CN102520133B - 压裂返排液资源化分析处理系统及应用该系统的评价方法 - Google Patents

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本发明属于压裂技术领域，具体涉及的是一种压裂返排液资源化评价方法及分析处理系统，解决了现有技术对压裂返排液的分析不够全面合理，没有能够快速准确的对压裂返排液进行资源化分析处理的系统等不足，提供一种压裂返排液资源化分析处理系统，它包括控制系统，采样系统，分析系统；所述采样系统和分析系统通过电信号和数据信号分别与控制系统连接，采样系统通过管道与分析系统连接。本系统实现压裂返排液自动的资源化分析处理系统，通过各系统和模块的配合，高效准确的进行数据的分析处理，为压裂返排液资源化重复利用提供可靠保障。

Description

压裂返排液资源化分析处理系统及应用该系统的评价方法
技术领域
本发明属于压裂技术领域，具体涉及的是压裂返排液资源化分析处理系统及应用该系统的评价方法。
背景技术
石油能源的开发过程中，压裂是油气藏改造增产的重要手段之一，在油气田的开采作业中占据着越来越重要的地位。在压裂施工作业结束后，部分压裂液将从地层中返排回地面，成为压裂返排液，通常情况下，压裂返排液的量大约占压裂液40～60％。压裂返排液成分复杂直接外排对环境污染严重，不能直接外排。目前返排液的处理方法主要是处理后以达到外排或回注标准，造成了水资源的浪费，在水资源稀缺的西部地区，水资源的再次利用为压裂液的配制提供了物质保障。然而目前尚缺乏对返排液处理后进行重复利用的工艺设备，因此建立能够实现系统的，科学的评价方法的设备，对返排液处理工艺的制定有重要的指导意义。
目前现有技术中评价压裂液质量主要是考察植物胶产品的性能指标，而忽略了其它指标对压裂液资源化重复利用的影响，造成压裂液不能正常施工从而造成巨大的经济损失，如SY/T 5764-2007《压裂用植物胶通用技术要求》评价压裂液质量主要是考察植物胶产品的性能指标，而忽略了配液用水对压裂液质量的影响，造成重新配制的压裂液虽然满足了胶产品的性能指标，但因为其它的指标不符合生产的需要，而造成压裂效果差的情况。
经过大量实验，申请人科研组发现，压裂返排液经处理后能否回用配液取决于水中各有机成分，无机成分以及微生物的影响，因此本方法主要针对以上因素对配液用水进行评价。现有技术中还没有针对压裂液用水进行全面分析评价的方法，也没有一种设备能够准确的快速的对压裂返排液进行分析和给出处理方案。
发明内容
为了克服现有技术对压裂返排液的分析不够全面合理，没有能够快速准确的对压裂返排液进行资源化分析处理的系统等不足，本发明的目的在于：提供一种压裂返排液资源化分析处理系统及应用该系统的评价方法。
本发明解决其技术问题所采用的一个技术方案如下：
一种压裂返排液资源化分析处理系统，它包括控制系统，采样系统，分析系统；所述采样系统和分析系统通过电信号和数据信号分别与控制系统连接，采样系统通过管道与分析系统连接。
所述控制系统包括主处理模块，数据采集及分析模块，临界值制定模块，返排液处理方案模块；数据采集及分析模块，临界值制定模块，返排液处理方案模块通过数据信号与主处理模块相连接。
所述电信号和数据信号的传输是通过电线和数据线实现的，也可以通过现有技术的蓝牙设备，无线传输设备进行传输。
数据采集及分析模块提取分析系统分析的数据，将所得数据进行归纳整理和分析；临界值制定模块可根据工作地和工作情况进行分析运算，选择合适的临界值；数据采集及分析模块进行处理的数据与临界值制定模块设定的临界值发送给主处理模块，通过主处理模块进行比对印证后，进行筛选和运算，通过返排液处理方案模块选择最适宜处理方案。
所述分析系统包括化学耗氧量检测装置，金属离子浓度检测装置，无机酸根离子浓度检测装置，浊度检测装置，pH值检测装置，菌落总数检测装置中的任意一种或多种；各装置平行设置，分别通过管路与采样系统连接，并通过数据信号与控制系统的数据采集及分析模块连接。
所述控制系统还包括实时控制模块，实时控制模块通过数据信号与主处理模块相连接，通过主处理模块发出数据信号，与控制采样系统连接，通过主处理模块发出数据信号，控制采样系统进行自动采样。
还包括动力系统，所述动力系统通过电线与控制系统连接，所述动力系统为蓄电池组，方便整个压裂返排液资源化分析处理系统在野外进行工作。
本发明解决其技术问题所采用的另一个技术方案如下：
一种压裂返排液资源化评价方法，包括下述步骤：
1)采集返排液水样品，2)分析返排液中各作用物质含量，3)将各作用物质含量分别进行检测，并根据各油田对冻胶的不同需求制定各项因素的临界值，4)根据制定的临界值制定返排液水处理方案，5)对处理后水的各项指标进行检测，各项指标均合格方可进行配液使用，否则针对不合格项进行水处理工艺调整。
所述将各作用物质含量分别进行检测包括对化学耗氧量检测，金属离子浓 度检测，无机酸根离子浓度检测，浊度检测，pH值检测，菌落总数检测中的任意一种或多种，优选全部进行检测。
所述步骤2)中分析返排液中各作用物质含量，采用重铬酸钾标准法测定化学需氧量，采用电感耦合等离子原子吸收方法测定金属离子浓度，采用离子色谱法测定无机酸根离子浓度，采用分光光度法测定浊度，采用玻璃电极法测定pH，以上具体方法参见《水和废水检测分析方法(第四版)》(北京：中国环境科学出版社，2002)；根据《食品微生物学检验菌落总数测定》标准测定菌落总数。
所述步骤3)根据返排液中各无机金属离子含量有针对性地配制一系列浓度各金属离子所对应的氯化物水溶液，以及无机酸根离子对应的钾盐水溶液，以上试剂均为分析纯，并用以上各浓度水溶液进行压裂液性能评价，具体方法参见《水基压裂液性能评价方法》SY/T5107-1995，并根据各油田对冻胶的不同需求制定各项因素的临界值。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1. 该评价方法涉及到水质各项指标对压裂液的配制、存放、交联、破胶、返排等过程的影响。按照指定浓度配制压裂液，考察离子浓度，菌落总数，COD等对粘度释放速度，粘度，交联，破胶等指标的影响。压裂液的质量与瓜尔胶及其衍生物有关，与此同时配制胶液的水质的对压裂液的质量也有至关重要的影响。当水质不能满足配液要求时，所配制的压裂液不能正常施工会造成巨大的经济损失。返排液中含有大量的无机离子与有机物，浊度与菌落总数相当高，不能直接用于配液，主要体现在胶液粘度不能得到完全的释放，粘度不能长时间保持，加入交联剂后不能形成冻胶，或由于悬浮物含量较高如直接用于配液会对地层造成极大的伤害。水质的评价方法主要针对的指标包括无机离子含量，pH，有机物含量，浊度，菌落总数等。
2.本系统实现压裂返排液自动的资源化分析处理系统，通过各系统和模块的配合，高效准确的进行数据的分析处理，为压裂返排液资源化重复利用提供可靠保障。
3.现有技术评价压裂液质量主要是考察植物胶产品的性能指标，而忽略了配液用水对压裂液质量的影响，压裂返排液经处理后能否回用配液取决于水中各有机成分，无机成分以及微生物的影响，采用本系统可以全面的对压裂液质量进行检测和评价分析，涉及到水质各项指标对压裂液的配制、存放、交联、破胶、返排等过程的影响。按照指定浓度配制压裂液，考察各离子浓度，菌落总数，COD等对粘度释放速度，粘度，交联，破胶等指标的影响，更加准确全面的进行分析，使得经过分析处理后的压裂液可以得到很好的重复利用和处理，更有利于资源的利用和环境的保护。
附图说明
图1是本发明实施例2的结构示意图；
图2是本发明实施例3的结构示意图；
图3是本发明实施例4的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，但不作为对本发明的限定。
实施例1：
步骤一、采集返排液水样品；
步骤二、对返排液水样品进行以下测试：采用重铬酸钾标准法测定化学需氧量，采用电感耦合等离子原子吸收方法测定金属离子浓度，采用离子色谱法测定无机酸根离子浓度，采用分光光度法测定浊度，采用玻璃电极法测定pH，以上具体方法参见《水和废水检测分析方法（第四版）》（北京：中国环境科学出版社，2002）；根据《食品微生物学检验菌落总数测定》标准测定菌落总数。
步骤三、将各作用物质含量分别进行检测并根据各油田对冻胶的不同需求制定各项因素的临界值；具体地说：根据返排液中各无机离子含量有针对性地配制一系列浓度各金属离子所对应的氯化物水溶液，以及无机酸根离子对应的钾盐水溶液，以上试剂均为分析纯，并用以上水溶液进行压裂液性能评价，具体方法参见《水基压裂液性能评价方法》SY/T5107-1995。根据现场施工要求确定各离子允许的最大含量，以下是按照某油田所需压裂液冻胶性能指标：剪切速率，170/s；温度，65℃；剪切5400s；粘度大于60mPa.s；所筛选出的各项指标允许含量的最大值。
常规指标： 
浊度：浊度需控制在5以下，浊度过高表明水中的悬浮物含量过高，而这些悬浮物在再次配液时会使压裂液的水不溶物含量增高，对地层伤害增大。
固体悬浮物: 固体悬浮物<10mg/l。
pH：pH 需控制在6.5-7.5。 pH过低，在酸性条件下，植物胶降解较快，会使胶液粘度不能达到配液指标；pH过高，在碱性条件下，植物胶溶解速度减慢，严重情况下不能完全溶解，影响胶液的使用。
有机物指标： 
COD：COD需控制在800mg/l以下，COD过高时水质较差容易变质，为减少处理成本，COD值不需要符合外排水的要求，当其在800mg/l以下时对配液不造成影响。
离子指标： 
金属离子：Ca2+<200mg/l，Mg2+<20mg/l，Fe2+<0.15mg/l，Al3+<5mg/l， Fe3+<5mg/l。
当金属以上离子含量过量时配制的压裂液所形成的冻胶抗温性，抗剪切性不能达到压裂施工要求。
非金属离子：PO4 3-<5mg/l，PO4 3-是一种离子捕获剂，当其含量过高时会影响冻胶的形成。
生物指标： 
菌落总数：菌落总数<100个/g，当水中菌落总数过高时，胶液不能长时间保存，不能正常使用。
    步骤四、根据步骤三中对各项指标的要求，有针对性的制定水处理方案；
步骤五、对处理后的水进行监测，各项指标均合格方可进行配液使用，否则针对不合格项进行水处理工艺调整，水处理工艺调整是成熟的现有技术，在此不做赘述。
实施例2：
参照图1所示：一种压裂返排液资源化分析处理系统，它包括控制系统1，采样系统2，分析系统3；所述采样系统2和分析系统3通过电信号和数据信号分别与控制系统1连接，采样系统通过管道4与分析系统连接。
所述控制系统包括主处理模块5，数据采集及分析模块6，临界值制定模块7，返排液处理方案模块8；数据采集及分析模块6，临界值制定模块7，返排液处理方案模块8通过数据信号与主处理模块5相连接。
数据采集及分析模块6提取分析系统3分析的数据，将所得数据进行归纳整理和分析；临界值制定模块7可根据工作地和工作情况进行分析运算，选择合适的临界值；数据采集及分析模块6进行处理的数据与临界值制定模块7设定的临界值发送给主处理模块5，通过主处理模块5进行比对印证后，进行筛选和运算，通过返排液处理方案模块8选择最适宜处理方案。
所述分析系统3包括化学耗氧量检测装置9，金属离子浓度检测装置10，无机酸根离子浓度检测装置11，浊度检测装置12，pH值检测装置13，菌落总数检测装置14；各装置平行设置，分别通过管路4与采样系统2连接，并通过数据信号与控制系统1的数据采集及分析模块6连接。
实施例3：
参照图2所示：所述控制系统还可以包括实时控制模块15，实时控制模块通过数据信号与主处理模块5相连接，通过主处理模块5发出数据信号，控制采样系统2进行自动采样。其余同实施例1。
实施例4：
参照图3所示：还包括动力系统16，所述动力系统16为蓄电池组，通过电线同控制系统1连接，方便整个压裂返排液资源化分析处理系统在野外进行工作，其余同实施例1。
实施例5：
如实施例1所述的设备，进行工作：
步骤一：开始工作时控制系统1发布命令，控制采样系统2，进行采样。
步骤二：所采样品通过管道进入控制分析系统3进行分析，所述分析系统3包括化学耗氧量检测装置9，金属离子浓度检测装置10，无机酸根离子浓度检测装置11，浊度检测装置12，pH值检测装置13，菌落总数检测装置14；各装置平行设置，分别通过管路4与采样系统2连接，并通过数据信号与控制系统1的数据采集及分析模块6连接；控制分析系统3采用重铬酸钾标准法测定化学需氧量，采用电感耦合等离子原子吸收方法测定金属离子浓度，采用离子色谱法测定无机酸根离子浓度，采用分光光度法测定浊度，采用玻璃电极法测定pH，以上具体方法参见《水和废水检测分析方法（第四版）》（北京：中国环境科学出版社，2002）；根据《食品微生物学检验菌落总数测定》标准测定菌落总数。
所述控制系统包括主处理模块5，数据采集及分析模块6，临界值制定模块7，返排液处理方案模块8；数据采集及分析模块6提取分析系统3分析的数据，将所得数据进行归纳整理和分析；
步骤三：临界值制定模块7可根据工作地和工作情况进行分析运算，选择合适的临界值；将各作用物质含量分别进行检测并根据各油田对冻胶的不同需求制定各项因素的临界值；具体地说：根据返排液中各无机离子含量有针对性地配制一系列浓度各金属离子所对应的氯化物水溶液，以及无机酸根离子对应的钾盐水溶液，以上试剂均为分析纯，并用以上水溶液进行压裂液性能评价，具体方法参见《水基压裂液性能评价方法》SY/T5107-1995。根据现场施工要求确定各离子允许的最大含量，以下是按照某油田所需压裂液冻胶性能指标：剪切速率，170/s；温度，65℃；剪切5400s；粘度大于60mPa.s；所筛选出的各项指标允许含量的最大值。
常规指标： 
浊度：浊度需控制在5以下，浊度过高表明水中的悬浮物含量过高，而这些悬浮物在再次配液时会使压裂液的水不溶物含量增高，对地层伤害增大。
固体悬浮物: 固体悬浮物<10mg/l。
pH：pH 需控制在6.5-7.5。 pH过低，在酸性条件下，植物胶降解较快，会使胶液粘度不能达到配液指标；pH过高，在碱性条件下，植物胶溶解速度减慢，严重情况下不能完全溶解，影响胶液的使用。
有机物指标： 
COD：COD需控制在800mg/l以下，COD过高时水质较差容易变质，为减少处理成本，COD值不需要符合外排水的要求，当其在800mg/l以下时对配液不造成影响。
离子指标： 
金属离子：Ca2+<200mg/l，Mg2+<20mg/l，Fe2+<0.15mg/l，Al3+<5mg/l， Fe3+<5mg/l。
当金属以上离子含量过量时配制的压裂液所形成的冻胶抗温性，抗剪切性不能达到压裂施工要求。
非金属离子：PO4 3-<5mg/l，PO4 3-是一种离子捕获剂，当其含量过高时会影响冻胶的形成。
生物指标： 
菌落总数：菌落总数<100个/g，当水中菌落总数过高时，胶液不能长时间保存，不能正常使用。
步骤四：根据步骤三中对各项指标的要求，数据采集及分析模块6进行处理的数据与临界值制定模块7设定的临界值发送给主处理模块5，通过主处理模块5进行比对印证后，进行筛选和运算，通过返排液处理方案模块8选择最适宜处理方案，有针对性的制定水处理方案。
步骤五：对处理后的水进行监测，各项指标均合格方可进行配液使用，否则针对不合格项进行水处理工艺调整，水处理工艺调整是成熟的现有技术，在此不做赘述。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种压裂返排液资源化分析处理系统，其特征在于：它包括控制系统，采样系统，分析系统；所述采样系统和分析系统通过电信号和数据信号分别与控制系统连接，采样系统通过管道与分析系统连接。
2.根据权利要求1所述的压裂返排液资源化分析处理系统，其特征在于：所述控制系统包括主处理模块，数据采集分析模块，临界值制定模块，返排液处理方案模块；数据采集分析模块，临界值制定模块，返排液处理方案模块通过数据信号与主处理模块相连接。
3.根据权利要求2所述的压裂返排液资源化分析处理系统，其特征在于：所述分析系统包括化学耗氧量检测装置，金属离子浓度检测装置，无机酸根离子浓度检测装置，浊度检测装置，pH值检测装置，菌落总数检测装置中的任意一种或多种；各装置分别通过管路与采样系统连接，并通过数据信号与控制系统的数据采集分析模块连接。
4.根据权利要求3所述的压裂返排液资源化分析处理系统，其特征在于：所述分析系统包括化学耗氧量检测装置，金属离子浓度检测装置，无机酸根离子浓度检测装置，浊度检测装置，pH值检测装置，菌落总数检测装置，各装置平行设置。
5.根据权利要求2所述的压裂返排液资源化分析处理系统，其特征在于：所述控制系统还包括实时控制模块，实时控制模块通过数据信号与主处理模块相连接，通过主处理模块发出数据信号，与控制系统和采样系统连接。
6.根据权利要求1所述的压裂返排液资源化分析处理系统，其特征在于：还包括动力系统，所述动力系统与控制系统连接。
7.应用于如权利要求1所述系统的压裂返排液资源化评价方法，其特征在于：包括下述步骤：1)采集返排液水样品，2)分析返排液中各作用物质含量，3)将各作用物质含量分别进行检测，并根据各油田对冻胶的不同需求制定各项因素的临界值，4)根据制定的临界值制定返排液水处理方案，5)对处理后水的各项指标进行检测，各项指标均合格方可进行配液使用，否则针对不合格项进行水处理工艺调整；
所述将各作用物质含量分别进行检测包括对化学耗氧量检测，金属离子浓度检测，无机酸根离子浓度检测，浊度检测，pH值检测，菌落总数检测中的任意一种或多种；所述测试如下：采用重铬酸钾标准法测定化学需氧量，采用电感耦合等离子原子吸收方法测定金属离子浓度，采用离子色谱法测定无机酸根离子浓度，采用分光光度法测定浊度，采用玻璃电极法测定pH值。
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