CN105347542A - 一种利用瓜胶压裂返排液水处理后重复利用工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用瓜胶压裂返排液水处理后重复利用工艺，所述工艺包括如下步骤：返排液先经过固液分离装置，然后进入油水分离装置，再进入回收装置统一回收；返排液由回收装置进入氧化池，加入氧化剂进行氧化处理，在氧化处理后的压裂返排液中加入絮凝剂进行絮凝沉淀，沉淀后进入气浮装置，返排液从气浮装置出来后，进入化学沉淀池，加入过铵去除剂并调节pH值，返排液中过硫酸根离子和镁离子通过化学反应产生沉淀，经过滤装置将沉淀物分离。本发明所述的压裂返排液的处理工艺，工艺简单，节约了水资源，降低了成本，COD去除率高，再配压裂液能重复使用，再配压裂液具有抗高温剪切能力，不影响压裂施工效果。

Description

一种利用瓜胶压裂返排液水处理后重复利用工艺
技术领域
本发明属于油气井压裂返排液水处理技术领域，尤其是涉及一种利用瓜胶压裂返排液水处理后重复利用工艺。
背景技术
水力压裂技术被公认为最有实效的油气井增产措施，目前在国内外广泛应用。在压裂施工作业结束后，压裂液通过油管或套管返排到地面，由于压裂液中添加了大量的增稠剂、交联剂、破胶剂、助排剂和防膨剂等各种化学添加剂，因此在返排液中离子组分复杂，同时伴有大量的固相悬浮物和有机物，直接排放会带来一定的环境污染。对于水资源缺乏地区，直接排放也浪费大量的水资源。若利用返排液简单处理后重复配液，返排液中各离子组分对压裂液性能影响非常大，使压裂液性能无法达到压裂液标准要求。
专利《一种天然气井返排压裂液回收再利用系统》(专利申请号：201220050049.4)中公开了一种适用于低分子可回收压裂液的回收再利用系统，低分子压裂液在施工过程中不需要氧化类破胶剂，通过调整压裂液体系的pH值控制压裂液的交联状态，实现破胶。由于没有添加氧化类破胶剂，返排液中稠化剂的化学结构不受破坏，压裂返排液进行回收处理后可以循环使用。低分子压裂液的耐温性较差，使用较少。目前广泛使用的仍然是瓜胶类增稠剂，通过氧化剂进行破胶，该技术无法进行瓜胶类压裂液回收再利用的处理。
专利《一种压裂返排液深度处理方法》(专利申请号：201010237746.6)中公开了一种对压裂返排液深度处理的方法，通过加入氧化剂进行破胶和絮凝剂混凝处理，可以有效去除返排液中的COD，出水能满足国家污水排放标准。但无法去除返排液中残余氧化剂，矿化度仍然非常高，无法进行重复配液使用。
专利《压裂返排液处理后用于配液的成分调节装置》(专利申请号：201310108977.0)中公开了一种压裂返排液处理后用于配液的装置及方法，首先经初步的除油、除泥和除砂处理后的压裂返排液进入氧化还原调节单元，去除返排液中的部分有机物、降低COD、杀菌剂，并调节水质的ORP在-200mV～200mV之间；然后进入离子调节单位，去除水质中的高价元素，并经过絮凝沉降分离；通过调节pH值后进行配液。其中专利中未见有除氧化剂离子的单元，因为返排液中有残余的氧化剂，是影响再配液体性能非常重要的一个组分，必须要除去才可以进行再配液，再配压裂液的各种性能才能达到标准要求。
专利《一种压裂返排液的处理方法》(申请专利号：20130386888.2)中公开了一种压裂返排液的处理方法，通过加入一定量的复合型絮凝剂进行混凝反应后，再经催化氧化和电絮凝氧化工艺的处理后，最后可以外排或实现回用。专利中未见有氧化剂的处理单元，对于普通瓜胶返排液处理后无法满足压裂液的各种性能指标，同时处理经过多级催化氧化和电絮凝工艺，处理费用较高。
经研究，对于瓜胶类压裂液，pH、金属阳离子和铵盐对交联和耐高温剪切性能的影响最大。压裂返排液经过预处理除去固体、油相后，采取适当的工艺去除返排液中的金属阳离子及铵盐后，调整适当的pH值能够重新配制压裂液达到重复利用的目的。该处理工艺处理简单，经济方便。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种利用瓜胶压裂返排液水处理后重复利用工艺，本发明的技术方案是这样实现的：
一种利用瓜胶压裂返排液水处理后重复利用工艺，包括如下步骤：
(1)预处理：压裂返排液从井口排出过程中，返排液中含有油类物质和泥砂等大颗粒悬浮物，尤其油类物质沾到设备上较难清理，为减小后续处理难度，返排液从井口出来后首先进行预处理。返排液从井口出来后先经过固液分离装置，除去返排液中泥砂等大颗粒固相物质，再进入油水分离装置，以除去返排液中的油类物质，然后进入回收装置统一回收，便于后续程序处理，而分离出来的油类物质单独回收后再处理；
(2)氧化处理：预处理后的返排液从回收装置进入氧化池，在氧化池中调节pH值至6～8或不调节pH，加入氧化剂进行氧化处理，搅拌1～2小时；
(3)絮凝沉淀：在氧化处理后的压裂返排液中加入絮凝剂进行絮凝沉淀，在絮凝剂的作用下，悬浮的有机物如小分子瓜胶残链等相互凝聚使微粒变大，形成絮凝体；
(4)气浮分离：返排液经絮凝沉淀处理后，进入气浮装置，该装置将絮凝后的悬浮物与溶液分离；
(5)化学沉淀：经过一系列的处理后的返排液中含有较高浓度的过铵离子和金属离子，研究发现过铵离子和部分金属离子如Mg2+、Ca2+等对再配压裂液的抗温剪切性能影响非常大，必须进一步除去。返排液从气浮装置出来后，进入化学沉淀池，加入过铵去除剂并调节pH值6～8，使返排液中过硫酸根离子、镁离子生成沉淀，经过滤装置将沉淀物分离。
进一步的，所述步骤(5)中调节pH值使用的物质是烧碱。
进一步的，所述步骤(2)中氧化剂为次氯酸钠、双氧水、高猛酸钾中的一种或几种，添加的氧化剂的质量分数为1％～5％。
进一步的，所述步骤(3)中絮凝剂由聚合氯化铝和聚合硫酸铁组成，其中聚合氯化铝的加入浓度为200～300mg/L，聚合硫酸铁的加入浓度为100～200mg/L。
进一步的，所述步骤(5)中过铵去除剂包括NaHSO3和Na2CO3，其中NaHSO3与过硫酸根离子物质的量之比为1：1，反应生成的SO4 2-，Ca2+和Mg2+分别跟Na2CO3物质的量之比1：1反应生成沉淀除去。
相对于现有技术，本发明所述的一种利用瓜胶压裂返排液水处理后重复利用工艺具有以下优势：
(1)本发明所述的利用瓜胶压裂返排液水处理后重复利用工艺，该工艺简单，处理后能重复利用，不但节约了水资源，而且减少了为达排放标准的其他处理程序所带来的处理费用，降低了成本。
(2)本发明所述的利用瓜胶压裂返排液水处理后重复利用工艺，COD去除率为90％以上，由于经过了过铵处理程序，处理后的液体可以进行再配压裂液重复使用，再配压裂液具有抗高温剪切能力，满足压裂施工工艺的要求。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，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。在附图中：
图1为瓜胶压裂返排液水处理后重复利用工艺示意图；
图2为处理液配制瓜胶压裂液后耐温耐剪切实验曲线图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
本发明的处理工艺系统，对某油田单口井进行压裂施工作业后的返排液进行处理，设计处理总水量为200m3/d，每天以24小时连续运行设计；
压裂返排液水质
表1压裂返排液水质数据
项目名称 含量，mg/L
PH 7.19
COD 7830
石油类 520
固相(泥土、砂等) 6940
预处理：压裂返排液从井口排出后，首先进行预处理。返排液依次通过固液分离装置和油水分离装置，以除去返排液中大颗粒泥砂等固相物质和油类物质，预处理后返排液水质情况如下：
表2预处理后返排液水质数据
从上表可以看出，经过预处理后，返排液中泥砂等固相物质及油类物质的去除率都在90％以上，对后续处理程序造成的影响将非常小。经过预处理后的返排液颜色呈淡黄色，先由回收装置进行回收。
氧化处理：预处理后的返排液pH为7.5，可无须pH值调节，由回收装置进入氧化池，加入氧化剂H2O2，加入浓度为3％，搅拌反应1小时，使未破胶的瓜胶分子彻底破胶；
絮凝处理：氧化处理结束后，即可进行絮凝沉淀处理。返排液由氧化池送入絮凝池，在絮凝池中加入絮凝剂PAC和PFS，PAC的加入浓度为200mg/L，PFS的加入浓度为100mg/L。然后搅拌半小时，絮凝反应4小时，使COD产生絮凝沉淀。
絮凝物分离：由气浮装置进行絮凝物与溶液分离操作。经本装置处理后的出水水质情况：出水COD：489mg/L，去除率93.8％；为无色液体。
水质离子情况为：
表3出水的离子组分分析数据
离子组分 含量，mg/L
PO4 3- 3010
Cl- 2910
Ca2+ 515
K+ 149
Fe2+ 130
根据表3中数据可以看出，Ca2+的浓度为515mg/L，再加入Na2CO3的浓度为515mg/L，调节pH值至7-9，使其进行化学反应0.5小时，产生化学沉淀物CaCO3。
过滤装置：由过滤装置将化学沉淀物碳酸钙进行分离操作。经过滤操作后，处理后的出水水质离子情况：
表4最后处理返排液的离子组分数据
离子组分 含量，mg/L
PO4 3- 3036
Cl- 3034
Ca2+ 52
K+ 129
Fe2+ 135
从上表可以看出，经化学沉淀操作后，Ca2+的浓度由515mg/L降到52mg/L，去除率为89.9％。钙离子浓度低于80mg/L时将不会影响压裂返排液耐温耐剪切性能。
将处理后的处理液再配制瓜胶压裂液，再配压裂液耐温性能如图2所示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种利用瓜胶压裂返排液水处理后重复利用工艺，其特征在于：包括如下步骤：
(1)预处理：返排液从井口出来后先经过固液分离装置，除去返排液中大颗粒固相物质，然后进入油水分离装置，除去返排液中的油类物质，再进入回收装置统一回收；
(2)氧化处理：预处理后的返排液从回收装置进入氧化池,测定氧化池内返排液的pH值，当pH为6～8时，直接加入氧化剂，当pH不在6～8的范围内时，需调节pH至6～8，然后再加入氧化剂进行氧化处理，搅拌1～2小时；
(3)絮凝沉淀：在氧化处理后的压裂返排液中加入絮凝剂进行絮凝沉淀；
(4)气浮分离：返排液经絮凝沉淀处理后，进入气浮装置，该装置将絮凝后的悬浮物与溶液分离；
(5)化学沉淀：返排液从气浮装置出来后，进入化学沉淀池，加入过铵去除剂并调节pH值6～8，除去返排液中过硫酸根离子，钙镁离子与加入添加剂反应生成沉淀，经过滤装置将沉淀物分离。
2.根据权利要求1所述的一种利用瓜胶压裂返排液水处理后重复利用工艺，其特征在于：步骤(5)中调节pH值使用的物质是烧碱。
3.根据权利要求1所述的一种利用瓜胶压裂返排液水处理后重复利用工艺，其特征在于：步骤(2)中氧化剂为次氯酸钠、双氧水、高猛酸钾中的一种或几种，添加的氧化剂的质量分数为1％～5％。
4.根据权利要求1所述的一种利用瓜胶压裂返排液水处理后重复利用工艺，其特征在于：步骤(3)中絮凝剂由聚合氯化铝和聚合硫酸铁组成，其中聚合氯化铝的加入浓度为200～300mg/L，聚合硫酸铁的加入浓度为100～200mg/L。
5.根据权利要求1所述的一种利用瓜胶压裂返排液水处理后重复利用工艺，其特征在于：步骤(5)中过铵去除剂包括NaHSO3和Na2CO3，其中NaHSO3与过硫酸根离子物质的量之比为1：1，反应生成SO4 2-，Ca2+和Mg2+分别跟Na2CO3物质的量之比1：1反应生成沉淀除去。
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