CN106396204B - 一种以气浮工艺为主的压裂返排液处理方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种以气浮工艺为主的压裂返排液处理方法及装置，所述的处理方法包括如下步骤：1)返排液通过返排管线进入均质调节池中；2)均质调节池中的液体通过提升泵进入到电解装置；3)经电解装置电解除垢后的液体进入到等离子气浮装置；4)上述的两个装置中产生的污泥进入到污泥处理装置实现压滤，产出的泥饼外运，浸出液回流；5）处理后的清水满足石油通用压裂液配制标准。用于上述处理方法的装置包括均质调节池、电解装置、等离子气浮装置及污泥处理装置，其中等离子气浮装置由等离子气浮池、加药装置及发泡‑雾化装置组成，本发明所述的处理方法工艺流程简单，处理周期短，处理装置具有实用、易于操作且运行成本低等优点。

Description

一种以气浮工艺为主的压裂返排液处理方法及装置
技术领域
本发明涉及一种压裂返排液的处理方法，具体涉及一种以气浮为主工艺的压裂返排液的处理方法及装置。
背景技术
鉴于对压裂液体系理解的深度问题，以及油服系统与水处理系统行业间的无形壁垒的存在。使大家在技术上没有进行过真正意义上的融通。
虽然压裂返排液处置课题进行了十多年之久，一直没有一套可以真正满足成本及现场需求的压裂返排液处置的方法及装置出现。
总的来讲压裂返排液的处理经历了三个阶段。
一、盲目复制阶段--除油除悬阶段：由于早期的承揽压裂返排液课题的团队均是以油田服务为核心课题的团队，不是水处理团队。因此他们的出发点也仅仅局限于对含油量、悬浮物含量、粒径中值、以及细菌数量为核心研究方向的团队。最具代表性的是北京欧泰克公司，其短板是并未进入到有机物总量、无机物总量对复配影响的深度，属于摸索阶段。
二、盲目消灭阶段--消灭所有的有机物无机物阶段：这个时期是由于油田各个单位意识到复配的关键因素并非是一个对含油量、悬浮物含量以及粒径中值有了精确认识后就可以面对的问题。于是，寻求了同济大学、鹏鹞集团、伟创力等水处理龙头企业研发的阶段。这些水业航母走了一条将有机物和无机离子全部去除的思路，出水已经达到饮用水级别，复配当时没有问题。可是建造成本、运行成本远远超过了石油系统能够承受的能力，而设备数量和体积庞大，也不能适应井场的要求。
三、认真分析，精准控制阶段：进入本阶段是基于对上述两次失败的认真总结，在这个阶段，(1)无机物：认真分析了各种阴阳离子的种类对复配的影响，并确认了影响的指标。(2)有机物：对返排液中阳离子、阴离子、中性有机物进行了全面分析，最终确定了影响因素及影响指标。最终根据上述结论反推出配套的压裂返排液处理方法及装置。
发明内容
为了解决现有处理压裂返排液的方法在实际使用过程中存在的工艺复杂和处理设备运行成本过高的问题，本发明提供了一种基于对返排液中有机物、无机物、细菌、pH值乃至复配的指标等多参数控制和协调的工艺方法及装置。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种以气浮工艺为主的压裂返排液处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：返排液通过返排管线进入均质调节池中；
步骤二：均质调节池中的液体通过第一提升泵进入到电解装置中，通过电解作用实现对Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Al3+、HCO3-、CO3 2-和Cl-去除，以及杀菌，使经过电解装置处理后的出水达到Ca2++Mg2+＜160，细菌总数＜1000，Cl-＜6000，Fe3++Fe2+＜8的指标；
步骤三：经电解装置电解除垢、杀菌后的液体通过第二提升泵进入到气浮装置中，首先在气浮装置进口处的附属装置加药装置中进行pH调节，将pH值调整到6～10的目的范围使冻状胶体解冻，然后再依次加入絮凝剂和助凝剂，接着再进入中气浮池中，通过气浮的卷扫、吸附及同向凝聚的作用下对机械杂质以及同类有机物进行较为彻底的去除，实现出水达到pH5.0-6.5，COD＜3500的指标；
步骤四：上述步骤二和步骤三中所产生的污泥进入污泥处理装置，在污泥处理装置中实现压滤，产出的泥饼外运，压滤液回流；
步骤五：处理后的清水满足石油通用压裂液配制标准。
步骤四中所述的污泥进入污泥处理装置后的处理方式为：从电解装置和气浮装置中收集到的污泥首先进入集泥池中，然后通过第一螺杆泵进入到压滤机中进行压滤，将产出的泥饼通过压滤机上连接的第二螺杆泵排出外运，压滤液进入到压滤液池中通过回流泵回流进入到气浮装置中。
步骤三中目的pH范围是通过添加pH调节剂来实现，pH调节剂为氢氧化钠。
步骤三中所述的絮凝剂为聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合硫酸铁、聚合氯化铁和聚合氯化硫酸铁中的一种。
步骤三中所述的助凝剂为聚丙烯酰胺。
步骤三中所述的絮凝剂的添加量为按每升返排液加入50-200ppm，助凝剂的添加量为按每升返排液加入1-2ppm。
一种以气浮工艺为主的压裂返排液处理装置，包括均质调节池、电解装置和气浮装置，所述的气浮装置由气浮池及附属的加药装置和发泡-雾化装置组成，其中均质调节池通过依次安装有第一提升泵和第一流量计的管线与电解装置的进水口相连接，电解装置出水口通过安装有第二提升泵的管线与加药装置相连，加药装置通过管线与气浮池的进水口相连，气浮池的出水口通过依次安装有第二流量计和第三提升泵的管线连接于现场清水罐罐体上，气浮池的底部设置有回流管线，回流管线上连接有发泡-雾化装置。
所述的电解装置和气浮装置均设置有污泥排出口，所述电解装置的污泥排出口和气浮装置的污泥排出口分别通过管线连接于污泥处理装置上。
所述的污泥处理装置包括集泥池、压滤机和压滤液池，集泥池的进水口分别通过管线与电解装置的污泥排出口及气浮装置的污泥排出口相连接，集泥池的出水口通过安装有第一螺杆泵的管线与压滤机的进水口相连，压滤机的出水口通过管线与压滤液池的进水口相连，压滤液池的出水口通过安装有回流泵的管线与气浮装置的附属装置发泡-雾化装置相连接。
所述的加药装置由搅拌器、加药桶、加压泵及管道混合器构成，搅拌器设置于加药桶中，加药桶通过加药泵与管道混合器相连接。
本发明采用的上述技术方案，具有以下优点：压裂返排液依次通过电解装置、气浮装置及污泥处理装置后能够有效地降低压裂返排液的COD值和粘度，在pH为5.0-6.5之间时温度100℃，粘度在50mPa.s以上达九十分钟，并使净化水中细菌的个数及有机物含量明显下降，达到了SYT6376-1998水基冻胶压裂液通用技术指标；本发明所提供的一种以气浮工艺为主的压裂返排液处理装置具有结构简单、易于操作且运行成本低等优点。
附图说明
图1是一种以气浮工艺为主的压裂返排液处理方法的流程示意图；
图2是一种以气浮工艺为主的压裂返排液处理装置的结构示意图；
图3是气浮装置的示意图；
图4是处理后液体复配时的粘稳曲线；
附图标记如下：1-均质调节池，2-电解装置，3-加药装置，4-气浮池，5-集泥池，6-压滤机，7-压滤液池，8-发泡-雾化装置，9-第一提升泵，10-第二提升泵，11-第三提升泵，12-第一螺杆泵，13-第二螺杆泵，14-回流泵，15-第一流量计，16-第二流量计。
具体实施方式
实施例1：
本发明涉及一种压裂返排液的处理方法，在总结了大量影响因素后，形成的一整套的处理方法及装置，最终目的是使经本发明所述的一种以气浮工艺为主的压裂返排液处理方法及装置处理后的出水能够达到复配压裂液并且达到通用的石油压裂液的标准。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
如附图1所示，一种以气浮工艺为主的压裂返排液处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：返排液通过返排管线进入均质调节池1中；
步骤二：均质调节池1中的液体通过第一提升泵9进入到电解装置2中，通过电解作用实现对Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Al3+、HCO3-、CO3 2-和Cl-去除，以及杀菌，使经过电解装置2处理后的出水达到Ca2++Mg2+＜160，细菌总数＜1000，Cl-＜6000，Fe3++Fe2+＜8的指标；
步骤三：经电解装置2电解除垢、杀菌后的液体通过第二提升泵10进入到气浮装置中，首先在气浮装置进口处的附属装置加药装置3中进行pH调节，将pH值调整到6～10的目的范围使冻状胶体解冻，然后再依次加入絮凝剂和助凝剂，接着再进入气浮池4中，通过气浮的卷扫、吸附及同向凝聚的作用下对机械杂质以及同类有机物进行较为彻底的去除，实现出水达到pH5.0-6.5，COD＜3500的指标；
步骤四：上述步骤二和步骤三中所产生的污泥进入污泥处理装置，在污泥处理装置中实现压滤，产出的泥饼外运，压滤液回流；
步骤五：处理后的清水满足石油通用压裂液配制标准。
步骤四中所述的污泥进入污泥处理装置后的处理方式为：从电解装置2和气浮装置中收集到的污泥首先进入集泥池5中，然后通过第一螺杆泵12进入到压滤机6中进行压滤，将产出的泥饼通过压滤机6上连接的第二螺杆泵13排出外运，压滤液进入到压滤液池7中通过回流泵14回流进入到气浮装置中。
如附图2所示，本发明用于上述的一种压裂返排液的处理方法的装置，包括均质调节池1、电解装置2和气浮装置，电解装置2选用常规的除硬度电解装置；其特征是：所述的气浮装置由气浮池4及附属的加药装置3和发泡-雾化装置8组成，其中均质调节池1通过依次安装有第一提升泵9和第一流量计15的管线与电解装置2的进水口相连接，电解装置2出水口通过安装有第二提升泵10的管线与加药装置3相连，加药装置3通过管线与气浮池4的进水口相连，气浮池4的出水口通过依次安装有第二流量计16和第三提升泵11的管线连接于现场清水罐体上，气浮池4的底部设置有回流管线，回流管线上连接有发泡-雾化装置8。
所述的电解装置2和气浮装置均设置有污泥排出口，所述电解装置2的污泥排出口和气浮装置的污泥排出口分别通过管线连接于污泥处理装置上。
所述的污泥处理装置包括集泥池5、压滤机6和压滤液池7，集泥池5的进水口分别通过管线与电解装置2的污泥排出口及气浮装置的污泥排出口相连接，集泥池5的出水口通过安装有第一螺杆泵12的管线与压滤机6的进水口相连，压滤机6的出水口通过管线与压滤液池7的进水口相连，压滤液池7的出水口通过安装有回流泵14的管线与气浮装置的附属装置发泡-雾化装置8相连接。
本发明所述的各处理装置包括均质调节池1、电解装置2、加药装置3、气浮池4、集泥池5、压滤机6和压滤液池8的进出口处均设置有进水阀门和出水阀门，本发明中的管线及阀门按照石油设备设计规范设计法兰、螺纹进行连接。
本发明的原理是：压滤返排液通过电解装置控制无机离子，通过气浮装置控制有机离子，通过污泥处理装置进行压滤，泥饼外运，压滤液回流。
以下为本发明的具体实施案例：
以30m3的流量用第一提升泵9从现场的均质调节池1汲取压裂返排液，通过控水阀门、第一流量计15进入到电解装置2，电解装置2产泥量较小，通过排泥系统几天进行一次排泥，进入集泥池5。电解装置2产出的水进入到气浮装置的进口，在气浮单元进口处的附属装置加药装置3中首先是进行pH调节，然后再依次加入絮凝剂和助凝剂，该液体与回流溶气及发泡后的回流液体一起进入气浮池4气浮，在气浮池4中大部分的有机物和机械杂质被以渣的形式去除，并通过排泥系统进入集泥池5，清水通过第三提升泵11进入到现场存在的清水罐中备用。而集泥池5中的污泥将定期通过第一螺杆泵12进入压滤机6，产出的泥饼通过第二螺杆泵13外运，压滤液体进入压滤液池7后通过回流泵14回流进入气浮装置中。
压裂返排液处理过程中阶段控制指标如下：
如附图4试验结果所示，本发明的复配效果：在pH为5.0-6.5之间时温度100℃，粘度在50mPa.s以上达九十分钟。达到了SYT6376-1998水基冻胶压裂液通用技术指标(如下表所示)：
表1水基冻胶压裂液通用技术指标
实施例2：
本发明所述的气浮装置如附图3所示，包括气浮池4及附属的加药装置3和发泡-雾化装置8，其中所述的发泡-雾化装置8位于回流水管与进水管的联接部位，发泡-雾化装置8的作用是加入空气并将出水形成气泡，发泡-雾化装置8属于现有技术，在此就不做详细叙述。气浮装置的工艺流程是：经过电解装置2电解除垢、杀菌处理后的液体首先进入到加药装置3中，经过加药装置3处理后的液体连同发泡-雾化装置8中产生的回流溶气及发泡后的回流液体一起进入气浮池4气浮，在气浮池4中大部分的有机物和机械杂质被以渣的形式去除，并通过排泥系统进入集泥池5，清水则进入到现场存在的清水罐中备用。
实施例3：
在实施例1的基础上，所述的加药装置3由搅拌器、加药桶、加压泵及管道混合器构成，搅拌器设置于加药桶中，加药桶通过加药泵与管道混合器相连接。加药装置3是气浮装置的一个附属装置，加药装置3的作用是调整pH，加热并搅拌絮凝剂、助凝剂，加药装置3通过管道混合器实现目的pH范围的调节并依次添加絮凝剂和助凝剂，所述的目的pH范围是通过添加pH调节剂来实现，所述的pH调节剂为氢氧化钠，所述的絮凝剂为聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合硫酸铁、聚合氯化铁和聚合氯化硫酸铁中的一种，所述的助凝剂为聚丙烯酰胺，所述的絮凝剂的添加量为按每升返排液加入50-200ppm，助凝剂的添加量为按每升返排液加入1-2ppm。
上述所述仅为本发明的优选实例，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换等相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种以气浮工艺为主的压裂返排液处理方法，其特征在于，该方法采用的以气浮工艺为主的压裂返排液处理装置，包括均质调节池（1）、电解装置（2）和气浮装置，所述的气浮装置由气浮池（4）及附属的加药装置（3）和发泡-雾化装置（8）组成，其中均质调节池（1）通过依次安装有第一提升泵（9）和第一流量计（15）的管线与电解装置（2）的进水口相连接，电解装置（2）出水口通过安装有第二提升泵（10）的管线与加药装置（3）相连，加药装置（3）通过管线与气浮池（4）的进水口相连，气浮池（4）的出水口通过依次安装有第二流量计（16）和第三提升泵（11）的管线连接于现场清水罐体上，气浮池（4）的底部设置有回流管线，回流管线上连接有发泡-雾化装置（8）；
该方法包括以下步骤：
步骤一：返排液通过返排管线进入均质调节池（1）中；
步骤二：均质调节池（1）中的液体通过第一提升泵（9）进入到电解装置（2）中，通过电解作用实现对Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Al3+、HCO3-、CO3 2-和Cl-去除，以及杀菌，使经过电解装置（2）处理后的出水达到Ca2++Mg2+＜160，细菌总数＜1000，Cl-＜6000，Fe3++Fe2+＜8的指标；
步骤三：经电解装置（2）电解除垢、杀菌后的液体通过第二提升泵（10）进入到气浮装置中，首先在气浮装置进口处的附属装置加药装置（3）中进行pH调节，将pH值调整到6~10的目的范围使冻状胶体解冻，然后再依次加入絮凝剂和助凝剂，接着再进入气浮池（4）中，通过气浮的卷扫、吸附及同向凝聚的作用下对机械杂质以及同类有机物进行较为彻底的去除，实现出水达到pH5.0-6.5，COD＜3500的指标；
步骤四：上述步骤二和步骤三中所产生的污泥进入污泥处理装置，在污泥处理装置中实现压滤，产出的泥饼外运，压滤液回流；所述的污泥处理装置包括集泥池（5）、压滤机（6）和压滤液池（7），集泥池（5）的进水口分别通过管线与电解装置（2）的污泥排出口及气浮装置的污泥排出口相连接，集泥池（5）的出水口通过安装有第一螺杆泵（12）的管线与压滤机（6）的进水口相连，压滤机（6）的出水口通过管线与压滤液池（7）的进水口相连，压滤液池（7）的出水口通过安装有回流泵（14）的管线与气浮装置的附属装置发泡-雾化装置（8）相连接；
步骤五：处理后的清水满足石油通用压裂液配制标准；
步骤四中所述的污泥进入污泥处理装置后的处理方式为：从电解装置（2）和气浮装置中收集到的污泥首先进入集泥池（5）中，然后通过第一螺杆泵（12）进入到压滤机（6）中进行压滤，将产出的泥饼通过压滤机（6）上连接的第二螺杆泵（13）排出外运，压滤液进入到压滤液池（7）中通过回流泵（14）回流进入到气浮装置中；
步骤三中目的pH范围是通过添加pH调节剂来实现， pH调节剂为氢氧化钠。
2.如权利要求1所述的一种以气浮工艺为主的压裂返排液处理方法，其特征是：步骤三中所述的絮凝剂为聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合硫酸铁、聚合氯化铁和聚合氯化硫酸铁中的一种。
3.如权利要求1所述的一种以气浮工艺为主的压裂返排液处理方法，其特征是：步骤三中所述的助凝剂为聚丙烯酰胺。
4.如权利要求1所述的一种以气浮工艺为主的压裂返排液处理方法，其特征是：步骤三中所述的絮凝剂的添加量为按每升返排液加入50-200ppm，助凝剂的添加量为按每升返排液加入1-2ppm。
5.如权利要求1所述的一种以气浮工艺为主的压裂返排液处理方法，其特征是：所述的电解装置（2）和气浮装置均设置有污泥排出口，所述电解装置（2）的污泥排出口和气浮装置的污泥排出口分别通过管线连接于污泥处理装置上。
6.如权利要求1所述的一种以气浮工艺为主的压裂返排液处理方法，其特征是：所述的加药装置（3）由搅拌器、加药桶、加压泵及管道混合器构成，搅拌器设置于加药桶中，加药桶通过加药泵与管道混合器相连接。
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