CN108658319A - 一种页岩气压裂采出水处理方法 - Google Patents

一种页岩气压裂采出水处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种页岩气压裂采出水处理方法，涉及页岩气压裂采出水处理技术领域。处理方法步骤如下：1）对整个页岩气开采过程的压裂返排液和产出水进行性质数据分析；2）根据数据分析的结果对页岩气压裂后采出水采用臭氧/电絮凝组合工艺进行预处理；3）对页岩气压裂后采出水预处理后，进行步进化学沉淀，其沉淀剂采用氧化物与硫酸组合；4）沉淀后得到含高浓度NaCl的无机盐水，并进行蒸发浓缩结晶后达到国家污水排放标准。本发明处理后的污水达到国家污水排放标准；从而达到了节能减排、变废为宝的目的，实现了资源综合利用。

Description

一种页岩气压裂采出水处理方法
技术领域
本发明涉及页岩气压裂采出水处理技术领域。
背景技术
近年来世界各国对能源需求量的与日俱增，促进了非常规能源天然气勘探开发的力度，其中，页岩气是发展最迅速的天然气来源，已经成为全球能源开发的新亮点。目前，页岩气开采多采用长井段水平井、分段射孔和滑溜水体积压裂技术。其采出水具有如下特点：
1）组分复杂。压裂返排液的组分取决于以下因素：压裂液配液水质、压裂液化学组成、储层地质化学组成、地层水水质以及返排液在地下和返排至地面的放置时间等。作为普遍使用的压裂液，水基压裂液含有交联剂、破乳剂、降阻剂、pH控制剂、杀菌剂等15种添加剂。除添加剂外，水基压裂液还含有一定量的烃类化合物、油脂、重金属、微生物、总溶解固体（TDS）等。压裂返排液具有较高的TDS和高含盐量，并含有少量的重金属、油脂和放射性物质，且各组分的浓度范围分布较广。
2）黏度大、乳化程度高。压裂返排液具有高黏度、乳化严重的特点，导致其处理难度远超油田污水。由于压裂所用的复合型压裂液是放喷液和油井采出液的混合物，因而使得压裂返排液乌黑、黏稠且有刺激性气味。
3）处理难度大。压裂返排液中众多添加剂的使用使其具有较高的COD，BOD,TDS，TSS，故处理难度大。若直接外排，易对周围的环境造成严重污染。
压裂返排污水残渣含量和重金属离子含量数值都偏高，可能是水中泥沙、有色离子含量较大，污水中含有大量的悬浮物，矿化度极高，如果这样的水由于滤失作用进入地层会严重影响土壤的碱金属平衡，对人和牲畜造成很大危害。压裂返排污水中含有大量的油类和重金属离子，成分复杂，对水质污染很大，大大增加了处理难度。
研究表明，大部分页岩气压裂后采出水具有高化学需氧量（COD）、高生化需氧量（BOD）、高悬浮物（TSS）、高矿化度（TDS）、难生物降解和成分复杂等特点。但现有的技术在处理结果、能耗、经济效益等方面都还具有一定的缺陷，对其中无机盐的综合利用也少有研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种页岩气压裂采出水处理方法，该方法采出水用步进化学沉淀法除其中的Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+等离子，研究不同沉淀剂、不同PH等对该过程的影响，并回收硫酸钡；得到含高浓度NaCl的无机盐水后，进行蒸发浓缩结晶，处理后的污水达到国家污水排放标准；从而达到了节能减排、变废为宝的目的，实现了资源综合利用。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种页岩气压裂采出水处理方法，处理方法步骤如下：
1）对整个页岩气开采过程的压裂返排液和产出水进行性质数据分析；
2）根据数据分析的结果对页岩气压裂后采出水采用臭氧/电絮凝组合工艺进行预处理；
3）对页岩气压裂后采出水预处理后，进行步进化学沉淀，其沉淀剂采用氧化物与硫酸组合；
4）沉淀后得到含高浓度NaCl的无机盐水，并进行蒸发浓缩结晶后达到国家污水排放标准。
进一步优化的技术方案为所述步骤1）中采用火焰原子吸收光度法测定金属离子的含量，重铬酸钾法测定COD，碘量法测定BOD；同时将不同时段采出水性质进行对比分析得出相应的数据结果。
进一步优化的技术方案为所述步骤2）中的臭氧/电絮凝组合工艺采用O3作为氧化剂，选用相适配的电极材料，及根据电极材料上离子的溶出量来选择电流密度，电解时间和电极间距；实现氧化污水中的有机物和重金属，去除悬浮物，降低COD、BOD。
进一步优化的技术方案为所述步骤3）中的采用氧化物与硫酸组合作为沉淀剂，以不同PH梯度进行金属离子沉淀的新型工艺，除去其中的Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+离子，并回收硫酸钡。
进一步优化的技术方案为所述步骤4)中采用RO膜分离，浓缩结晶，并电解，生成其他钠盐。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明对整个页岩气开采过程的采出水性质进行对比分析，为以后页岩气采出水的研究提供依据；预处理过程采用臭氧/电絮凝组合工艺，具有高效、节能、经济、环保等优势；对电絮凝装置进行设计，同时以悬浮物（TSS）为指标，对多种电极材料，多种条件进行对比分析，避免了传统的单一工艺，使TSS得去除率在94.5%以上；氧化物与硫酸组合作为沉淀剂，不同PH梯度进行金属离子沉淀的新型工艺对于硫酸钡（BaSO4）沉淀及Na盐的回收利用具有很大的优势，并且避免引入其他金属离子。对金属离子加以利用，提高经济效益的同时减少了固体废弃物对环境的危害。产生的盐水NaCl含量非常高，已经达到工业原材料的要求，或者蒸发结晶后生成盐卤水作为化工原材料；还可转化成小苏打（NaHCO3）或电解成其他产物等。
附图说明
图1是本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明公开了一种页岩气压裂采出水处理方法，处理方法步骤如下：
1）对整个页岩气开采过程的压裂返排液和产出水进行性质数据分析；
2）根据数据分析的结果对页岩气压裂后采出水采用臭氧/电絮凝组合工艺进行预处理；
3）对页岩气压裂后采出水预处理后，进行步进化学沉淀，其沉淀剂采用氧化物与硫酸组合；
4）沉淀后得到含高浓度NaCl的无机盐水，并进行蒸发浓缩结晶后达到国家污水排放标准。
进一步优化的技术方案为所述步骤1）中采用火焰原子吸收光度法测定金属离子的含量，重铬酸钾法测定COD，碘量法测定BOD；同时将不同时段采出水性质进行对比分析得出相应的数据结果。
进一步优化的技术方案为所述步骤2）中的臭氧/电絮凝组合工艺采用O3作为氧化剂，选用相适配的电极材料，及根据电极材料上离子的溶出量来选择电流密度，电解时间和电极间距；实现氧化污水中的有机物和重金属，去除悬浮物，降低COD、BOD。
进一步优化的技术方案为所述步骤3）中的采用氧化物与硫酸组合作为沉淀剂，以不同PH梯度进行金属离子沉淀的新型工艺，除去其中的Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+离子，并回收硫酸钡。
进一步优化的技术方案为所述步骤4)中采用RO膜分离，浓缩结晶，并电解，生成其他钠盐。
以四川长宁-威远页岩气压裂返排液性质分析为实施例1
对压裂返排污水进行了污染成分和含量的分析，发现污水水样的色度为500度，浊度为58度，数值都较高；总残渣含量为25733mg/L，矿化度为18600mg/L，聚合物浓度为97.08μg/ml；钙离子浓度为7.58μg/ml，镁离子浓度为1.33μg/ml，钡离子浓度为1.25μg/ml，锶离子浓度为1.47μg/ml；由于返排污水中含有大量有机污染物质，导致返排污水的COD值很高，达到了45080mg/L；处理后COD值为352mg/L，COD去除率为99.2%。因此，在后面的实验中，主要以COD值的变化来判断电絮凝处理压裂返排污水的效果。
四川宜宾页岩气压裂返排液性质分析：通过实验发现，
①压裂返排污水呈浅黄色，水样浑浊，散发着发霉和油的的气味。静置多天后，悬浮物减少，但还存在腐败的味道；
②压裂返排污水水样的PH值为7.35-7.45；
③50mL污水水样的总残渣含量为4913.333mg/L，可滤残渣含量为4680mg/L，100mL污水水样的不可滤残渣含量为9mg/L；
④ 矿化度为5733mg/L，污水水样未达到排放标准；
⑤ 根据钙离子含量的标准曲线计算出，污水水样中的钙离子含量为0.34ug/ml，根据镁离子含量的标准曲线计算出，污水水样中的镁离子含量为0.013mg/ml，根据钡离子含量的标准曲线计算出，，平均钡离子含量为4.57ug/mL。
以四川长宁-威远、宜宾、涪陵页岩气压裂采出水为依据，采用臭氧/电絮凝组合工艺及步进沉淀法对页岩气压裂后采出水进行处理，并对不同时段采出水性质进行对比分析。预处理过程利用臭氧/电絮凝组合工艺氧化有机物和重金属，去除悬浮物，降低污水COD、BOD值；化学沉淀法去除其中的Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+等，优化反应路径，并回收BaSO4；得到含高浓度NaCl的无机盐水，进行蒸发浓缩结晶，处理后的污水达到国家污水排放标准；从而达到了节能减排、变废为宝的目的，实现了资源综合利用。

Claims (5)

1.一种页岩气压裂采出水处理方法，其特征在于：处理方法步骤如下：
1）对整个页岩气开采过程的压裂返排液和产出水进行性质数据分析；
2）根据数据分析的结果对页岩气压裂后采出水采用臭氧/电絮凝组合工艺进行预处理；
3）对页岩气压裂后采出水预处理后，进行步进化学沉淀，其沉淀剂采用氧化物与硫酸组合；
4）沉淀后得到含高浓度NaCl的无机盐水，并进行蒸发浓缩结晶后达到国家污水排放标准。
2.根据权利要求1所述的一种页岩气压裂采出水处理方法，其特征在于：所述步骤1）中采用火焰原子吸收光度法测定金属离子的含量，重铬酸钾法测定COD，碘量法测定BOD；同时将不同时段采出水性质进行对比分析得出相应的数据结果。
3.根据权利要求1所述的一种页岩气压裂采出水处理方法，其特征在于：所述步骤2）中的臭氧/电絮凝组合工艺采用O3作为氧化剂，选用相适配的电极材料，及根据电极材料上离子的溶出量来选择电流密度，电解时间和电极间距；实现氧化污水中的有机物和重金属，去除悬浮物，降低COD、BOD。
4.根据权利要求1所述的一种页岩气压裂采出水处理方法，其特征在于：所述步骤3）中的采用氧化物与硫酸组合作为沉淀剂，以不同PH梯度进行金属离子沉淀的新型工艺，除去其中的Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+离子，并回收硫酸钡。
5.根据权利要求1所述的一种页岩气压裂采出水处理方法，其特征在于：所述步骤4)中采用RO膜分离，浓缩结晶，并电解，生成其他钠盐。
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