CN105016536A - 高含盐压裂返排液及气田水回收利用处理系统及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高含盐压裂返排液及气田水回收利用处理系统及工艺，处理系统包括依次连接的斜板除油器、氧化气浮器和陶瓷膜过滤器，经本系统处理后的水，可回用于压裂滑溜水用水的配制；进一步地，在氧化气浮器和陶瓷膜过滤器之间设置有硬度处理装置，经本系统处理后的水，可回用于压裂胶粘液用水的配制。本发明的积极效果是：通过对页岩气开发过程中产生的高含盐压裂返排液和气田水(50000mg/l≤TDS≤150000mg/l)处理后，回用做为页岩气开发井组的压裂用水，从而大大减少对水资源的需求，同时也减少了废水处置的挑战。

Description

高含盐压裂返排液及气田水回收利用处理系统及工艺

技术领域

本发明属于环保技术中的节能减排领域，具体涉及一种实现页岩气开发高含盐(50000mg/l≤TDS≤150000mg/l)压裂返排液及气田水回收利用处理系统及工艺。

背景技术

美国是世界上开发利用页岩气资源最早最成功的国家，其页岩气的开发主要采用水力压裂法，在这一过程中已经带来水资源匮乏、环境破坏及其采出水处理等方面的挑战。国际管理咨询公司埃森哲最新发布的报告《水资源和页岩气开发：利用美国全新页岩气开发经验》显示，“全球页岩气资源的开发已步入了快速发展的轨道，然而，由此引发的环境问题依然令人堪忧，尤其是有关水资源利用问题更是如此。”

我国从2009年底以来，开始积极筹划页岩气资源战略调查和勘探开发战略构想。然而，目前中国各方面都将注意力集中在如何保障和促进页岩气资源的勘探开发技术和政策上，忽略了页岩气资源开发可能带来的水资源挑战、环境污染及防治措施等问题。国内页岩气开采也面临着水资源利用的挑战，其程度已远远超出其在北美及加拿大页岩气开采所面临的情况，主要体现在以下几个方面：水资源消耗巨大；压裂返排液及气田水水量大；压裂返排液及气田水成分复杂，处置难度大。

在污水处理上，国内尚无成熟的污水处理和循环利用经验，尤其是将“压裂返排液”和“气田水”进行处理后将其再利用于水力压裂作业的技术。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，本发明提供了一种高含盐压裂返排液及气田水回收利用处理系统及工艺。

本发明所采用的技术方案是：一种高含盐压裂返排液及气田水回收利用处理系统，包括依次连接的斜板除油器、氧化气浮器和陶瓷膜过滤器；

所述斜板除油器包括设置在斜板除油器上方的一级斜板沉淀区和二级斜板区，设置在斜板除油器下方的泥斗，所述泥斗与排泥管连接，在一级斜板沉淀区和二级斜板区上方设置有链板式刮油机，所述刮油机依次与集油槽、排油管连接；

所述氧化气浮器包括氧化池和气浮池，所述气浮池包括高效旋流离心混合器和设置在池底的多孔集水板，所述多孔集水板通过与清水区连通；

所述陶瓷膜过滤器的精度为5-30微米。

进一步地，在氧化气浮器和陶瓷膜过滤器之间设置有硬度处理装置。

本发明还提供了一种高含盐压裂返排液及气田水回收利用处理系统，包括如下步骤：

步骤一、去浮油和可沉降固体：

经水量和水质调节后的压裂返排液及气田水首先进入斜板除油器的一级斜板沉淀区去除大部分的油和悬浮物，然后进入二级斜板区进一步去除小油滴和悬浮物；

步骤二、进行氧化反应、絮凝及固液分离：

经过步骤一去除浮油和可沉降固体后的污水，首先进入氧化池中通过氧化剂对聚合物及部分有机物进行氧化分解；然后进入气浮池中通过高效旋流离心混合器进行固液分离；

步骤三、进行气、液、固分离、浓缩与净化：

经过氧化气浮器处理后的污水，进入陶瓷膜过滤装置，经过气、液、固分离、浓缩与净化后，进入回收利用装置。

进一步地，经步骤二处理后的水，在进入步骤三之前先进入硬度处理装置，以去除污水中的钙、镁、锶、钡及镭等金属离子，降低水质硬度。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：通过对页岩气开发过程中产生的高含盐压裂返排液和气田水(50000mg/l≤TDS≤150000mg/l)处理后，回用做为页岩气开发井组的压裂用水，从而大大减少对水资源的需求，同时也减少了废水处置的挑战。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本发明的回用于压裂滑溜水用水的系统原理图；

图2为本发明的回用于压裂胶粘液用水的系统原理图。

具体实施方式

一种高含盐压裂返排液及气田水回收利用处理系统，如图1所示，包括：斜板除油器1、一级提升泵2、氧化气浮器3、二级提升泵4、陶瓷膜过滤器5、浓液罐6、循环泵7等，其中：

污水经斜板除油器1重力除去浮油及可沉固体后，由一级提升泵2提升进入氧化气浮器3先进行除油除SS，之后由二级提升泵4提升经陶瓷膜过滤器5的底部进口进入陶瓷膜过滤器5进行气、液、固分离，处理后的污水经陶瓷膜过滤器5的中部出口进入回收利用装置(可与新鲜水掺和，配制压裂滑溜水)。

陶瓷膜过滤器5顶部的出口与浓液罐6的顶部进口连接，浓液罐6的底部出口与循环泵7的进口连接，循环泵7的出口与陶瓷膜过滤器5的进口连接。以便将浓液由循环泵7打回陶瓷膜过滤器5进行循环处理。

如图2所示，本发明的回收利用处理系统还可以在氧化气浮器3和二级提升泵4之间设置硬度处理装置8、污泥泵9等，其中：

污水经斜板除油器1重力除去浮油及可沉固体后，由一级提升泵2提升进入氧化气浮器3先进行除油除SS，之后自流进入硬度处理装置8，去除污水中的钙、镁、锶、钡及镭等二价金属后，之后由二级提升泵4提升经陶瓷膜过滤器5的底部进口进入陶瓷膜过滤器5进行固液分离，处理后的污水经陶瓷膜过滤器5的中部出口进入回收利用装置(可与新鲜水掺和，配制压裂胶粘液)。

所述硬度处理装置8的污泥出口与污泥泵9的进口连接，污泥泵9的出口与硬度处理装置8的进口连接，用于对污泥的循环利用。

同样地，陶瓷膜过滤器5顶部的出口与浓液罐6的进口连接，浓液罐6的出口与循环泵7的进口连接，循环泵7的出口与陶瓷膜过滤器5的进口连接。以便将浓液由循环泵7打回陶瓷膜过滤器5进行循环处理。

本发明还提供了一种高含盐压裂返排液及气田水回收利用处理工艺，包括如下步骤：

步骤一、去浮油和可沉降固体：

经水量和水质调节后的压裂返排液及气田水进入斜板除油器1上部，首先进入一级斜板沉淀区，悬浮物随水流升至斜板沉淀区，分离后的固体悬浮物在重力作用下下沉至泥斗，大油滴则浮至液面上，去除较大部分的油和悬浮物；之后污水进入二级斜板区，水中悬浮物迅速下沉至斜板上，当达到一定量时，滑至泥斗，连同一级除油区中的污泥一起由排泥管排出，小油滴逐渐聚集成较大油滴，然后顺斜板上浮至水面，经链板式刮油机刮至集油槽，最后通过自流进入排油管。

处理后污水浮油(油比重≤0.95)去除率约为90％，可沉降固体去除率约80％。

步骤二、进行氧化反应、絮凝及固液分离：

经除油除大颗粒沉降固体后的水，首先进入氧化气浮器3中，在氧化池中，加入氧化剂以氧化分解聚合物及部分有机物；原水在氧化池中充分反应后进入气浮池进行固液分离。

气浮采用高效溶气气浮(IDAF)，污水进入IDAF全封闭高效气浮系统中的高效旋流离心混合器，与同时进入高效混合器的高压空气进行充分混合，一方面在高压条件下空气溶入水中，另一方面空气被高速旋转水力旋流切割成细小微气泡，与污水中的微小油滴充分碰撞接触，形成机械破乳，聚集成大油滴，细小悬浮物也充分碰撞。油滴和悬浮物密度比水小，夹带着微小气泡的油滴和悬浮物密度更小，高效离心混合器中被旋转离心力逐步与水分离，水紧贴管壁，密度小的物质在管中心，实现了离心分离。高效旋流离心混合器有3-5级，可实现多级旋流混合和分离。在最后一级高效离心混合器的末端，压力降低，夹带在油滴、悬浮物中的溶气慢慢释放长大，浮力越来越大，可以不借助外力自行上浮，最终形成浮渣被刮除，清水通过池底放置的多孔集水板进入清水提升槽，随后重力流溢流进入清水区。

步骤三、进行气、液、固分离、浓缩与净化：

经过氧化气浮器处理后的污水，进入陶瓷膜过滤装置，经过气、液、固分离、浓缩与净化后，可与新鲜水掺和，回用于页岩气田压裂液中滑溜水的配制。

陶瓷过滤装置是以陶瓷过滤元件为核心的一种集过滤、排渣、清洗再生为一体的气、液、固分离与净化装置，是一种“错流过滤”形式的流体分离过程。陶瓷膜管壁密布微孔，在压力作用下，原料液在膜管内或膜外侧流动，小于膜孔径的物质(或液体)透过膜，大于膜孔径的大分子物质(或固体)被膜截留，从而达到分离、浓缩、纯化和环保等目的。

根据介质的特性及过滤参数的不同，过滤装置采用不同过滤精度、不同过滤面积的微孔陶瓷过滤元件。其壳体材料主要有：碳钢、不锈钢、搪玻璃、碳钢衬氟和衬胶等，过滤器精度5-30微米。

过滤装置性能特点如下：

1)化学稳定性好、耐酸、耐碱、耐有机溶剂；

2)错流过滤，不会形成滤饼，持续操作时间长；

3)机械强度大，可承受几十个大气压的外压；

4)不对称膜孔径分布，可反向冲洗，再生能力强；

5)抗微生物能力强，不与微生物发生作用；

6)耐高温，一般可以在400℃以下操作，最高可以达800℃；

7)孔径分布窄，分离效率高；

8)分离过程简单，配套装置少，能耗低，操作运转简便；

9)使用寿命长。

进一步地，经步骤二处理后的水，在进入步骤三的陶瓷膜过滤装置前，也可以先进入硬度处理装置，使气田水中的钙、锶、镁、钡及镭二价阳离子形成碳酸盐或氢氧化物沉淀，最后从硬度处理装置中去除：

根据部分金属硫酸盐、碳酸盐为难溶物质，其溶解积很小的特点，在水中加入适量的碳酸根、硫酸根与该类金属离子发生反应，生产硫酸盐、碳酸盐沉淀，达到去除钙、镁、锶、钡及镭等有害金属离子，降低水质硬度的目的。

所述硬度处理装置集混合、反应及沉淀功能于一体，使得装置处理效果稳定，占地较小，投资较省。

去除硬度后的污水，通过泵压力输送至陶瓷膜过滤装置，经过滤后，水中的残余固体颗粒直径将在25微米以下，之后与新鲜水掺和，回用于页岩气田压裂液中胶粘液的配制。

Claims (9)

1.一种高含盐压裂返排液及气田水回收利用处理系统，其特征在于：包括依次连接的斜板除油器、氧化气浮器和陶瓷膜过滤器；

所述斜板除油器包括设置在斜板除油器上方的一级斜板沉淀区和二级斜板区，设置在斜板除油器下方的泥斗，所述泥斗与排泥管连接，在一级斜板沉淀区和二级斜板区上方设置有链板式刮油机，所述刮油机依次与集油槽、排油管连接；

所述氧化气浮器包括氧化池和气浮池，所述气浮池包括高效旋流离心混合器和设置在池底的多孔集水板，所述多孔集水板与清水区连通；

所述陶瓷膜过滤器的精度为5-30微米。

2.根据权利要求1所述的高含盐压裂返排液及气田水回收利用处理系统，其特征在于：所述陶瓷膜过滤器的出口与浓液罐的进口连接，浓液罐的出口与循环泵的进口连接，循环泵的出口与陶瓷膜过滤器的进口连接。

3.根据权利要求1或2所述的高含盐压裂返排液及气田水回收利用处理系统，其特征在于：在氧化气浮器和陶瓷膜过滤器之间设置有硬度处理装置。

4.根据权利要求3所述的高含盐压裂返排液及气田水回收利用处理系统，其特征在于：所述硬度处理装置的污泥出口与污泥泵的进口连接，污泥泵的出口与硬度处理装置的进口连接。

5.根据权利要求3所述的高含盐压裂返排液及气田水回收利用处理系统，其特征在于：在氧化气浮器中设置有一级提升泵。

6.根据权利要求3所述的高含盐压裂返排液及气田水回收利用处理系统，其特征在于：在硬度处理装置与陶瓷膜过滤器之间设置有二级提升泵。

7.根据权利要求1或2所述的高含盐压裂返排液及气田水回收利用处理系统，其特征在于：在氧化气浮器和陶瓷膜过滤器之间设置有二级提升泵。

8.一种高含盐压裂返排液及气田水回收利用处理工艺，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、去浮油和可沉降固体：

经水量和水质调节后的压裂返排液及气田水首先进入斜板除油器的一级斜板沉淀区去除大部分的油和悬浮物，然后进入二级斜板区进一步去除小油滴和悬浮物；

步骤二、进行氧化反应、絮凝及固液分离：

经过步骤一去除浮油和可沉降固体后的污水，首先进入氧化池中通过氧化剂对聚合物及部分有机物进行氧化分解；然后进入气浮池中通过高效旋流离心混合器进行固液分离；

步骤三、进行气、液、固分离、浓缩与净化：

经过氧化气浮器处理后的污水，进入陶瓷膜过滤装置，经过气、液、固分离、浓缩与净化后回收利用。

9.根据权利要求8所述的高含盐压裂返排液及气田水回收利用处理工艺，其特征在于：经步骤二处理后的水，在进入步骤三之前先进入硬度处理装置，以去除污水中的钙、镁、锶、钡及镭等金属离子，降低水质硬度。