经过曝气处理的裂返排液加入到碳管膜装置中进行深度脱油、除硬和固液分离处理。4.根据权利要求1所述的工艺，其特征是，还包括: 将所述脱水后的污泥絮体进行无害化处理。
【专利摘要】本发明公开了一种页岩气开发压裂返排液系统集成化处理回用工艺，包括以下步骤：对压裂返排液进行电磁分离处理；对经过电磁分离处理的压裂返排液进行深度脱油、除硬和固液分离处理，得到回用水及含水污泥絮体；将含水污泥絮体进行脱水处理。用本发明的工艺处理压裂返排液时工艺步骤简单、可控性好，无需添加处理药剂，也不需要复杂的化学处理过程；电磁分离系统产生的氢氧化物比药剂法的活性高，凝聚吸附能力强，处理效果好。使用本工艺的系统集成化程度高、结构紧凑、布局合理，设备均安装于集装箱内，便于在各井场移动处理。
【IPC分类】C02F11/12, C02F9/06
【公开号】CN104891720
【申请号】CN201510238635
【发明人】喻科, 王用
【申请人】成都恩承油气有限公司, 四川蓉瑞华宝科技有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月12日
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