CN107324458B - 一种压裂返排液电絮凝预处理装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种压裂返排液电絮凝预处理装置及方法，包括箱体，和箱体内的电絮凝器、进液泵、电源柜、控制柜；电絮凝器进液口通过进液管与进液泵连接，电絮凝器出液口通过出液管与设在箱体底部的出液口连接；电絮凝器、进液泵分别与电源柜内的电源电连接，电絮凝器还与控制柜内的控制器电连接，控制器电连接着触摸屏。还包括箱体外的刮渣池、加药沉降池、板框压滤机，刮渣池、加药沉降池、板框压滤机依次串接，刮渣池入口通过管线与出液口连通。本发明通过过滤、电絮凝、除高价金属离子，压滤等工序，最大限度地降低水质的悬浮物含量、浊度、色度，化学剂用量少，使返排液出水可以达到重配压裂液技术标准要求。

Description

一种压裂返排液电絮凝预处理装置及方法
技术领域
本发明属于油气田勘探和开发技术领域，具体涉及一种压裂返排液电絮凝预处理装置及方法。
背景技术
目前非常规油气藏压裂开发过程具有用液量大、返排液量大的特点。且产生的返排液具有高矿化度、高悬浮物等特点，含有大量的有机物、无机物、油、细菌等，处理难度大，对环境存在潜在的危害。已成为当前非常规油气开发中无可回避的技术瓶颈之一。
国内对返排液的处理主要有三个目的，一是处理后回用于其他作业工程；二是处理后作为注水水源，三是处理后达标排放。处理后重新配制压裂液，只除去废水中的悬浮物、浊度和色度。常用的方法有氧化法、絮凝沉降法、吸附法、过滤法等，或几种工艺联用。氧化剂、絮凝剂等药剂的消耗量均较高，不仅成本高昂，而且还会产生大量絮凝沉渣，造成二次污染，且除油和去浊效果有待提高。吸附法存在吸附剂成本高、吸附剂再生能力差、且吸附剂容易污染等缺点，在油田中很难推广。过滤法去除污水中粒径较大的悬浮物效果较好，但对于返排液的颜色、浊度、气味无明显效果。对于更高精度过滤如膜滤,返排液处理效果好，但是效率较低且容易堵塞污染。由于压裂废液的成分复杂，处理流程一般较长且成本较高，使得很多技术仍停留在实验室研究阶段而在现场的应用较少。
发明内容
本发明的目的是解决现有的处理返排液的方法存在工艺复杂、化学剂用量多和除油、去浊效果差的问题。
为此，本发明提供了一种压裂返排液电絮凝预处理装置，包括箱体，和箱体内的电絮凝器、进液泵、电源柜、控制柜；
所述电絮凝器上开设着电絮凝器进液口和电絮凝器出液口，电絮凝器进液口通过进液管与进液泵连接，电絮凝器出液口通过出液管与设在箱体底部的出液口连接；
所述电絮凝器、进液泵分别与电源柜内的电源电连接，电絮凝器还与控制柜内的控制器电连接，控制器电连接着触摸屏。
还包括箱体外的刮渣池、加药沉降池、板框压滤机，刮渣池、加药沉降池、板框压滤机依次串接，刮渣池入口通过管线与出液口连通。
还包括安装在箱体内的空调，空调与电源柜内的电源电连接。
所述电絮凝器由个单体反应器并联组成，每一个单体反应器由圆柱形箱体外壳、底座、电极模块、顶盖、隔板和排污口组成；
所述顶盖、圆柱形箱体外壳和底座由上至下依次连接，隔板沿径向位于圆柱形箱体外壳和底座之间，隔板与底座底面形成容液腔，隔板上开设着具有缓冲作用的出液孔，隔板、圆柱形箱体外壳与顶盖之间形成空腔，电极模块沿轴向立在该空腔内，电极模块与设在顶盖上的正负极连接头电连接；
所述每一个单体反应器上均开设有电絮凝器进液口和电絮凝器出液口，电絮凝器进液口和排污口设在底座上，电絮凝器出液口设在圆柱形箱体外壳侧壁上部，顶盖上开设排气口。
所述电极模块包括电极板、导电板和设在顶盖内壁上的两个固定杆，电极板由块方形极板依次排列呈一字形立在圆柱形箱体外壳内，每一块方形极板在靠近顶盖一端沿厚度方向上连接着一块导电板，相邻两块方形极板上的导电板相对而设，方形极板上的导电板相互交错形成两排，两排导电板分别连接一个固定杆，两个固定杆中的一个连接正负极连接头的正极，另外一个连接正负极连接头的负极，正负极连接头连接交变直流脉冲电源。
所述组成电极板的每一块方形极板厚度为1～1.6cm，相连两块方形极板的间距为0.5～3cm，所述电极板由纯铝材质制成，顶盖、圆柱形箱体外壳和底座由无规共聚聚丙烯材料制成。
所述进液管上连接有压力传感器，压力传感器与控制柜内的控制器电连接。
一种压裂返排液电絮凝预处理装置的使用方法，开启电絮凝器和进液泵，压裂返排液通过进液泵泵入进液管，再由进液管进入电絮凝器，同时通过控制柜内的控制器控制电絮凝器的电流和电压，压裂返排液在每一个单体反应器内通过正负极的电化学反应，分离返排液中的污染物并进行絮凝，同时去除压裂返排液中的有机物和金属离子，经过电絮凝处理后的压裂返排液依次进入刮渣池、加药沉降池，进行刮渣、加药、沉降后，最后进入板框压滤机进行固液分离，分离出的液体可重复用于配制新压裂液。
本发明提供的这种压裂返排液电絮凝预处理装置及方法，其有益效果如下：
（1）通过20个电絮凝单体反应器对压裂返排液进行絮凝，有效去除压裂返排液中的有机物和金属离子，提高回水浊度，平均去除率达99%以上，色度去除率达96%以上，悬浮物去除率达到92%以上,除色效果好，且处理量大，处理能力可达30m3/h-50m3/h。
（2）采用触摸屏操作，并控制、设定以及对电压电流的调整，方便快捷。
（3）处理工序少，化学添加剂少，成本低，无二次污染。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是压裂返排液电絮凝预处理装置的结构示意图。
图2是单体反应器的结构示意图
附图标记说明：1、箱体；2、电絮凝器；3、进液泵；4、电源柜；5、空调；6、控制柜；7、单体反应器；8、进液管；9、出液管；10、出液口；11、压力传感器；12、刮渣池；13、加药沉降池；14、板框压滤机；
101、电絮凝器进水口；102、电絮凝器出水口；103、圆柱形箱体外壳；104、底座；105、电极模块；106、顶盖；107、隔板；108、排污口；109、容液腔；110、电极板；111、导电板；112、固定杆；113、排气口；114、正负极连接头。
具体实施方式
实施例1：
为了解决现有的处理返排液的方法存在工艺复杂、化学剂用量多和除油、去浊效果差的问题，如图1所示，本实施例提供了一种压裂返排液电絮凝预处理装置，包括箱体1，和箱体1内的电絮凝器2、进液泵3、电源柜4、控制柜6；所述电絮凝器2上开设着电絮凝器进液口101和电絮凝器出液口102，电絮凝器进液口101通过进液管8与进液泵3连接，电絮凝器出液口102通过出液管9与设在箱体1底部的出液口10连接；所述电絮凝器2、进液泵3分别与电源柜4内的电源电连接，电絮凝器2还与控制柜6内的控制器电连接，控制器电连接着触摸屏。
压裂返排液通过进液泵3泵入进液管8，再由进液管8进入电絮凝器2，同时通过控制柜6内的控制器控制电絮凝器2的电流和电压，压裂返排液在电絮凝器2内通过正负极的电化学反应，分离返排液中的污染物并进行絮凝，同时去除压裂返排液中的有机物和金属离子，经过电絮凝处理后的压裂返排液，通过正负极的电化学反应，达到絮凝、气浮、氧化和还原的作用，使得压裂返排液中的有机物、胶体和固相悬浮物聚沉失稳，附着在新生成的氢氧化铝胶体上，随阴阳极产生的气泡一道上浮至水体表面，从而达到分离水中污染物的目的。
电絮凝器对压裂返排液进行絮凝，有效去除压裂返排液中的有机物和金属离子，提高回水浊度，平均去除率达99%以上，色度去除率达96%以上，悬浮物去除率达到92%以上,除色效果好，且处理量大，处理能力可达30m3/h-50m3/h。
本实施例提供的压裂返排液电絮凝预处理装置在处理压裂返排液的过程中，除油和除悬浮物效果优异，特别是用于处理植物胶返排液，最大限度地降低水质的悬浮物含量、浊度、色度，化学剂用量少，有利于实现重配液。
实施例2：
在实施例1的基础上，压裂返排液电絮凝预处理装置还包括箱体1外的刮渣池12、加药沉降池13、板框压滤机14，刮渣池12、加药沉降池13、板框压滤机14依次串接，刮渣池12入口通过管线与出液口10连通。
通过电絮凝器处理过的压裂返排液依次进入刮渣池12、加药沉降池13、板框压滤机14，进行刮渣、加药、沉降后，最后进入板框压滤机14进行固液分离，分离出的液体可重复用于配制新压裂液。相比实施例1，本实施例得到的返排液出水可以达到重配压裂液技术标准要求。
实施例3：
在实施例1的基础上，为了降低箱体1内的温度，保证箱体1内的各个电器正常工作，压裂返排液电絮凝预处理装置还包括安装在箱体1内的空调5，空调5与电源柜4内的电源电连接。
实施例4：
在实施例1的基础上，所述电絮凝器2由20个单体反应器7并联组成，如图2所示，每一个单体反应器7由圆柱形箱体外壳103、底座104、电极模块105、顶盖106、隔板107和排污口108组成；
所述顶盖106、圆柱形箱体外壳103和底座104由上至下依次连接，隔板107沿径向位于圆柱形箱体外壳103和底座104之间，隔板107与底座104底面形成容液腔109，隔板107上开设着具有缓冲作用的出液孔，隔板107、圆柱形箱体外壳103与顶盖106之间形成空腔，电极模块105沿轴向立在该空腔内，电极模块105与设在顶盖106上的正负极连接头114电连接；
所述每一个单体反应器7上均开设有电絮凝器进液口101和电絮凝器出液口102，电絮凝器进液口101和排污口108设在底座104上，电絮凝器出液口102设在圆柱形箱体外壳103侧壁上部，顶盖106上开设排气口113。
电絮凝的反应原理是以铝、铁等金属为阳极，在直流电的作用下，阳极被溶蚀，产生Al、Fe等离子，在经一系列水解、聚合及亚铁的氧化过程，发展成为各种羟基络合物、多核羟基络合物以至氢氧化物，使废水中的胶态杂质、悬浮杂质凝聚沉淀而分离，同时，带电的污染物颗粒在电场中泳动，其部分电荷被电极中和而促使其脱稳聚沉。
压裂返排液通过进液管8进入20个电絮凝器进液口101，然后再进入每一个单体反应器7，正负极连接头114向电极模块105供电，通过正负极的电化学反应，达到絮凝、气浮、氧化和还原的作用，使得压裂返排液中的有机物、胶体和固相悬浮物聚沉失稳，附着在新生成的氢氧化铝胶体上，随阴阳极产生的气泡一道上浮至水体表面，从而达到分离水中污染物的目的；分离出来的固体絮凝物通过排污口108排出；隔板107上的出液孔起到缓冲作用。
实施例5：
在实施例4的基础上，如图2所示，所述电极模块105包括电极板110、导电板111和设在顶盖106内壁上的两个固定杆112，电极板110由23块方形极板依次排列呈一字形立在圆柱形箱体外壳103内，每一块方形极板在靠近顶盖106一端沿厚度方向上连接着一块导电板111，相邻两块方形极板上的导电板111相对而设，方形极板上的导电板111相互交错形成两排，两排导电板111分别连接一个固定杆112，两个固定杆112中的一个连接正负极连接头114的正极，另外一个连接正负极连接头114的负极，正负极连接头114连接交变直流脉冲电源。
电絮凝器2主要是通过脉冲直流电对压裂返排液进行处理，在单个反应器内，以电极板110为阳极，在直流电的作用下，阳极被溶蚀，产生Al、Fe等离子，在经一系列水解、聚合及亚铁的氧化过程，发展成为各种羟基络合物、多核羟基络合物以至氢氧化物，使废水中的胶态杂质、悬浮杂质凝聚沉淀而分离，同时，带电的污染物颗粒在电场中泳动，其部分电荷被电极中和而促使其脱稳聚沉，通过正负极的电化学反应，达到絮凝、气浮、氧化和还原的作用，使得压裂返排液中的有机物、胶体和固相悬浮物聚沉失稳，附着在新生成的氢氧化铝胶体上，随阴阳极产生的气泡一道上浮至水体表面，从而达到分离水中污染物的目的。
需要说明的是，电絮凝器2电源：交变直流脉冲电源，高频脉冲，脉宽可调，具备自动倒极功能，倒极时间可调；
输入交流电压：三相电压AC380V±10%；
输出直流电压：0～±60V；（调节精度1%）；
输出直流电流：0～±2000A；（调节精度1%）。
实施例6：
在实施例5的基础上，静坐多次试验，得出以下最佳选择：所述组成电极板110的每一块方形极板厚度为1～1.6cm，相连两块方形极板的间距为0.5～3cm，所述电极板110由纯铝材质制成，顶盖106、圆柱形箱体外壳103和底座104由无规共聚聚丙烯材料制成。
实施例7：
在实施例1的基础上，所述进液管8上连接有压力传感器11，压力传感器11与控制柜6内的控制器电连接。压力传感器11将采集到的进液管8的压力传输给控制柜6内的控制器，控制器进行分析，方便对电絮凝器进行控制和数据输出。
实施例8：
一种压裂返排液电絮凝预处理装置的使用方法，其特征在于：开启电絮凝器2和进液泵3，压裂返排液通过进液泵3泵入进液管8，再由进液管8进入电絮凝器2，同时通过控制柜6内的控制器控制电絮凝器2的电流和电压，压裂返排液在每一个单体反应器7内通过正负极的电化学反应，分离返排液中的污染物并进行絮凝，同时去除压裂返排液中的有机物和金属离子，经过电絮凝处理后的压裂返排液依次进入刮渣池12、加药沉降池13，进行刮渣、加药、沉降后，最后进入板框压滤机14进行固液分离，分离出的液体可重复用于配制新压裂液。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (5)

1.一种压裂返排液电絮凝预处理装置，其特征在于：包括箱体(1)，和箱体(1)内的电絮凝器(2)、进液泵(3)、电源柜(4)、控制柜(6)；
所述电絮凝器(2)上开设着电絮凝器进液口(101)和电絮凝器出液口(102)，电絮凝器进液口(101)通过进液管(8)与进液泵(3)连接，电絮凝器出液口(102)通过出液管(9)与设在箱体(1)底部的出液口(10)连接；
所述电絮凝器(2)、进液泵(3)分别与电源柜(4)内的电源电连接，电絮凝器(2)还与控制柜(6)内的控制器电连接，控制器电连接着触摸屏；
还包括箱体(1)外的刮渣池(12)、加药沉降池(13)、板框压滤机(14)，刮渣池(12)、加药沉降池(13)、板框压滤机(14)依次串接，刮渣池(12)入口通过管线与出液口(10)连通；
所述电絮凝器(2)由20个单体反应器(7)并联组成，每一个单体反应器(7)由圆柱形箱体外壳(103)、底座(104)、电极模块(105)、顶盖(106)、隔板(107)和排污口(108)组成；
所述顶盖(106)、圆柱形箱体外壳(103)和底座(104)由上至下依次连接，隔板(107)沿径向位于圆柱形箱体外壳(103)和底座(104)之间，隔板(107)与底座(104)底面形成容液腔(109)，隔板(107)上开设着具有缓冲作用的出液孔，隔板(107)、圆柱形箱体外壳(103)与顶盖(106)之间形成空腔，电极模块(105)沿轴向立在该空腔内，电极模块(105)与设在顶盖(106)上的正负极连接头(114)电连接；
所述每一个单体反应器(7)上均开设有电絮凝器进液口(101)和电絮凝器出液口(102)，电絮凝器进液口(101)和排污口(108)设在底座(104)上，电絮凝器出液口(102)设在圆柱形箱体外壳(103)侧壁上部，顶盖(106)上开设排气口(113)；
所述电极模块(105)包括电极板(110)、导电板(111)和设在顶盖(106)内壁上的两个固定杆(112)，电极板(110)由23块方形极板依次排列呈一字形立在圆柱形箱体外壳(103)内，每一块方形极板在靠近顶盖(106)一端沿厚度方向上连接着一块导电板(111)，相邻两块方形极板上的导电板(111)相对而设，方形极板上的导电板(111)相互交错形成两排，两排导电板(111)分别连接一个固定杆(112)，两个固定杆(112)中的一个连接正负极连接头(114)的正极，另外一个连接正负极连接头(114)的负极，正负极连接头(114)连接交变直流脉冲电源。
2.如权利要求1所述的压裂返排液电絮凝预处理装置，其特征在于：还包括安装在箱体(1)内的空调(5)，空调(5)与电源柜(4)内的电源电连接。
3.如权利要求1所述的压裂返排液电絮凝预处理装置，其特征在于：所述组成电极板(110)的每一块方形极板厚度为1～1.6cm，相连两块方形极板的间距为0.5～3cm，所述电极板(110)由纯铝材质制成，顶盖(106)、圆柱形箱体外壳(103)和底座(104)由无规共聚聚丙烯材料制成。
4.如权利要求1所述的压裂返排液电絮凝预处理装置，其特征在于：所述进液管(8)上连接有压力传感器(11)，压力传感器(11)与控制柜(6)内的控制器电连接。
5.一种如权利要求1～4中任一权利要求所述的压裂返排液电絮凝预处理装置的使用方法，其特征在于：开启电絮凝器(2)和进液泵(3)，压裂返排液通过进液泵(3)泵入进液管(8)，再由进液管(8)进入电絮凝器(2)，同时通过控制柜(6)内的控制器控制电絮凝器(2)的电流和电压，压裂返排液在每一个单体反应器(7)内通过正负极的电化学反应，分离返排液中的污染物并进行絮凝，同时去除压裂返排液中的有机物和金属离子，经过电絮凝处理后的压裂返排液依次进入刮渣池(12)、加药沉降池(13)，进行刮渣、加药、沉降后，最后进入板框压滤机(14)进行固液分离，分离出的液体可重复用于配制新压裂液。
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