CN104692564B

CN104692564B - 一种压裂返排液重复利用方法及处理装置

Info

Publication number: CN104692564B
Application number: CN201310655057.0A
Authority: CN
Inventors: 熊颖; 刘友权; 吴文刚; 张倩; 陈鹏飞; 孙川; 张亚东
Original assignee: China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
Current assignee: China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
Priority date: 2013-12-06
Filing date: 2013-12-06
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2033-12-06
Also published as: CN104692564A

Abstract

一种压裂返排液重复利用方法及处理装置，属于油气开发过程中的压裂液循环利用与节能减排技术领域。压裂返排液从井口返排出来，经过气液分离装置进行气液分离；液体进入沉降池，除砂、除油；液体通过提升泵进入压裂返排液处理装置，进行在线水质处理，通过紫外线杀菌、化学沉淀除高价金属离子、絮凝加离心除悬浮物等工艺处理，使处理后的液体水质达到重复利用要求；处理后的液体进入压裂液配液罐；对液体进行水质检测，分析残余添加剂浓度；补充损失的添加剂；压裂液性能检测；压裂施工。本发明处理效果好，处理后的压裂返排液重复利用时满足压裂施工要求，实现了压裂液循环利用与节能减排。

Description

一种压裂返排液重复利用方法及处理装置

技术领域

本发明涉及一种压裂返排液重复利用方法及处理装置，属于油气开发过程中的压裂液循环利用与节能减排技术领域。

背景技术

油气井压裂作业结束后，泵注入地层的压裂液将返排至地面。这类液体通常称为压裂返排液。压裂返排液中含有大量的添加剂、地层离子及部分机械杂质和油等，直接排放将严重污染环境，而无害化处理的技术难度大、成本高。目前，压裂返排液的处理方式主要为回注、处理后外排和处理后重复利用三种方式。其中，回注需要在合适的地层钻回注井，安装回注设备，其前期投入和运行费用均较高，且回注能力受到回注地层条件的限制；处理后达到外排水质指标的技术难度大，处理成本高；处理后重复利用可以充分利用压裂返排液中残余的各种添加剂和水资源，减少废液无害化处理量，节能减排。

CN ZL201220050049.4提供了一种天然气井返排压裂液回收再利用系统。该系统主要由气液分离器、一级沉降池、二级沉降池、返排压裂液储罐和压裂液储罐构成，通过两次自然沉降除去固体颗粒，再对压裂返排液的成分进行分析，并根据分析结果补充损失的添加剂，调整压裂返排液性能达到施工要求。该方法主要针对低分子可回收压裂液施工后产生的压裂返排液进行回收再利用。由于未有除去压裂返排液中的Ca²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺、Fe3+等高价金属离子，而这些离子浓度较高时，对压裂返排液重复利用时的性能影响大，使得其交联程度弱、耐剪切性能差、沉砂速率快。同时，该方法也未对含油和乳液的压裂返排液进行油水分离，未除去压裂返排液中的油，而油对压裂返排液重复利用时的性能影响也较大，使得其交联程度弱、冻胶碎、甚至不交联。CN200610010499.X公开了一种压裂反排液回收处理工艺。该工艺首先在压裂返排液中加入破胶剂进行破胶，再通过絮凝→氧化→二次絮凝→二次氧化处理，使压裂返排液处理后达到国家二级排放标准，可回注地层。但该工艺涉及多次絮凝、多次氧化，工艺繁琐。同时，该方法仍未除去压裂返排液中的高价金属离子，未有对乳液进行油水分离，影响其重复利用时的性能。此外，该方法处理后的液体主要用于回注，未有对残余添加剂（如助排剂、粘土稳定剂等）进行充分利用，造成了浪费。《压裂返排液回收处理技术概述》（迟永杰，卢克福.油气田地面工程，2009年，28卷，7期）提供了一种压裂返排液处理工艺，通过自然降解→加药剂预处理→电絮凝→SSF污水净化处理，使压裂返排液处理后对污水水质的影响低于15%。该工艺受环境温度的影响较大，低于20℃时不能运行。同时，该工艺处理后的液体还需进入下游的污水处理系统与其它污水混合稀释后进一步处理，处理工艺复杂。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供一种压裂返排液重复利用方法及处理装置，具有处理工艺短、撬装处理装置连接与拆卸方便快速、可实时调节处理剂用量、对各种类型的压裂返排液均适用等特点，处理后的压裂返排液重复利用时满足压裂施工要求，实现了压裂液循环利用与节能减排。

一种压裂返排液重复利用方法,含有以下步骤；

步骤1）、压裂返排液从井口返排出来，经过气液分离装置进行气液分离；

步骤2）、液体进入沉降池，除砂、除油；

步骤3）、液体通过提升泵进入压裂返排液处理装置，进行在线水质处理，通过紫外线杀菌、化学沉淀除高价金属离子、絮凝加离心除悬浮物等工艺处理，使处理后的液体水质达到重复利用要求；

步骤4）、处理后的液体进入压裂液配液罐；

步骤5）、对液体进行水质检测，分析残余添加剂浓度；

步骤6）、补充损失的添加剂；

步骤7）、压裂液性能检测；

步骤8）、压裂施工。

还包括下列步骤和连接方式：

（1）压裂返排液从返排井1返排出来，经过气液分离装置2进行气液分离，气体在气体燃烧装置中燃烧，液体进入沉降池3。

（2）压裂返排液在沉降池3中自然沉降一天及以上，返排液中的砂、岩屑及大颗粒机械杂质沉降在池底。如果返排液含有乳液，则在沉降的过程中向沉降池3入液口加入计量的破乳剂，使乳液油水分离，并通过管线和提升泵A4定期将分离出来的油泵入储油罐5。

（3）通过提升泵B6将沉降池3中的上层液体泵入压裂返排液处理装置7进行处理。

（4）经压裂返排液处理装置7处理后的液体通过提升泵C8泵入压裂液配液罐9中，加入杀菌剂抑制细菌滋生，并取小样测定液体中的残余添加剂浓度。

（5）根据残余添加剂浓度确定补充的添加剂用量，按照常用压裂液配制方法向压裂液配液罐9中加入损失的添加剂，并按照“SY/T5107-2005水基压裂液性能评价方法”测定压裂液的性能，满足施工要求后用于压裂施工。

一种压裂返排液重复利用处理装置，药剂罐A15、药剂罐B16、药剂罐C17分别通过计量泵A18、计量泵B19、计量泵C20和管线与沉淀絮凝罐10连接；离心装置22通过提升泵D23和管线与沉淀絮凝罐10连接；沉淀絮凝罐10带有搅拌器11，安装有在线pH计12、在线TSS（总悬浮物含量）计13、紫外线杀菌器14；离心装置22为可高速转动不锈钢罐，罐体上部为圆柱形，罐体下部为圆锥形；

沉淀絮凝罐10为圆形不锈钢罐，罐上安装有搅拌器11、在线pH计12、在线TSS（总悬浮物含量）计13、紫外线杀菌器14；三个不锈钢材质的药剂罐A15、药剂罐B16、药剂罐C17分别通过计量泵A18、计量泵B19、计量泵C20和管线连接在沉淀絮凝罐10上，可以向沉淀絮凝罐10中泵入计量的不同液体药剂；沉淀絮凝罐10上端半封闭，下端有一个带阀门的大口径的出渣口A21；离心装置22通过管线、提升泵D23与沉淀絮凝罐10连接；离心装置22为可高速转动不锈钢罐，罐体上部为圆柱形，中心连接有可上下调节高度的管线，并与压裂液配液罐连接；离心装置22的罐体下部为圆锥形，且连接有一个带阀门的大口径的出渣口B24和一个可带动离心装置转动的电机25；离心装置22可在转动时密封；控制系统26通过数据线与各部分连接。

一种压裂返排液重复利用处理装置，压裂返排液处理装置7为撬装处理装置，处理前运至井场，连接管线后对压裂返排液进行处理，处理完成后再运至其它井场，节约大型处理设备的安装、运输与调试费用。该处理装置主要由沉淀絮凝罐10、离心装置22、控制系统26、药剂罐A15、药剂罐B16、药剂罐C17以及在线pH计12、在线TSS（总悬浮物含量）计13、紫外线杀菌器14、提升泵D23、计量泵A18、计量泵B19、计量泵C20、搅拌器11和电机25组成，全部安装在一个钢铁材质的撬上，

进入压裂返排液处理装置7的液体通过下列步骤进行处理：

（1）压裂返排液首先进入沉淀絮凝罐10中，经紫外线杀菌器14杀菌，并通过在线pH计12测定液体的pH值，通过在线TSS（总悬浮物含量）计13测定总悬浮物含量；

（2）在药剂罐A15、药剂罐B16、药剂罐C17中分别加入pH值调节剂、无机絮凝剂和高分子有机絮凝剂；

（3）根据液体的pH值，向沉淀絮凝罐10中泵入计量的pH值调节剂，将压裂返排液的pH值调节至8.5～9.5，使压裂返排液中的钙、镁、铁等高价金属离子大部分被沉淀出来；

（4）根据液体的总悬浮物含量，向沉淀絮凝罐10中泵入计量的无机絮凝剂，对液体中的各种悬浮物进行絮凝；

（5）根据液体总悬浮物含量，向沉淀絮凝罐10中泵入计量的高分子有机絮凝剂，将液体中絮凝的悬浮物聚集成团，使其因重力而沉降下来；

（6）将沉淀絮凝罐10中的上层清液泵入离心装置22中，然后开启沉淀絮凝罐10的出渣口A21，使沉淀絮凝下来的悬浮物、沉淀等排出，进入泥浆池或残渣池；

（7）启动电机25带动离心装置22以500～2000转/分钟的转速转动，在离心力的作用下使液体中剩余的各种絮凝物、悬浮物进一步沉降下来；

（8）将离心装置22中的上层清液泵入压裂液配液罐中，然后开启离心装置22的出渣口B24，使离心沉降下来的絮凝物、悬浮物排出，进入泥浆池或残渣池。

本发明具有如下有益效果：本发明通过气液分离→油水分离→紫外线杀菌→在线pH值、在线总悬浮物含量测定→化学沉淀出高价金属离子→无机+有机絮凝沉降出悬浮物→离心处理进一步沉降出剩余悬浮物→加杀菌剂抑制细菌滋生→测定残余添加剂浓度→加损失的添加剂配制压裂液→压裂液性能评价→压裂施工等流程，对压裂液返排液进行回收处理，处理后的返排液水质达到配制压裂液要求，添加损失的添加剂后性能满足压裂施工要求，实现了压裂液重复利用。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：1、本发明不受压裂返排液类型的限制，对各种类型的压裂返排液均适用；2、本发明充分利用了压裂返排液中的残余添加剂和水资源；3、本发明的处理装置为撬装装置，连接与拆卸方便、快速，可避免非撬装装置现场管线布局、安装、调试、拆卸等工序耗时耗力，节约安装与拆卸费用；4、本发明的处理效果好，沉淀+絮凝+离心处理可除去大部分对压裂液性能影响大的高价金属离子和悬浮物，降低压裂返排液重复利用时对储层的伤害；5、本发明在线测定pH值、在线测定总悬浮物含量，可根据压裂返排液的水质实时调整处理药剂用量；6、本发明的工艺流程短，采用控制系统可自动控制药剂加注和各处理流程；7、本发明可根据现场处理规模，将多个撬装装置组合运用，提高处理能力。8、本发明的处理效果好，处理后的压裂返排液重复利用时满足压裂施工要求，实现了压裂液循环利用与节能减排。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中：

图1为本发明的压裂返排液重复利用方法流程示意图。

图2为图1中压裂返排液处理装置7的示意图。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

具体实施方式

显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。

实施例一：如图1、图2所示，一种压裂返排液重复利用方法及处理装置。

返排井1；气液分离装置2；沉降池3；提升泵A4；储油罐5；提升泵B6；压裂返排液处理装置7；提升泵C8；压裂液配液罐9；沉淀絮凝罐10；搅拌器11；在线pH计12；在线TSS（总悬浮物含量）计13；紫外线杀菌器14；药剂罐A15；药剂罐B16；药剂罐C17；计量泵A18；计量泵B19；计量泵C20；出渣口A21；离心装置22；提升泵D23；出渣口B24；电机25；控制系统26。

A端为加破乳剂，B端为进气体燃烧装置燃烧，C端为加杀菌剂,D端为加损失的添加剂,E端为重复利用压裂施工,F端为添加剂残余浓度分析,G端为压裂液性能评价；

H端为沉降池3上层清液流入,I端为流向泥浆池或者残渣池,J端为流向泥浆池或者残渣池,K端为流向压裂液配液罐9。

（1）压裂返排液从返排井1返排出来，经过气液分离装置2进行气液分离，气体在气体燃烧装置中燃烧，液体进入沉降池3；

（2）压裂返排液中无油、无乳液，将压裂返排液在沉降池3中自然沉降两天，返排液中的砂、岩屑及大颗粒机械杂质沉降在池底；

（3）开启提升泵B6，将沉降池3中的上层液体泵入压裂返排液处理装置7中，压裂返排液首先进入压裂返排液处理装置7的沉淀絮凝罐10中；

（4）启动控制系统26；

（5）紫外线杀菌器14自动开启，对沉淀絮凝罐10中的液体进行杀菌；

（6）控制系统26通过在线pH计12实时检测出液体的pH值，通过在线TSS（总悬浮物含量）计13实时检测出总悬浮物含量；

（7）控制系统26根据液体的pH值计算出pH值调节剂的用量，根据液体的总悬浮物含量计算出无机絮凝剂、高分子有机絮凝剂的用量；

（8）启动搅拌器11，开启计量泵A18，向沉淀絮凝罐10中泵入计量的pH值调节剂，将液体的pH值调节至8.5～9.5，使压裂返排液中的钙、镁、铁等高价金属离子大部分被沉淀出来；

（9）开启计量泵B19，向沉淀絮凝罐10中泵入计量的无机絮凝剂，搅拌10分钟；

（10）开启计量泵C20，向沉淀絮凝罐10中泵入计量的高分子有机絮凝剂，搅拌5分钟后停止搅拌；

（11）静置20分钟，液体中的悬浮物、沉淀物被絮凝、聚集、沉降在沉淀絮凝罐10底部；

（12）开启提升泵D23，将沉淀絮凝罐10中的上层清液泵入离心装置22中；

（13）打开沉淀絮凝罐10的出渣口A21，使沉淀絮凝下来的悬浮物、沉淀等排出，进入泥浆池或残渣池；

（14）启动电机25，带动离心装置22以800转/分钟的转速转动，在离心力的作用下使液体中剩余的各种絮凝物、悬浮物进一步沉降在离心装置22的底部；

（15）开启提升泵C8，将离心装置22中的上层清液泵入压裂液配液罐9中；

（16）打开离心装置22的出渣口B24，使离心沉降下来的絮凝物、悬浮物排出，进入泥浆池或残渣池；

（17）向压裂液配液罐9中加入计量的杀菌剂，抑制细菌滋生；

（18）在压裂液配液罐9取小样，测定液体中的残余添加剂浓度；

（19）根据残余添加剂浓度，向压裂液配液罐9中加入损失的添加剂；

（20）按照“SY/T5107-2005水基压裂液性能评价方法”测定压裂液的性能；

（21）压裂施工。

压裂返排液重复利用时的液体性能见下表，全部满足“SY/T6376-2008压裂液通用技术条件”的要求。

表1实施例一压裂返排液重复利用时的液体性能

实施例二：

（2）压裂返排液中有油和乳液，向沉降池3入液口加入计量的破乳剂，使乳液破乳后油水分离；

（3）开启提升泵A4，将分离出的油泵入储油罐5中，每天向储油罐5中泵入分离出的油1～3次；

（4）将压裂返排液在沉降池3中自然沉降一天，返排液中的砂、岩屑及大颗粒机械杂质沉降在池底；

（5）开启提升泵B6，将沉降池3中的上层液体泵入压裂返排液处理装置7中，压裂返排液首先进入压裂返排液处理装置7的沉淀絮凝罐10中；

（6）启动控制系统26；

（7）紫外线杀菌器14自动开启，对沉淀絮凝罐10中的液体进行杀菌；

（8）控制系统26通过在线pH计12实时检测出液体的pH值，通过在线TSS（总悬浮物含量）计13实时检测出总悬浮物含量；

（9）控制系统26根据液体的pH值计算出pH值调节剂的用量，根据液体的总悬浮物含量计算出无机絮凝剂、高分子有机絮凝剂的用量；

（10）启动搅拌器11，开启计量泵A18，向沉淀絮凝罐10中泵入计量的pH值调节剂，将液体的pH值调节至8.5～9.5，使压裂返排液中的钙、镁、铁等高价金属离子大部分被沉淀出来；

（11）开启计量泵B19，向沉淀絮凝罐10中泵入计量的无机絮凝剂，搅拌12分钟；

（12）开启计量泵C20，向沉淀絮凝罐10中泵入计量的高分子有机絮凝剂，搅拌5分钟后停止搅拌；

（13）静置30分钟，液体中的悬浮物、沉淀物被絮凝、聚集、沉降在沉淀絮凝罐10底部；

（14）开启提升泵D23，将沉淀絮凝罐10中的上层清液泵入离心装置22中；

（15）打开沉淀絮凝罐10的出渣口A21，使沉淀絮凝下来的悬浮物、沉淀等排出，进入泥浆池或残渣池；

（16）启动电机25，带动离心装置22以1000转/分钟的转速转动，在离心力的作用下使液体中剩余的各种絮凝物、悬浮物进一步沉降在离心装置22的底部；

（17）开启提升泵C8，将离心装置22中的上层清液泵入压裂液配液罐9中；

（18）打开离心装置22的出渣口B24，使离心沉降下来的絮凝物、悬浮物排出，进入泥浆池或残渣池；

（19）向压裂液配液罐9中加入计量的杀菌剂，抑制细菌滋生；

（20）在压裂液配液罐9取小样，测定液体中的残余添加剂浓度；

（21）根据残余添加剂浓度，向压裂液配液罐9中加入损失的添加剂；

（22）按照“SY/T5107-2005水基压裂液性能评价方法”测定压裂液的性能；

（23）压裂施工。

表2实施例二压裂返排液重复利用时的液体性能

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种压裂返排液重复利用方法，其特征在于含有以下步骤：

步骤a、压裂返排液从井口返排出来，经过气液分离装置进行气液分离；

步骤b、经气液分离装置分离后的液体进入沉降池，经自然沉降去除砂、岩屑及大颗粒机械杂质，经破乳去除油；

步骤c、经除砂、除油处理后的液体泵入压裂返排液处理装置，通过紫外线杀菌、化学沉淀、絮凝沉降、离心沉降处理，去除细菌、高价金属离子和悬浮物；

步骤d、经除细菌、除高价金属离子、除悬浮物处理后的液体进入压裂液配液罐；

步骤e、分析压裂液配液罐中液体的残余添加剂浓度；

步骤f、向压裂液配液罐中补充损失的添加剂；

步骤g、检测压裂液性能；

步骤h、压裂施工。

2.根据权利要求1所的一种压裂返排液重复利用方法，其特征在于还包括下列步骤：

(1)压裂返排液从返排井返排出来，经过气液分离装置进行气液分离，气体在气体燃烧装置中燃烧，液体进入沉降池；

(2)压裂返排液在沉降池中自然沉降一天以上，返排液中的砂、岩屑及大颗粒机械杂质沉降在池底；如果返排液含有乳液，则在沉降的过程中向沉降池入液口加入计量的破乳剂，使乳液油水分离，并通过管线和提升泵A定期将分离出来的油泵入储油罐；

(3)通过提升泵B将沉降池中的上层液体泵入压裂返排液处理装置进行处理；

(4)经压裂返排液处理装置处理后的液体通过提升泵C泵入压裂液配液罐中，加入杀菌剂抑制细菌滋生，并取小样测定液体中的残余添加剂浓度；

(5)根据残余添加剂浓度确定补充的添加剂用量，按照常用压裂液配制方法向压裂液配液罐中加入损失的添加剂，并按照“SY/T5107-2005水基压裂液性能评价方法”测定压裂液的性能，满足施工要求后用于压裂施工。

3.根据权利要求1所的一种压裂返排液重复利用方法，其特征在于还包括下列步骤：

(1)压裂返排液首先进入沉淀絮凝罐中，经紫外线杀菌器杀菌，并通过在线pH计测定液体的pH值，通过在线TSS计测定总悬浮物含量；

(2)在药剂罐A、药剂罐B、药剂罐C中分别加入pH值调节剂、无机絮凝剂和高分子有机絮凝剂；

(3)根据液体的pH值，向沉淀絮凝罐中泵入计量的pH值调节剂，将压裂返排液的pH值调节至8.5～9.5，使压裂返排液中的钙、镁和/或铁高价金属离子大部分被沉淀出来；

(4)根据液体的总悬浮物含量，向沉淀絮凝罐中泵入计量的无机絮凝剂，对液体中的各种悬浮物进行絮凝；

(5)根据液体的总悬浮物含量，向沉淀絮凝罐中泵入计量的高分子有机絮凝剂，将液体中絮凝的悬浮物聚集成团，使其因重力而沉降下来；

(6)将沉淀絮凝罐中的上层清液泵入离心装置中，然后开启沉淀絮凝罐的出渣口A，使沉淀絮凝下来的悬浮物和沉淀排出，进入泥浆池或残渣池；

(7)启动电机带动离心装置以500～2000转/分钟的转速转动，在离心力的作用下使液体中剩余的各种絮凝物和悬浮物进一步沉降下来；

(8)将离心装置中的上层清液泵入压裂液配液罐中，然后开启离心装置的出渣口B，使离心沉降下来的絮凝物和悬浮物排出，进入泥浆池或残渣池。

4.一种压裂返排液重复利用处理装置，其特征在于药剂罐A、药剂罐B、药剂罐C分别通过计量泵A、计量泵B、计量泵C和管线与沉淀絮凝罐连接；离心装置通过提升泵D和管线与沉淀絮凝罐连接；沉淀絮凝罐带有搅拌器，安装有在线pH计、在线TSS计和紫外线杀菌器；离心装置为可高速转动不锈钢罐，罐体上部为圆柱形，罐体下部为圆锥形；沉淀絮凝罐为圆形不锈钢罐，罐上安装有搅拌器、在线pH计、在线TSS计和紫外线杀菌器；三个不锈钢材质的药剂罐A、药剂罐B、药剂罐C分别通过计量泵A、计量泵B、计量泵C和管线连接在沉淀絮凝罐上，可以向沉淀絮凝罐中泵入计量的不同液体药剂；沉淀絮凝罐上端半封闭，下端有一个带阀门的大口径的出渣口A；离心装置通过管线、提升泵D与沉淀絮凝罐连接；离心装置为可高速转动不锈钢罐，罐体上部为圆柱形，中心连接有可上下调节高度的管线，并与压裂液配液罐连接；离心装置的罐体下部为圆锥形，且连接有一个带阀门的大口径的出渣口B和一个可带动离心装置转动的电机；离心装置可在转动时密封；控制系统通过数据线与各部分连接。