CN103160263A - 一种用油田井场废水配制压裂液基液的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用油田井场废水配制压裂液基液的方法，包括油田井场废水的预处理和压裂液基液的配制，预处理中的絮凝剂为聚合氯化铁铝与碳酸钠以质量比4～5∶1混合而成；压裂液基液配制包括：检测预处理后的水的矿化度；取淡水加入胍胶，搅拌溶解配制胍胶溶液；将胍胶溶液与预处理后的水混合均匀：当预处理后的水矿化度为3000-5000ppm时，胍胶溶液与预处理后的水体积比为1∶5-1∶6；当预处理后的水矿化度为5000-8000ppm时，胍胶溶液与预处理后的水体积比为1∶4-5；当预处理后的水矿化度为8000-10000ppm时，胍胶溶液与预处理后的水体积比为1∶3-4。
Description
技术领域
本发明是关于一种用油田井场废水配制压裂液基液的方法。
背景技术
油田井场废水主要包括洗井废水、压裂返排废水、钻井废液等，这些废水具有高矿化度、高COD、高悬浮物的特点，对环境和人类健康的影响已经越来越引起人们的普遍关注，成为制约企业可持续发展的重要问题。如果将这些废水处理达到外排标准，则需要很高的处理成本，因此回收再利用将是废水的最好归宿。由于油田压裂作业常常涉及多层或同一井场多井位重复作业，若井场废水经处理后可用于配制压裂液，则对于减少废水总量、降低作业成本具有重要意义。
废水中的固体颗粒物、各类阳阴离子以及分散于废水中的油滴均可能影响废水配制的压裂液性能，常见的不利作用包括废水中增稠剂胍胶溶解困难(基液粘度＜10mPa.s)。其中固体颗粒物及分散油滴可以通过预处理有效的去除，而矿化度的降低则是比较困难的问题。废水的矿化度对胍胶的溶解性有明显的影响，目前该领域的研究尚处于初步阶段。废水矿化度的来源主要有两个方面，主要是高矿化度地层水返排，其次是废水预处理过程中处理剂的带入。文献报道：党民芳等的研究显示矿化度大于3000ppm的水对胍胶的溶解性能产生显著影响，并可导致压裂液配制试验的失败。王满学等研究认为高矿化度水(矿化度大于3000ppm)配制压裂液时，为了使基液粘度达到要求，胍胶加量应不小于0.5％，这不但会大大增加作业成本，并且由于胍胶溶解的不充分，导致其配制的压裂液破胶后残渣含量明显高于淡水所配压裂液，会对地层造成极大的伤害。因此提高胍胶在高矿化度水中的溶解性，使胍胶溶液达到配制压裂液的相关标准，将是油田井场废水再利用过程中需要解决的关键问题。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种用油田井场废水配制压裂液基液的方法，以解决油田井场废水再利用过程中的问题，使得废水可以用于配制压裂液基液，从而得到一种性能优良的压裂液基液。
为达上述目的，本发明提供了一种用油田井场废水配制压裂液基液的方法：包括油田井场废水的预处理和压裂液基液的配制步骤，预处理中包括向废水加入絮凝剂的步骤，所述的絮凝剂为质量比4～5∶1的聚合氯化铁铝与碳酸钠；所述的压裂液基液配制包括：
(1)检测预处理后的水的矿化度；
(2)取淡水加入胍胶，搅拌至溶解，配制胍胶溶液；
(3)将胍胶溶液与预处理后的水混合均匀，配制压裂液基液：
当预处理后的水矿化度为3000-5000ppm时，胍胶溶液与预处理后的水体积比为1∶5-6；
当预处理后的水矿化度为5000-8000ppm时，胍胶溶液与预处理后的水体积比为1∶4-5；
当预处理后的水矿化度为8000-10000ppm时，胍胶溶液与预处理后的水体积比为1∶3-4。
本发明经过大量的试验发现，当胍胶溶液与预处理后的水体积比小于上述比例时，胍胶将会析出，从而产生沉淀导致基液粘度变小，配制的压裂液基液不符合要求；当胍胶溶液与预处理后的水体积比大于上述比例时，所配制的压裂液基液粘度将会过大，也不符合压裂液基液的要求。
其中当矿化度小于3000时，可以直接配制压裂液基液；
而当矿化度大于10000时，可以用淡水将其稀释至10000以下，再按照本发明技术方案进行配制。
本发明人经过大量实验发现，配液用水中金属离子也可以影响胍胶的溶解，由于金属离子水合作用消耗了大量的水分子，导致高分子增稠剂胍胶的水化作用不充分，分子不能充分展开，使溶液粘度降低。因此可以用淡水先将胍胶溶解，由于胍胶在低盐水中容易充分水化，分子链伸展充分，易于交联形成高粘度溶液。然后将高粘度溶液与含盐水混合来配制压裂液基液，由于已充分水化后的胍胶分子在混合后的溶液中发生电解质离子争夺水分子而使水分子被剥夺的可能性较小，因此可以形成粘度稳定的压裂液基液。
其中的聚合氯化铁铝为本领域常用化学试剂，本领域技术人员选择常用市售聚合氯化铁铝即可用于本发明并实现发明目的。
所述的预处理可以参考现有技术中任意的预处理方法，然而根据本发明的具体实施方案，本发明所优选的，所述的预处理包括如下步骤：
(a)在废水中加入絮凝剂，搅拌均匀；
(b)加入pH调节剂调节废水pH值；
(c)加入部分水解聚丙烯酰胺(PHP)，搅拌均匀；
(d)静置；
(e)取废水中清液(摒弃废水中沉淀的底层污泥)，过滤，得预处理后的水。
所述的PHP为部分水解聚丙烯酰胺，为本领域常用试剂，本领域技术人员均熟知这种化合物的性质，并可以在实施本发明时选择市售PHP即可。
而本发明优选使用的PHP为分子量为800-1200万、固含量大于等于99.8％、水解度为20-80％的阴离子型聚丙烯酰铵。
经过本发明所优选的预处理，可以去除石油类及悬浮物，以消除其对胍胶溶解性的不利影响。
根据本发明的具体实施方案，本发明中优选步骤(a)所述絮凝剂加入量为1000-2000ppm。
根据本发明的具体实施方案，本发明中优选步骤(b)所述调节废水pH值为7-8之间。
根据本发明的具体实施方案，本发明中优选步骤(c)所述PHP加入量为2-8ppm。
根据本发明的具体实施方案，本发明中优选步骤(d)所述静置为20-30min。
根据本发明的具体实施方案，本发明中优选在步骤(a)先在废水中加入破乳剂，并搅拌均匀后再加入絮凝剂。
所述的加入破乳剂并非解决本发明问题的必要手段，当废水色度＜10倍时，可以不加入破乳剂。
根据本发明的具体实施方案，本发明中优选所述破乳剂加入量为100-500ppm。
根据本发明的具体实施方案，本发明中优选所述破乳剂为非离子表面活性剂。
其中所述的破乳剂为本领域技术人员所熟知，本领域技术人员根据其自身掌握的现有技术知识可以选择出本领域常用的破乳剂并将其应用于本发明，并能够实现发明目的。但是为了进一步优化本发明技术方案，本发明优选的破乳剂由聚甲基倍半硅氧烷、脂肪醇(优选十三醇)、环氧丙烷、环氧乙烷配制而成；其进一步优选按照质量比为2∶1∶3∶4的比例复配而成。
其中所述聚甲基倍半硅氧烷为本领域市售常规试剂，商购市售符合相应质量标准的聚甲基倍半硅氧烷即可用于本发明，并实现本发明目的；而本发明优选采用的聚甲基倍半硅氧烷比重为0.96-0.98g/cm3，聚合度为100-300。
其中所述十三醇可以为任意结构的十三醇，譬如1-十三醇、异十三醇，本发明优选的为1-十三醇。
前面所述的淡水和胍胶的比例可以根据配液量及所需胍胶浓度来确定，而本发明的具体实施方案优选的胍胶溶液中胍胶的重量比为1.18％-1.77％。
前面所述的pH调节剂可以使用现有技术中适宜的pH调节剂，而本发明的具体实施方案所优选的是氢氧化钠或碳酸钠。
本发明上述技术方案尤其适合于提高胍胶在高矿化度油田井场废水中的溶解性。
综上所述，本发明提供了一种用油田井场废水配制压裂液基液的方法，其可以使压裂液基液性能满足相关标准，大大提高油田井场废水的再利用率，具有明显的环境和经济效益。
具体实施方式
以下通过具体实施例详细说明本发明的实施过程和产生的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本发明的实质和特点，不作为对本案可实施范围的限定。
实施例1
S160井压裂返排废水60m3，深褐色，有一定臭味。废水预处理过程如下：
加入30kg破乳剂，搅拌均匀；
加入65kg絮凝剂，搅拌均匀；
加入50kg碳酸钠调节pH＝7-8；
加入140gPHP，搅拌均匀；
静置30min取清液层，过滤后得到40m3预处理后的水，做为配制压裂液基液用水。
经检测，S160井压裂返排废水处理后矿化度为4230ppm。现将40m3处理后水全部用于配制胍胶浓度为0.3％的溶液。配制过程如下：
取8m3淡水在搅拌下加入144kg胍胶，继续搅拌至完全溶解，形成胍胶溶液。胍胶溶液与预处理后的40m3处理后水在搅拌下混合均匀，即可形成所需的压裂液基液，基液粘度为42mPa.s。
絮凝剂为质量比4∶1的聚合氯化铁铝与碳酸钠。
实施例中所选取的PHP为分子量为900万、固含量为99.8％、水解度为35％的阴离子型聚丙烯酰铵。破乳剂由聚甲基倍半硅氧烷、脂肪醇(1-十三醇)、环氧丙烷、环氧乙烷按照质量比为2∶1∶3∶4的比例复配而成；其中聚甲基倍半硅氧烷比重为0.96-0.98g/cm3，聚合度为100-150。
实施例2
Z37井压裂返排废水60m3，浅黄褐色。废水预处理过程如下：
加入9kg破乳剂，搅拌均匀；
加入93kg絮凝剂，搅拌均匀；
加入30kg碳酸钠调节pH＝7-8；
加入300gPHP，搅拌均匀；
静置30min取清液层，过滤后得到50m3预处理后的水，做为配制压裂液基液用水。
经检测，Z37井压裂返排废水处理后矿化度为6920ppm。现将50m3处理后水全部用于配制胍胶浓度为0.3％的压裂液基液。配制过程如下：
取12.5m3淡水在搅拌下加入187.5kg胍胶，继续搅拌至完全溶解，形成胍胶溶液。胍胶溶液与预处理后的50m3处理后水在搅拌下混合均匀，即可形成所需的压裂液基液，基液粘度为54mPa.s。
絮凝剂为质量比5∶1的聚合氯化铁铝与碳酸钠。
实施例中所选取的PHP为分子量为800万、固含量为99.9％、水解度为25％的阴离子型聚丙烯酰铵。破乳剂由聚甲基倍半硅氧烷、脂肪醇(1-十三醇)、环氧丙烷、环氧乙烷按照质量比为2∶1∶3∶4的比例复配而成；其中聚甲基倍半硅氧烷比重为0.96-0.98g/cm3，聚合度为150-200。
实施例3
P139井压裂返排废水100m3，深褐色，有一定臭味。废水预处理过程如下：
加入40kg破乳剂，搅拌均匀；
加入190kg絮凝剂，搅拌均匀；
加入60kg碳酸钠调节pH＝7-8；
加入750gPHP，搅拌均匀；
静置50min取清液层，过滤后得到80m3预处理后的水，做为配制压裂液基液用水。
经检测，P139井压裂返排废水处理后矿化度为8680ppm。现将80m3处理后水全部用于配制胍胶浓度为0.3％的压裂液基液。配制过程如下：
取26.7m3淡水在搅拌下加入320.1kg胍胶，继续搅拌至完全溶解，形成胍胶溶液。胍胶溶液与预处理后的80m3处理后水在搅拌下混合均匀，即可形成所需的压裂液基液，基液粘度为48mPa.s。
絮凝剂为质量比4.5∶1的聚合氯化铁铝与碳酸钠。
实施例中所选取的PHP为分子量为1100万、固含量为99.8％、水解度为75％的阴离子型聚丙烯酰铵。破乳剂由聚甲基倍半硅氧烷、脂肪醇(1-十三醇)、环氧丙烷、环氧乙烷按照质量比为2∶1∶3∶4的比例复配而成；其中聚甲基倍半硅氧烷比重为0.96-0.98g/cm3，聚合度为200-300。
Claims (10)
1.一种用油田井场废水配制压裂液基液的方法，包括油田井场废水的预处理和压裂液基液的配制步骤，其特征在于，预处理中包括向废水加入絮凝剂的步骤，所述的絮凝剂为质量比4～5∶1的聚合氯化铁铝与碳酸钠；所述的压裂液基液配制包括：
(1)检测预处理后的水的矿化度；
(2)取淡水加入胍胶，搅拌至溶解，配制胍胶溶液；
(3)将胍胶溶液与预处理后的水搅拌混合均匀，配制压裂液基液：
当预处理后的水矿化度为3000-5000ppm时，胍胶溶液与预处理后的水体积比为1∶5-6；
当预处理后的水矿化度为5000-8000ppm时，胍胶溶液与预处理后的水体积比为1∶4-5；
当预处理后的水矿化度为8000-10000ppm时，胍胶溶液与预处理后的水体积比为1∶3-4。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，控制所配制的胍胶溶液中胍胶的含量为0.6％-1.8％，优选为1.18％-1.77％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述的预处理包括如下步骤：
(a)在废水中加入絮凝剂，搅拌均匀；
(b)加入pH调节剂调节废水pH值；
(c)加入部分水解聚丙烯酰胺，搅拌均匀；
(d)静置；
(e)取废水中清液，过滤，得预处理后的水。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(a)所述絮凝剂加入量为1000-2000ppm。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(b)所述调节废水pH值为7-8之间。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(c)所述部分水解聚丙烯酰胺加入量为2-8ppm。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(d)所述静置为20-30min。
8.根据权利要求3-7任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤(a)先在废水中加入破乳剂，并搅拌均匀后再加入絮凝剂。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述破乳剂加入量为100-500ppm。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述破乳剂为非离子表面活性剂；优选为由聚甲基倍半硅氧烷、脂肪醇、环氧丙烷、环氧乙烷配制而成，优选按照质量比为2∶1∶3∶4的比例配制而成；所述脂肪醇优选十三醇，更优选为1-十三醇。
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