CN102557158A - 煤层气田产出水的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及煤层气田产出水的处理方法，其特征在于将至少一部分产出水用作开采煤层气所用的压裂液。

Description

煤层气田产出水的处理方法

技术领域

本发明涉及煤层气田产出水的处理方法。

背景技术

随着世界原油不断减少，世界常规能源供给形势日益严峻，国际上逐渐把发展非常规能源作为能源发展的主要议题。其中煤层气可以成为石油和天然气等常规能源的重要补充，有望成为接替煤炭、石油和天然气等常规能源的新能源资源。

煤层气的开发具有热值高、污染少、安全性高的特点。但是，开发煤层气面临一系列的挑战，包括经济、地质、后勤和作业各方面的问题，其中一个主要问题是产出水的处理。

煤层产出水是煤层气生产的副产品，是一种含有溶解盐、溶解气体、非水液体和固体颗粒等杂质的多相体系。最常用的产出水处理方式是排入地表水系(例如河流)和注入深井，其它方法包括土地灌溉等。但是，在将产出水排放到河流或用于农田灌溉之前一般需要对其进行处理，否则可能对环境产生不良影响。

处理产出水的现有技术中存在的问题是，一方面，能耗大；另一方面，产出水没有得到有益的利用，造成水资源的浪费。

目前，煤层气开采初期需要向地下的煤层气田注入压裂液。压裂液的主要成分为氯化钾、表面活性剂等。用于水力压裂的压裂液性能对压裂起着重要作用，因此对压裂液的性能如增粘性、悬浮性、滤失性、摩阻损失、稳定性、地层伤害等方面均有严格的要求。

基于上述情况，现在仍然需要改进的处理产出水的方法，该方法能耗小，并可以有效地利用产出水。同时，还需要改进的配制压裂液的方法，通过该方法配制的压裂液具有与现有技术中的压裂液相当或更好的性能，并对地层或煤层伤害较小或没有伤害。

发明内容

为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供了一种处理煤层气田产出水的方法，该方法耗能少，对环境友好，并可充分利用废水资源。

本发明涉及以下各个方面：

1.煤层气田产出水的处理方法，其特征在于将至少一部分产出水用作开采煤层气所用的压裂液。

2.如前述1所述的煤层气田产出水的处理方法，其中将至少一部分、直至全部产出水浓缩，将获得的浓缩水用作开采煤层气所用的压裂液。

3.如前述2的煤层气田产出水的处理方法，其中所述浓缩通过选自蒸馏法、电渗析法和反渗透法中的至少一种方法进行。

4.如前述2的煤层气田产出水的处理方法，其中所述浓缩通过反渗透法进行。

5.如前述2至4任一项所述的煤层气田产出水的处理方法，其中浓缩水的矿化度是所述浓缩处理之前产出水的矿化度的至少3倍，或者浓缩水中氯化钾的含量为15至40毫克/升，优选20至35毫克/升，更优选20至30毫克/升。

6.如前述1至5任一项所述的煤层气田产出水的处理方法，其中基于压裂液的总重量，压裂液包含0.1至1.0重量％、优选0.3至0.7重量％、例如0.5重量％的表面活性剂，和0.01至0.1重量％、优选0.01至0.06重量％、例如0.03重量％的杀菌剂。

7.如前述6所述的煤层气田产出水的处理方法，其中所述表面活性剂选自离子型、非离子型、两性表面活性剂中的至少一种，所述杀菌剂选自有机化合物类杀菌剂中的至少一种。

8.如前述6或7所述的煤层气田产出水的处理方法，其中基于压裂液的总重量，压裂液包含0.4％至1.0％的增稠剂。

9.如前述8所述的煤层气田产出水的处理方法，其中所述增稠剂选自天然植物胶及其衍生物、纤维素衍生物和合成水溶性聚合物中的至少一种。

10.如前述1至9任一项所述的煤层气田产出水的处理方法，其中将所述压裂液用于在本地的煤层气开采。

具体实施方式

本发明涉及一种有效地处理煤层气田产出水的方法，其中将至少一部分、例如高于50重量％、直至全部的产出水用作压裂液，用于开采煤层气。

由于将至少一部分、直至全部产出水用作开采煤层气时所用的压裂液，因而减少了需要经过处理然后才能排放的产出水的量，减轻了对处理设备和能量的依赖，还可以为压裂液的配制提供了水源。

在本发明一个优选实施方案中，将至少一部分、例如高于50重量％、直至全部的产出水浓缩，然后将获得的浓缩水用作开采煤层气所用的压裂液。该浓缩可以通过选自蒸馏法、电渗析法和反渗透法中的至少一种方法进行。

蒸馏法又称为蒸发法，其原理是将原产出水加热汽化，再使蒸汽冷凝而得纯水。蒸馏法又分为多级闪蒸法、多效蒸馏法、压汽蒸馏法等。本领域技术人员可根据需要选择合适的蒸馏法。

电渗析法也称为换膜电渗析法，其原理是将具有选择透过性的阳膜与阴膜交替排列，组成多个相互独立的隔室，加之以直流电，使水中阴阳离子反向运动，从而使相邻隔室的原产出水被浓缩，纯水与浓缩水得以分离。

反渗透法通常又称为超过滤法，是利用压力表差为动力的膜分离过滤技术。反渗透法中所用的膜是具有半透性能的薄膜，它能够在外加压力作用下使水溶液中的某些组分选择性透过，从而达到淡化、净化或浓缩分离的目的。反渗透法的优点是整个过程中无水相变化，能耗较少，而且设备投资省、建设周期短。

通常所用的反渗透膜有乙酸纤维膜(CA膜)；聚酰胺膜(PA膜)；和复合膜，其由薄且致密的复合层与高空隙率的基膜复合而成。

可用于实施本发明方法的反渗透装置包括板框式反渗透装置、管式反渗透装置、螺旋式反渗透装置、中空纤维式反渗透装置等。

本发明所述浓缩过程优选通过反渗透法进行。

在将产出水浓缩后用作压裂液的实施方案中，本领域技术人员可以选择适当的工艺条件，将产出水浓缩至浓缩水的矿化度是浓缩处理之前产出水的矿化度的至少3倍，例如4倍至20倍，例如5倍至10倍。

在本发明中，矿化度是指产出水、浓缩水或压裂液中溶解性总固体的含量。矿化度可通过本领域中用于测量矿化度或盐度的已知方法测量。

压裂液通常包含氯化钾、表面活性剂和少量杀菌剂。其中氯化钾可作防止煤粉膨胀的稳定剂，还能改变煤基质对水溶液的吸附润湿特性，从而提高返排效率，减少对煤储层的伤害。在本发明的一个实施方案中，可将产出水浓缩至浓缩水中氯化钾的含量为15至40毫克/升，优选20至35毫克/升，更优选20至30毫克/升。当浓缩液中氯化钾的含量落在上述范围中时，满足了压裂液中氯化钾的含量要求。

表面活性剂可以降低压裂液的表面张力或油水界面张力，增大与岩石的接触角，降低压裂液返排时遇到的毛细管阻力，提高压裂液反排率。杀菌剂是防止压裂液在地层中微生物生长对储层的污染和伤害，消除贮罐里聚合物的表面降解、中止地层里厌氧菌的生长，防止微生物对储层的污染和伤害。根据本发明的一个优选实施方案，所述压裂液包含大约0.1至1.0重量％、优选0.3至0.7重量％、例如0.5重量％的表面活性剂，和0.01至0.1重量％、优选0.01至0.06重量％、例如0.03重量％的杀菌剂，所述量均基于压裂液的总重量。上述表面活性剂和杀菌剂的含量通过在用作压裂液注入煤层之前向产出水或浓缩之后的产出水中添加表面活性剂和杀菌剂而获得。

本发明所用表面活性剂和杀菌剂是本领域中常用的。例如，表面活性剂可选自离子型、非离子型、两性表面活性剂中的至少一种，杀菌剂可选自有机化合物类杀菌剂中的至少一种。

根据本发明，压裂液还可以包含基于压裂液总重量的0.4％至1.0％的增稠剂。所述增稠剂可以选自下述物质中的至少一种：天然植物胶及其衍生物，例如淀粉；纤维素衍生物，例如甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素等；和合成水溶性聚合物，例如聚丙烯酰胺、亚甲基聚丙烯酰胺等。

在本发明一个特别优选的实施方案中，对至少一部分、例如至少50％、例如全部产出水进行反渗透处理，使得浓缩水的矿化度为进水(处理前的产出水)矿化度的至少3倍，例如4倍、5倍、6倍，向浓缩水添加表面活性剂、杀菌剂和，任选地，增稠剂，将所得液体用作压裂液。前述表面活性剂、杀菌剂和增稠剂的种类和量适用于该特别优选的实施方案。

在本发明的各个实施方案中，还优选将源自产出水的压裂液用于在本地的煤层气开采。所谓“本地的煤层气开采”，是指即将用所述压裂液开采的煤层气井与产生所述产出水的煤层气井处于同一个煤层气田，或者具有相同或相近的地质条件。这样，由于产出水与当地地层中的水质相接近，用产出水配制压裂液与地层结构相容性好，对煤层的伤害小。

在本发明中，通过产出水的浓缩而获得的纯水可以回收利用，或者排放到地表水系中。

实施例

某煤层气田产出水水质可见下表1。

表1(单位：除PH值之外，均为ppm)

在下述条件下进行反渗透浓缩：反渗透设备在水温25℃时，产水流量8m³/h、浓水排放流量5m³/h，反渗透进水压力为1.11Mpa，反渗透段间压力和反渗透浓水压力均为1.02Mpa。浓缩之后，浓缩水浓度变为原水的3倍，氯化钾含量为21至23毫克/升。

向该浓缩水中分别添加0.5％的氟碳表面活性剂和0.03％的杀菌剂甲醛液。将获得的液体作为压裂液在同一煤层气田中开采煤层气，结果表明，它们携砂性能好，可获得较好的气产量，并且对地层没有伤害。

Claims (10)

1.煤层气田产出水的处理方法，其特征在于将至少一部分产出水用作开采煤层气所用的压裂液。

2.如权利要求1所述的煤层气田产出水的处理方法，其中将至少一部分、直至全部产出水浓缩，将获得的浓缩水用作开采煤层气所用的压裂液。

3.如权利要求2的煤层气田产出水的处理方法，其中所述浓缩通过选自蒸馏法、电渗析法和反渗透法中的至少一种方法进行。

4.如权利要求2的煤层气田产出水的处理方法，其中所述浓缩通过反渗透法进行。

5.如权利要求2至4任一项所述的煤层气田产出水的处理方法，其中浓缩水的矿化度是所述浓缩处理之前产出水的矿化度的至少3倍，或者浓缩水中氯化钾的含量为15至40毫克/升，优选20至35毫克/升，更优选20至30毫克/升。

6.如权利要求1至5任一项所述的煤层气田产出水的处理方法，其中基于压裂液的总重量，该压裂液包含0.1至1.0重量％、优选0.3至0.7重量％、例如0.5重量％的表面活性剂，和0.01至0.1重量％、优选0.01至0.06重量％、例如0.03重量％的杀菌剂。

7.如权利要求6所述的煤层气田产出水的处理方法，其中所述表面活性剂选自离子型、非离子型、两性表面活性剂中的至少一种，所述杀菌剂选自有机化合物类杀菌剂中的至少一种。

8.如权利要求6或7所述的煤层气田产出水的处理方法，其中基于压裂液的总重量，压裂液包含0.4％至1.0％的增稠剂。

9.如权利要求8所述的煤层气田产出水的处理方法，其中所述增稠剂选自天然植物胶及其衍生物、纤维素衍生物和合成水溶性聚合物中的至少一种。

10.如权利要求1至9任一项所述的煤层气田产出水的处理方法，其中将所述压裂液用于在本地的煤层气开采。