CN106746368A - 一种压裂返排液循环利用处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压裂返排液循环利用处理方法，涉及油气储层压裂改造技术领域，尤其是一种压裂返排液循环利用处理方法，包括以下步骤：利用微生物降解去除大分子有机物，降低COD；加入高效杀菌剂，杀灭返排液中的细菌；加入金属离子去除剂，去除返排液中的二价及三价金属离子；加入除氧剂去除返排液中残余的破胶剂；加入絮凝剂进行絮凝沉淀，上层清液转入清水罐中，下层絮凝液进入压滤机过滤，滤液转入清水罐；加入pH调节剂，抑制残余交联剂发生交联作用。本方法有工艺简单、操作方便、处理效率高、成本低、现场应用性强等优点。

Description

一种压裂返排液循环利用处理方法

技术领域

本发明涉及油气储层压裂改造技术领域，是一种压裂返排液处理方法，适用于油气田压裂返排液循环再利用。

背景技术

水力压裂是油气储层改造的主要手段，压裂施工消耗大量的清水，压裂后又会产生大量的返排液，这不仅造成水资源的浪费，还会造成严重的环境污染。因此，压裂返排液循环利用对于绿色化生产和可持续发展意义重大，且迫在眉睫。

压裂液破胶后，其中的植物胶分子结构被破坏，不能起粘也不能交联，不能直接重复使用。压裂返排液具有粘度高、COD高、矿化度高、化学添加剂多、稳定性强、组成复杂等特点，其中有害成分如果不除去，会严重影响重复配液施工效果，甚至造成施工失败。研究表明：压裂返排液中残余的胶液和大分子有机物会对储层造成二次伤害，降低储层渗透率和支撑剂的导流能力。返排液中大量的细菌会降低所配制基液的稳定性，导致基液粘度在短期大幅降低，无法满足施工需要。返排液中Ca²⁺、Mg²⁺等含量高，会影响所重复配制基液的交联性能，降低交联液的流变稳定性和耐温性能。返排液中残余交联剂会使所配制的压裂液交联，导致基液粘度过高无法施工。返排液中的残余破胶剂会加快交联液破胶，增大施工风险。返排液中的固体颗粒和悬浮物会对储层造成二次伤害，降低压裂改造效果。

公开号为106277430A，公开日为2017年1月4日的中国专利文献公开了一种适用于气井的压裂返排液处理与循环利用方法，其包括以下步骤：1)杀菌处理，得到液体A；2)pH值的调节及高价金属离子的沉淀处理，得到液体B；3)悬浮物颗粒的絮凝处理，得到液体C；4)悬浮物与沉淀物的固液分离机械设备处理，得到液体D；5)液体C中分离出的污泥的脱水处理；6)残余交联剂硼离子的处理，得到液体E；7)残余过铵破胶剂的处理，得到液体F；液体F可直接用于压裂液配制，其各项性能指标与清水配制的压裂液性能相当。

如上述专利文献所述，裂返排液处理一般采用生物法和氧化法除去返排液中高分子有机物，以降低返排液的COD。生物法操作简单、成本低，但是处理过程漫长、降解不彻底；氧化法包括初级氧化、高级氧化和深度氧化，具有降解彻底、处理周期短等优点，但缺点是成本太高、对处理设备和工艺要求较高。

返排液中的细菌种类繁多，主要有硫酸盐还原菌、腐生菌、铁细菌等，仅采用氧化性杀菌剂难以灭除硫酸盐还原菌，单独使用非氧化性杀菌剂时杀菌不彻底。

对于返排液中残余的交联剂，传统处理的方法是用三乙醇胺和葡萄糖按不同比例配制掩蔽剂进行掩蔽处理。该方法的不足之处在于：不能将残余交联剂完全掩蔽掉，依然有少量的交联剂发挥交联作用；掩蔽剂会掩蔽施工期间所加的交联剂，降低交联效果，甚至导致施工失败。

发明内容

本发明旨在针对上述现有技术所存在的缺陷和不足，提供一种压裂返排液循环利用处理方法，本方法采用微生物降解的方法，有效去除返排液中的大部分有机大分子物质，成本低廉且易于处理，且能有效降低COD值。利用氧化性杀菌剂和非氧化性杀菌剂相结合的杀菌方式，杀菌范围广、杀菌效果更好，返排液处理后再次配制的基液稳定性好，可以放置较长时间而不影响施工。

本发明是通过采用下述技术方案实现的：

一种压裂返排液循环利用处理方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将压裂返排液收集到返排液集中池中进行预处理，然后加入微生物，静置1~5天，利用微生物降解除去大部分大分子有机物；

(2)将微生物降解后的返排液转入反应罐中，加入高效杀菌剂，搅拌反应15~30min，进行杀菌降粘处理；

(3)加入金属离子去除剂，搅拌5~10min，至pH=7~9；

(4)加入除氧剂，搅拌5~10min；

(5)加入絮凝剂搅拌10~15min，絮凝沉降20~30min，上层清液转入清水罐中，下层絮凝液进入压滤机过滤，滤液转入清水罐；

(6)在清液中加入pH调节剂，抑制交联。

所述的预处理是指将酸性返排液和碱性返排液混合在一起进行中和，将高矿化度的返排液和低矿化度的返排液混合在一起进行稀释。

以压裂返排液100重量份计，所述微生物的添加量为0.1~1%，所述微生物是由压裂返排液、瓜胶溶液、河水、生活污水中的一种或几种培养的，优选的百分比为：压裂返排液0~100%，瓜胶溶液0~100%，河水0~50%，生活污水0~50%。

作为优选，所述的微生物由压裂返排液40~50%、瓜胶溶液35~45%、生活污水5~25%混合后进行培养所得。

以压裂返排液100重量份计，所述高效杀菌剂的添加量为0.1~0.3%。

所述的高效杀菌剂是由双氧水和十二烷基二甲基苄基氯化铵或戊二醛杀菌剂组成；双氧水与另外杀菌剂的质量比为1:1~2。

以压裂返排液100重量份计，所述的金属离子去除剂添加量为0.05~0.5%。

所述的金属离子去除剂是碳酸钠、氢氧化钠、碳酸钾、EDTA中的一种或几种任意比例的组合。

以压裂返排液100重量份计，所述的除氧剂的添加量为0.1~0.2%；所述的除氧剂是硫代硫酸钠、亚硫酸氢钠中的一种或两种。

所述的絮凝剂的添加量为10~100ppm；所述的絮凝剂是聚合氯化铝、聚丙烯酰胺、聚合硅酸铝中的一种或几种任意比例的组合。

以压裂返排液100重量份计，所述的pH调节剂的添加量为0.01~0.05%；所述的pH调节剂是柠檬酸、草酸中的一种或两种组成。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果如下：

1、本发明采用微生物降解的方法，有效去除返排液中的大部分有机大分子物质，成本低廉且易于处理，且能有效降低COD值。

2、本发明利用氧化性杀菌剂和非氧化性杀菌剂相结合的杀菌方式，杀菌范围广、杀菌效果更好，返排液处理后再次配制的基液稳定性好，可以放置较长时间而不影响施工。

3、本发明所述的高效杀菌剂中含有双氧水，双氧水具有氧化作用，可以将微生物未彻底降解的较小分子氧化为更小的分子。微生物降解后，在杀菌阶段再进行氧化处理，既能提高杀菌效果，又能进一步降低返排液的COD值，该法相对于单一的微生物降解或氧化法更具有优势。

4、本发明采用pH调节剂改变处理后返排液的pH值，能够完全抑制残余交联剂的交联作用，彻底消除了残余交联剂的不利影响。该技术的优势在于：解决了掩蔽剂难以完全掩蔽掉残余交联剂的问题；不存在掩蔽剂对施工期间所加交联剂屏蔽的问题；施工阶段，交联抑制作用被解除，残余的交联剂可以发挥交联作用，理论上减少交联剂用量。

5、本发明具有工艺简单、操作方便、处理效率高、成本低、现场应用性强等优点，该方法处理速率为300~400m³/d，采用该法处理的返排液能够完全满足现场再配液和施工需求。苏里格区块运用该法已累计处理返排液6000多m³，返排液回收利用率高达90%，试验18井次，施工成功率100%。

附图说明

下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，其中：

图1为本发明所述压裂返排液循环利用处理方法的工艺流程图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本发明做进一步的详细描述。

实施例1：苏59区块返排液300m³，水质发黑发臭，170s^-1下初始粘度7mPa·s。加入0.45%的微生物静置3天，170s^-1下初始粘度1.2mPa·s；向反应罐中加入0.15%的高效杀菌剂，搅拌20min；加入0.1%的金属离子去除剂，搅拌5min，至pH=8；加入0.1%的除氧剂，搅拌10min；加入60ppm的絮凝剂搅拌10min，絮凝沉降25min，上层清液转入清水罐中，下层絮凝液进入压滤机过滤，滤液转入清水罐；在清液中加入0.01%的pH调剂剂，抑制交联。

所述的微生物由压裂返排液40~50%、瓜胶溶液35~45%、生活污水5~25%混合后进行培养所得；所述的高效杀菌剂是由双氧水和十二烷基二甲基苄基氯化铵组成；双氧水与十二烷基二甲基苄基氯化铵的质量比为1:1.5；所述的金属离子去除剂是碳酸钠；所述的除氧剂是硫代硫酸钠、亚硫酸氢钠中的组合；所述的絮凝剂是聚合氯化铝、聚丙烯酰胺、聚合硅酸铝中的组合；所述的pH调节剂是柠檬酸。

返排液处理后所配制压裂液的性能测试参照中华人民共和国石油天然气行业标准《水基压裂液性能评价方法》和《压裂液通用技术条件》，标准号分别为SY/T5107-2005和SY/T6376-2008。根据设计和现场施工要求，分别从基液粘度、交联情况、破胶情况、耐温耐剪切能力、防膨效果、破胶后残渣量等方面评价，得到如下结果：170s^-1下，初始粘度75mPa·s，放置1天后粘度75mPa·s，放置3天后粘度72mPa·s，基液粘度满足施工要求，且基液稳定性好。基液交联时间为25~60s，改变交联剂加量可调整交联时间，交联效果满足施工要求。压裂液破胶时间为10~100min，改变破胶剂的种类或加量可调整破胶时间，破胶效果满足施工要求。压裂液在110℃下， 170s^-1剪切120min后的粘度为200mPa·s，压裂液耐温耐剪切性能好，满足施工要求。压裂液防膨率为93%（清水的为91%），满足施工要求。压裂液破胶后残渣为510mg/L(清水的为500mg/L)，满足施工要求。

实施例2：桃7区块返排液500m³，水质发黑发臭，170s^-1下初始粘度6mPa·s。加入0.8%的微生物静置2天，170s^-1下初始粘度1mPa·s；向反应罐中加入0.12%的高效杀菌剂，搅拌25min；加入0.05%的金属离子去除剂，搅拌5min，至pH=8.5；加入0.1%的除氧剂，搅拌5min；加入10ppm的絮凝剂搅拌15min，絮凝沉降30min，上层清液转入清水罐中，下层絮凝液进入压滤机过滤，滤液转入清水罐；在清液中加入0.02%的pH调节剂，抑制交联。

所述的微生物由压裂返排液进行培养所得，所述的高效杀菌剂是由双氧水和十二烷基二甲基苄基氯化铵组成；双氧水与十二烷基二甲基苄基氯化铵的质量比为1:2；所述的金属离子去除剂是碳酸钠和EDTA；所述的除氧剂是硫代硫酸钠；所述的絮凝剂是聚合氯化铝和聚丙烯酰胺组合；所述的pH调节剂是柠檬酸。

返排液处理后所配制压裂液的性能测试参照中华人民共和国石油天然气行业标准《水基压裂液性能评价方法》和《压裂液通用技术条件》，标准号分别为SY/T5107-2005和SY/T6376-2008。根据设计和现场施工要求，分别从基液粘度、交联情况、破胶情况、耐温耐剪切能力、防膨效果、破胶后残渣量等方面评价，得到如下结果：170s^-1下，初始粘度75mPa·s，放置1天后粘度75mPa·s，放置3天后粘度72mPa·s，基液粘度满足施工要求，且基液稳定性好。基液交联时间为25~60s，改变交联剂加量可调整交联时间，交联效果满足施工要求。压裂液破胶时间为10~100min，改变破胶剂的种类或加量可调整破胶时间，破胶效果满足施工要求。压裂液在110℃下， 170s^-1剪切120min后的粘度为205mPa·s，压裂液耐温耐剪切性能好，满足施工要求。压裂液防膨率为92%（清水的为91%），满足施工要求。压裂液破胶后残渣为508mg/L(清水的为500mg/L)，满足施工要求。

实施例3：苏5区块返排液430m³，水质发黑发臭、浑浊，170s^-1下初始粘度8mPa·s。加入0.1%的微生物静置5天，170s^-1下初始粘度1.1mPa·s；向反应罐中加入0.3%的高效杀菌剂，搅拌15min；加入0.5%的金属离子去除剂，搅拌10min，至pH=9；加入0.2%的除氧剂，搅拌10min；加入100ppm的絮凝剂搅拌15min，絮凝沉降25min，上层清液转入清水罐中，下层絮凝液进入压滤机过滤，滤液转入清水罐；在清液中加入0.03%的pH调节剂，抑制交联。

所述的微生物由瓜胶溶液50%、河水50%混合后进行培养所得，所述的高效杀菌剂是由双氧水和戊二醛组成；双氧水与戊二醛的质量比为1:1；所述的金属离子去除剂是氢氧化钠和碳酸钠的组合；所述的除氧剂是亚硫酸氢钠；所述的絮凝剂是聚合硅酸铝和聚丙烯酰胺组合；所述的pH调节剂是柠檬酸和草酸组合。

返排液处理后所配制压裂液的性能测试参照中华人民共和国石油天然气行业标准《水基压裂液性能评价方法》和《压裂液通用技术条件》，标准号分别为SY/T5107-2005和SY/T6376-2008。根据设计和现场施工要求，分别从基液粘度、交联情况、破胶情况、耐温耐剪切能力、防膨效果、破胶后残渣量等方面评价，得到如下结果：170s^-1下，初始粘度72mPa·s，放置1天后粘度72mPa·s，放置3天后粘度69mPa·s，基液粘度满足施工要求，且基液稳定性好。基液交联时间为25~60s，改变交联剂加量可调整交联时间，交联效果满足施工要求。压裂液破胶时间为10~100min，改变破胶剂的种类或加量可调整破胶时间，破胶效果满足施工要求。压裂液在110℃下， 170s^-1剪切120min后的粘度为196mPa·s，压裂液耐温耐剪切性能好，满足施工要求。压裂液防膨率为94%（清水的为91%），满足施工要求。压裂液破胶后残渣为513mg/L(清水的为500mg/L)，满足施工要求。

实施例4：苏59、桃7、苏5区块混合返排液950m³，水质发黑发臭、浑浊，170s^-1下初始粘度5mPa·s。加入1%的微生物静置1天，170s^-1下初始粘度1mPa·s；向反应罐中加入0.1%的高效杀菌剂，搅拌30min；加入0.2%的金属离子去除剂，搅拌10min，至pH=7；加入0.15%的除氧剂，搅拌10min；加入40ppm的絮凝剂搅拌10min，絮凝沉降20min，上层清液转入清水罐中，下层絮凝液进入压滤机过滤，滤液转入清水罐；在清液中加入0.02%的pH调节剂，抑制交联。

所述的微生物由压裂返排液40~50%、瓜胶溶液35~45%、生活污水5~25%混合后进行培养所得，所述的高效杀菌剂是由双氧水和戊二醛组成；双氧水与戊二醛的质量比为1:1.5；所述的金属离子去除剂是碳酸钠、EDTA中的组合；所述的除氧剂是硫代硫酸钠、亚硫酸氢钠中的组合；所述的絮凝剂是聚合氯化铝、聚丙烯酰胺、聚合硅酸铝中的组合；所述的pH调节剂是柠檬酸、草酸的组合。

返排液处理后所配制压裂液的性能测试参照中华人民共和国石油天然气行业标准《水基压裂液性能评价方法》和《压裂液通用技术条件》，标准号分别为SY/T5107-2005和SY/T6376-2008。根据设计和现场施工要求，分别从基液粘度、交联情况、破胶情况、耐温耐剪切能力、防膨效果、破胶后残渣量等方面评价，得到如下结果：170s^-1下，初始粘度72mPa·s，放置1天后粘度72mPa·s，放置3天后粘度69mPa·s，基液粘度满足施工要求，且基液稳定性好。基液交联时间为25~60s，改变交联剂加量可调整交联时间，交联效果满足施工要求。压裂液破胶时间为10~100min，改变破胶剂的种类或加量可调整破胶时间，破胶效果满足施工要求。压裂液在110℃下， 170s^-1剪切120min后的粘度为194mPa·s，压裂液耐温耐剪切性能好，满足施工要求。压裂液防膨率为91.6%（清水的为91%），满足施工要求。压裂液破胶后残渣为507mg/L(清水的为500mg/L)，满足施工要求。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，在本发明的精神和原则内可以有各种更改和变化，这些等同的变型或替换等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种压裂返排液循环利用处理方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将压裂返排液收集到返排液集中池中进行预处理，然后加入微生物，静置1~5天，利用微生物降解除去大部分大分子有机物；

(2)将微生物降解后的返排液转入反应罐中，加入高效杀菌剂，搅拌反应15~30min，进行杀菌降粘处理；

(3)加入金属离子去除剂，搅拌5~10min，至pH=7~9；

(4)加入除氧剂，搅拌5~10min；

(5)加入絮凝剂搅拌10~15min，絮凝沉降20~30min，上层清液转入清水罐中，下层絮凝液进入压滤机过滤，滤液转入清水罐；

(6)在清液中加入pH调节剂，抑制交联。

2.根据权利要求1所述的一种压裂返排液循环利用处理方法，其特征在于：所述的预处理是指将酸性返排液和碱性返排液混合在一起进行中和，将高矿化度的返排液和低矿化度的返排液混合在一起进行稀释。

3.根据权利要求1所述的一种压裂返排液循环利用处理方法，其特征在于：以压裂返排液100重量份计，所述微生物的添加量为0.1~1%，所述微生物是由压裂返排液、瓜胶溶液、河水、生活污水中的一种或几种培养的，优选的百分比为：压裂返排液0~100%，瓜胶溶液0~100%，河水0~50%，生活污水0~50%。

4.根据权利要求1所述的一种压裂返排液循环利用处理方法，其特征在于：以压裂返排液100重量份计，所述高效杀菌剂的添加量为0.1~0.3%。

5.根据权利要求4所述的一种压裂返排液循环利用处理方法，其特征在于：所述的高效杀菌剂是由双氧水和十二烷基二甲基苄基氯化铵或戊二醛杀菌剂组成；双氧水与另外杀菌剂的质量比为1:1~2。

6.根据权利要求1所述的一种压裂返排液循环利用处理方法，其特征在于：以压裂返排液100重量份计，所述的金属离子去除剂添加量为0.05~0.5%。

7.根据权利要求6所述的一种压裂返排液循环利用处理方法，其特征在于：所述的金属离子去除剂是碳酸钠、氢氧化钠、碳酸钾、EDTA中的一种或几种任意比例的组合。

8.根据权利要求1所述的一种压裂返排液循环利用处理方法，其特征在于：以压裂返排液100重量份计，所述的除氧剂的添加量为0.1~0.2%；所述的除氧剂是硫代硫酸钠、亚硫酸氢钠中的一种或两种。

9.根据权利要求1所述的一种压裂返排液循环利用处理方法，其特征在于：所述的絮凝剂的添加量为10~100ppm；所述的絮凝剂是聚合氯化铝、聚丙烯酰胺、聚合硅酸铝中的一种或几种任意比例的组合。

10.根据权利要求1所述的一种压裂返排液循环利用处理方法，其特征在于：以压裂返排液100重量份计，所述的pH调节剂的添加量为0.01~0.05%；所述的pH调节剂是柠檬酸、草酸中的一种或两种组成。