CN103588333B

CN103588333B - 油田压裂废液处理设备

Info

Publication number: CN103588333B
Application number: CN201310520504.1A
Authority: CN
Inventors: 张宝刚; 王根; 严华锋; 徐爱琴; 冯传平
Original assignee: China University of Geosciences Beijing
Current assignee: China University of Geosciences; China University of Geosciences Beijing
Priority date: 2013-10-29
Filing date: 2013-10-29
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2033-10-29
Also published as: CN103588333A

Abstract

本发明提供一种油田压裂废液处理设备，包括隔油罐、综合反应池、消毒水池和复合过滤系统；所述隔油罐、所述综合反应池、所述消毒水池和所述复合过滤系统依次连接；所述油田压裂废液处理设备为一体化可移动设备。本发明的油田压裂废液处理设备为一体移动式设备，移动方便，占地面积小，且省去了传统水处理设备的施工、安装等工序，使用方便；再者本发明的油田压裂废液处理设备能够根据废液不同的归宿对废液采用不同的工序进行处理，适用性强，适用范围广，处理过程经济，操作简单。

Description

油田压裂废液处理设备

技术领域

本发明涉及废水处理领域，尤其涉及一种使用方便的油田压裂废液处理设备。

背景技术

压裂工艺是油气井增产的一项主要措施，在各油田普遍采用。此工艺能够显著地改善油气层的导流能力，使油气顺利流入生产井，从而达到增产目地。在此过程中会产生大量的压裂废液，主要污染物是石油类、COD、硫化物、酚、悬浮物、色度等。这些废液若排入环境中，对当地的水质有较大影响，对油田的生产和长远发展造成不可估量的损失。

由于压裂废液成分的复杂性及其初期压裂液的粘稠性，迄今为止的压裂废液处理技术尚未有定型的处理工艺技术体系，采用的处理工艺都比较复杂。这些工艺都或多或少地存在一些缺陷，如存在处理费用昂贵、无成熟工艺，或者由于技术可实现性要求很高，在现场难以实施等问题。现有的技术都需要将分散式的油气田有机废水集中收集并采用某种处理技术进行集中处置并不适于油气田的开发特点，很难达到有效、及时地控制污染的目的。根据压裂废液处理后的不同归宿，其处理技术也相应不同。若根据不同的归宿，研发不同的处理设备，这样无疑增加了运行成本，而且效率低，适应性不强。

因此提供一种适用性广的油田压裂废液处理设备是本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

为了克服上述的不足，本发明的目的是提供一种新的油田压裂废液处理设备。

本发明的技术方案如下：

一种油田压裂废液处理设备，包括隔油罐、综合反应池、消毒水池和复合过滤系统；

所述隔油罐、所述综合反应池、所述消毒水池和所述复合过滤系统依次连接；

所述油田压裂废液处理设备为一体化可移动设备。

在其中一个实施例中，所述复合过滤系统中包括第一过滤设备和第二过滤设备，所述第一过滤设备和所述第二过滤设备分别与所述消毒水池连通，在消毒水池和第一过滤设备之间设置有第三控制阀，在所述消毒水池和所述第二过滤设备之间设置有第四控制阀。

在其中一个实施例中，所述综合反应池包括絮凝池、气浮池和氧化池；

所述絮凝池、气浮池和氧化池依次连通；

所述絮凝池的入水口与所述隔油罐的出水口连接；

所述氧化池的出水口与所述消毒水池连接。

在其中一个实施例中，所述絮凝池的出水口与所述消毒水池连接；

在所述絮凝池的出水口和所述消毒水池之间设置有第一控制阀，在所述絮凝池与所述气浮池之间设置有第二控制阀。

在其中一个实施例中，当所述油田压裂废液处理后要求汇入集输系统或者回注地层时，所述絮凝池为絮凝沉淀池，所述第一控制阀开启，所述第二控制阀关闭，所述第三控制阀开启，所述第四控制阀关闭。

在其中一个实施例中，当所述油田压裂废液处理后直接排放时，所述絮凝池为电絮凝池；所述第一控制阀关闭，所述第二控制阀开启，所述第三控制阀关闭，所述第四控制阀开启。

在其中一个实施例中，所述电絮凝池中采用的是铁和石墨电极，氧化池中添加H₂O₂。

在其中一个实施例中，所述絮凝池与所述气浮池之间以及所述气浮池与所述氧化池之间均设置有可活动隔板；

当所述油田压裂废液处理后要求汇入集输系统或者回注地层时，所述可活动隔板收缩，使得所述絮凝池、所述气浮池和所述氧化池形成一个整体絮凝沉淀池；

当所述油田压裂废液处理后直接排放时，所述可活动隔板将絮凝池、气浮池和氧化池分隔开。

在其中一个实施例中，所述第一过滤设备中的过滤介质为石英砂、活性炭和海绵铁；所述第二过滤设备中的过滤介质为石英砂和核桃壳。

在其中一个实施例中，所述第一过滤设备的过滤介质中石英砂、活性炭和海绵铁的配比为1～4：2～8：0.1～1。

本发明的有益效果是：本发明的油田压裂废液处理设备为一体移动式设备，移动方便，占地面积小，且省去了传统水处理设备的施工、安装等工序，使用方便；再者本发明的油田压裂废液处理设备能够根据废液不同的归宿对废液采用不同的工序进行处理，适用性强，适用范围广，处理过程经济，操作简单。

附图说明

为了使本发明的油田压裂废液处理设备的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。

图1为本发明的油田压裂废液处理设备的整体示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

参见图1，本发明提供一种油田压裂废液处理设备，包括隔油罐100、综合反应池、消毒水池200和复合过滤系统；所述隔油罐100、所述综合反应池、所述消毒水池200和所述复合过滤系统依次连接；所述油田压裂废液处理设备为一体化可移动设备。其中消毒水池中需要添加臭氧O₃。

隔油罐主要是利用油与水的比重差异，分离去除污水中颗粒较大的悬浮油的一种处理设备。油类物质的密度一般都比水小，按其在水中的存在状态可将其分为可浮油、分散油、乳化油和溶解油，其中可浮油和分散油粒径较大，可以依靠油水比重差从水中分离。废水从池的一端流入，以较小的流速（一般为2至5mm/S）流经池体，在流动过程中，密度小于水的油粒上升至水面，水从池的另一端流出。在隔油罐上部设置集油管，收集浮油并将其导出池外。乳化油不能直接静沉去除，需先破乳，将其转化为可浮油才能去除。溶解油在水中呈溶解状态，不能用隔油池去除。

消毒水池主要是进行臭氧与水的混合反应。臭氧是一种强氧化剂，它在水中的氧化还原电位为2.07V，仅次于氟（2.5V），其氧化能力高于氯（1.36V）和二氧化氯（1.5V）。臭氧的杀菌能力不受PH值变化和氨的影响，它的灭菌、消毒作用几乎是瞬时发生的，在水中臭氧浓度0.3-2mg/L时，0.5-1min内就可以致死细菌。设备内壁应当进行4油3布玻璃钢防腐，防止废水中的臭氧及高含盐对设备的腐蚀。

本实施例中的复合过滤系统的工作温度一般为0至30℃，工作压力为0.2MPa，反冲洗时滤层压差0.05MPa，反冲洗压力≦0.15MPa。直径为0.5米，高度为1米。

本实施例中的油田压裂废液处理设备为一体化可移动设备，最好为车载式一体化设备，本实施例中是将废液处理中的各个处理工序模块化，然后将这些模块化组件进行合理放置，将其集成在一集装箱内，使其成为一体化的可移动设备，可以进行车载转移。这样压裂废液处理设备不需要重复建设废液处理装置，不需要施工费用，占地非常小，而且方便对不同位置的油田进行压裂废液处理，可以重复利用。本实施例中的集装箱尺寸为4米*4米*1.5米，占地面积为6平方米。

较佳的，作为一种可实施方式，所述综合反应池包括絮凝池300、气浮池400和氧化池500；所述絮凝池300、气浮池400和氧化池500依次连通；所述絮凝池300的入水口与所述隔油罐100的出水口连接；所述氧化池500的出水口与所述消毒水池200连接。

较佳的，作为一种可实施方式，所述复合过滤系统中包括第一过滤设备601和第二过滤设备602，所述第一过滤设备601和所述第二过滤设备602分别与所述消毒水池200连通，在消毒水池200和第一过滤设备601之间设置有第三控制阀003，在所述消毒水池200和所述第二过滤设备602之间设置有第四控制阀004。

较佳的，作为一种可实施方式，所述油田压裂废液处理设备还包括控制系统和外置式加药系统；所述控制系统用于控制综合反应池两种处理工工艺的切换；所述外置式加药系统与所述絮凝池300连通。根据不同的归宿控制系统可以切换不同的处理工艺。较优的，外置式加药系统为2套。

本实施例中的综合反应池可以实现两种处理工艺，一种处理工艺是絮凝+气浮+氧化，另一种处理工艺是加药絮凝，根据压裂废液不同的归宿选用不同的处理工艺。同样的，针对不同的处理工艺，采用不同的过滤设备。

本发明同时提供两种不同处理工艺的切换方式，其中一种是在所述絮凝池300的出水口和所述消毒水池200之间设置有第一控制阀001，在所述絮凝池300与所述气浮池400之间设置有第二控制阀002；所述控制系统分别与第一控制阀001、第二控制阀002、第三控制阀003和第四控制阀004电连接，且所述絮凝池300的出水口与所述消毒水池200连接。另一种是在所述絮凝池与所述气浮池之间以及所述气浮池与所述氧化池之间均设置有可活动隔板；当所述油田压裂废液处理后要求汇入集输系统或者回注地层时，所述可活动隔板收缩，使得所述絮凝池、所述气浮池和所述氧化池形成一个整体絮凝沉淀池；当所述油田压裂废液处理后直接排放时，所述可活动隔板将絮凝池、气浮池和氧化池分隔开；当采用可活动隔板工艺时，控制系统能够控制2个可活动隔板的升降以及第三控制阀003和第四控制阀004的开启。

实施例一

本实施例中的油田压裂废液的归宿为汇入集输系统或者回注地层。汇入集输系统一般是将压裂废液收集经过一定工艺进行处理，然后按照一定比例与采油污水掺混进行再处理，处理后的水质由油气集输管线统一集输到集油站处理；对汇入集输系统的压裂废液主要是对感官物质的去除，主要指标有悬浮物(SS)、色度、浊度等，同时应当保证出水较低的溶解氧浓度。而压裂废液回注地层是某些油气田因条件所限而采用的一种处理方法，但是压裂废液直接外排显然不能满足回注的要求，通常情况下，将压裂废液收集，集中进行絮凝、过滤等处理，然后泵入地层，其主要处理目标是SS和细菌。因为二者对废液处理的要求稍低，因此本实施例对上述两种归宿采用同一种处理工艺。

当所述油田压裂废液处理后要求汇入集输系统或者回注地层时，所述絮凝池为絮凝沉淀池，所述第一控制阀001开启，所述第二控制阀002关闭，所述第三控制阀003开启，所述第四控制阀004关闭；此时综合反应池参加工作的仅有絮凝池，综合反应池中发生絮凝沉淀反应。或者，所述可活动隔板收缩，整个综合反应池为一个絮凝沉淀池，这样絮凝沉淀池的容积大，处理量大。

本实施例中的压裂废液处理工艺为去油+加药絮凝+消毒+过滤，所添加的絮凝剂为PAC，过滤工序处理采用的是第一过滤设备，第一过滤设备中的过滤介质为石英砂、活性炭和海绵铁，过滤介质的粒径为0.5-1.2mm，不均匀系数为2，其主要作用是截留水中的大分子固体颗粒和胶体。其中海绵铁过滤能够去除因臭氧氧化产生的废液中的较高的溶解氧，可以保护输水管道的长期使用。氧气与海绵铁发生彻底的氧化反应从而保证出水溶解氧含量在0.05mg/L以下，其化学反应式为：

2Fe²⁺+2H₂O+O₂→2Fe(OH)₂

2Fe(OH)₂+H₂O+1/2O₂→2Fe(OH)₃

反应生成物Fe(OH)₃为松软絮状物，当其累积到一定程度后，即通入反洗水将其冲洗排掉，恢复到初始的除氧能力。

较优的，第一过滤设备中的石英砂、活性炭和海绵铁的配比为1～4：2～8：0.1～1。

实施例二

将压裂废液处理后直接外排是目前压裂废液的主流方式，但是处理要求高，处理后水必须满足国家污水综合排放标准（GB8978-1996)。主要是去除COD、石油类、SS等。

当所述油田压裂废液处理后直接排放时，所述絮凝池300为电絮凝池；所述第一控制阀001关闭，所述第二控制阀002开启，所述第三控制阀003关闭，所述第四控制阀004开启。或者，两个可活动隔板将综合反应池分为絮凝池、气浮池和氧化池，絮凝池、气浮池和氧化池分别进行不同的处理。

当油田压裂废液处理后直接排放时必须达到排放标准，因此其处理工艺为去油+电解氧化+电解絮凝+电解气浮+消毒+过滤。其中，所述电絮凝池中采用的是铁和石墨电极，氧化池中添加H₂O₂。具体说明如下：

（1）电解氧化：H₂O₂是一种强氧化剂，当有催化剂Fe²⁺存在时，具有更强的氧化能力。实验中，电解产生的Fe²⁺与H₂O₂组成Fenton试剂。Fenton试剂通过氧化分解产生的羟基自由基（·OH）进攻有机物分子，并使其氧化为CO₂、H₂O等无机物，反应机理如下表达式：

Fe²⁺+H₂O₂+H⁺→Fe³⁺+H₂O+·OH

Fe³⁺+H₂O₂→Fe²⁺+HO₂·+H⁺

·OH是水中存在的氧化能力最强的氧化剂，它几乎可以将所有的有机污染物氧化成CO₂和H₂O等简单无机物。从上面的反应式可以看出，Fe³⁺也是反应的中间产物，生成后便与H₂O₂反应为Fe²⁺。因此，在产生羟基自由基（·OH）的同时，并不影响Fe(OH)₂胶体的产生，也不会影响Fe(OH)₂胶体对有机物的吸附及絮凝。实验结果表明，H₂O₂的加入，可有效除去石化工业污水中的芳烃类有机污染物。

（2）电解絮凝，在电絮凝过程中，铁制金属阳极由于电解反应，被氧化生成Fe²⁺，Fe²⁺与溶液中的OH^-反应，生成Fe(OH)₂等不溶入水的金属氢氧化物活性凝聚体。反应过程如下：

Fe→Fe²⁺+2e

Fe²⁺+2OH^-→Fe(OH)₂

生成的Fe(OH)₂活性凝聚体（即絮凝剂）对污水中有机污染物的去除作用主要表现在包埋和表面吸附两个方面，其中以表面吸附为主。

（3）电解气浮，本实施例采用铁和石墨电极对污水进行电解，当电压达到水的分解电压时，在阳极处产生的氧气泡和在阴极处产生的氢气泡会对整个电絮凝体系产生有利影响。生成的氧气泡和氢气泡的气-液界面可吸附污水中的絮凝物，产生向上的浮选过程，使污染物得以去除。同时，水体表面富集的一层固体浮升物有效地将水体与大气隔离，使Fe(OH)₂能够稳定存在，而不被氧化成为Fe(OH)₃，保证了絮凝的效果。

以上几个工艺协同作用，能够完成对压裂废液的脱色及除臭处理，同时在催化作用下，对废水中的难降解有机物进行氧化降解，有效降低废水中的COD，使其符合排放标准。较优的，本实施例中的絮凝池、氧化池和气浮池等设备的内壁均进行三布四油玻璃钢防腐，防止加入的芬顿试剂及废水中高含盐对设备的腐蚀。

较佳的，当所述油田压裂废液处理后直接排放时，过滤工序采用的是第二过滤设备，其过滤介质为石英砂和核桃壳。

实施例一和实施例二的处理效果见表1：

项目	单位	实施例一	实施例二
				油类	mg/L	0.7	3.3
SS	mg/L	0.8	11
				COD	μm	0.3	51
细菌	个/ml	1.4×102	1.1×102
				pH		7.5	8.1
DO	mg/L	0.09	5
				处理成本	元/吨	～3.4元/吨	～4.0元/吨

本实施例的油田压裂废液处理设备的工作流程为：压裂废液进入隔油罐，可分离去除污水中颗粒较大的悬浮油；之后废水进入综合反应池，可以根据废液的不同归宿启动电絮凝-气浮-氧化工艺或者投加药剂进行絮凝沉淀反应，之后经过综合反应池处理的废水进入消毒水池，利用臭氧的强氧化性进行杀菌；之后进入复合过滤系统，去除含有的粒径较小的悬浮物及溶解的氧气。本发明的油田压裂废液处理设备为一体移动式设备，移动方便，占地面积小，且省去了传统水处理设备的施工、安装等工序，使用方便；再者本发明的油田压裂废液处理设备能够根据废液不同的归宿对废液采用不同的工序进行处理，适用性强，适用范围广，处理过程经济，操作简单。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以权利要求为准。

Claims

1.一种油田压裂废液处理设备，其特征在于，包括隔油罐、综合反应池、消毒水池和复合过滤系统；

所述油田压裂废液处理设备为一体化可移动设备；

所述综合反应池包括絮凝池、气浮池和氧化池；

所述絮凝池、气浮池和氧化池依次连通；

所述絮凝池的入水口与所述隔油罐的出水口连接；

所述氧化池的出水口与所述消毒水池连接；

所述絮凝池与所述气浮池之间以及所述气浮池与所述氧化池之间均设置有可活动隔板；

2.根据权利要求1所述的油田压裂废液处理设备，其特征在于，所述复合过滤系统中包括第一过滤设备和第二过滤设备，所述第一过滤设备和所述第二过滤设备分别与所述消毒水池连通，在消毒水池和第一过滤设备之间设置有第三控制阀，在所述消毒水池和所述第二过滤设备之间设置有第四控制阀。

3.根据权利要求2所述的油田压裂废液处理设备，其特征在于，所述第一过滤设备中的过滤介质为石英砂、活性炭和海绵铁；所述第二过滤设备中的过滤介质为石英砂和核桃壳。

4.根据权利要求3所述的油田压裂废液处理设备，其特征在于，所述第一过滤设备的过滤介质中石英砂、活性炭和海绵铁的配比为1～4：2～8：0.1～1。