CN111362450A - 一种压裂返排液的降粘过滤一体化处理系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压裂返排液的降粘过滤一体化处理系统和方法，系统包括过滤单元、进水单元、出水单元、动力单元、控制单元、反冲洗单元五大单元组成。通过超过至少3000转/分钟的高速反向旋转的内层滤网和外层滤网实现高速切割压裂返排液，将胍胶等压裂返排液大分子有机物分子链打断，从而实现降低粘度，该工艺将压裂返排液降粘和悬浮物去除相结合，一次实现了降粘和除悬浮物，处理后返排液粘度小于5mpa.s，悬浮物粒径小于50um，通过处理使压裂返排液可用于油气田压裂用水，实现了水资源的再次利用。

Description

一种压裂返排液的降粘过滤一体化处理系统和方法
技术领域
本发明涉及油气井压裂领域，具体涉及一种压裂返排液的降粘过滤一体化处理系统和方法。
背景技术
压裂作业是油田开发的主要措施之一，是油气田勘探和开发不可缺少的一项重要技术手段，其工作原理是通过50Mpa的高压将220um以上粒径砂子通过液体携带入含有油气的地层、填充至地下裂缝中，使得裂缝中的原油、天然气能够流出，这种液体因为含有胍胶、聚合物等，粘度达到35mpa.s。但是目前裂过程中一口井用淡水资源最大用水量达到20000m3，对油田开发区域淡水资源造成压力，同时，压裂生成的压裂返排废液达到10000m3，因此返排液的再利用尤为关键。
目前压裂返排液回用过程中必须降粘度降至5mpa.s以下、去除掉50um以上的砂子残余，但由于返排液因为残余的胍胶、聚合物造成一般粘度大于5mpa.s，部分粘度大于20mpa.s以上，同时由于返排过程中将砂子也带出来，粘度和砂子的双重作用导致返排液不能直接在利用。因此针对高粘含砂压裂返排液经过处理重复使用既能节约水资源又能减小对环境的污染，因此开展压裂返排液混合废液处理回用技术研究意义重大。
目前压裂返排液的处理工艺是通过氧化剂、微电解等化学方法降粘后，在经过絮凝沉降等固液分离，最后通过过滤器过滤后出水再利用，全过程至少含油三个步骤，且氧化降粘、絮凝沉降过程都是化学方法，处理剂加量大，工艺复杂，目前急需寻找一种处理工艺简单、成本低的处理方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种压裂返排液的降粘过滤的处理系统及方法，以克服现有技术存在的处理剂加量大，工艺复杂的缺点，本发明能有效满足油田压裂水资源用量大，废水产生量大的问题，减小压裂施工作业现场排放污染甚至零排放污染，达到水资源重复利用的目的。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种压裂返排液的降粘过滤一体化处理系统，包括过滤单元、进水单元、出水单元、动力单元以及控制单元；
其中，过滤单元包括过滤器筒体、外层滤网与内层滤网，过滤器筒体内设置有内层滤网，内层滤网外侧套装有外层滤网；
动力单元与外层滤网与内层滤网均相连，并带动外层滤网与内层滤网进行反方向转动；
进水单元包括进水管线；过滤器筒体上设置有内层滤网内部相连通的进水管线，并且进水管线上设置有进水电磁阀；
出水单元包括出水管线；出水管线设置在过滤器筒体底部，并且出水管线上设置有出水电磁阀；
进水电磁阀、出水电磁阀以及动力单元均与控制单元相连。
本发明进一步的改进在于，内层滤网和外层滤网为圆柱状，外层滤网与过滤器筒体内壁之间留有间隙。
本发明进一步的改进在于，外层滤网和内层滤网材质为304L不锈钢金属网；外层滤网孔径为50微米，内层滤网孔径为20微米。
本发明进一步的改进在于，当高粘含砂压裂返排液粘度大于3mPa.s小于等于6mPa.s时，外层滤网和内层滤网的转速为3000转/分钟，当高粘含砂压裂返排液粘度大于6mPa.s小于等于10mPa.s时，外层滤网和内层滤网的转速为5000转/分钟；当高粘含砂压裂返排液粘度大于10mPa.s时，外层滤网和内层滤网的转速为8000转/分钟。
本发明进一步的改进在于，动力单元包括一级齿轮、电机、外筒二级齿轮、内筒三级齿轮、内筒二级齿轮、外筒传动轴以及内筒传动轴；
电机连接一级齿轮，一级齿轮分别与连接内筒二级齿轮和外筒二级齿轮相连；内筒二级齿轮与内筒三级齿轮相连，内筒三级齿轮与内筒传动轴相连，内筒传动轴与内层滤网相连，实现内层滤网的转动；
外筒二级齿轮与外筒传动轴相连，外筒传动轴与外层滤网相连，实现外层滤网的转动。
本发明进一步的改进在于，外筒传动轴为内部中空环状结构，内部套入内筒传动轴，外筒传动轴带动外层滤网进行转动，内筒传动轴带动内层滤网进行转动。
本发明进一步的改进在于，外筒传动轴和内筒传动轴之间由传动轴密封圈密封。
本发明进一步的改进在于，还包括反冲洗单元，反冲洗单元包括反冲洗管线；反冲洗管线与过滤器筒体内部相连通，反冲洗管线上设置有反冲洗电磁阀；过滤器筒体上还设置有反冲洗出水管线，反冲洗出水管线上设置有反冲洗出口电磁阀；
进水管线与进水泵相连；反冲洗管线与反冲洗泵相连。
本发明进一步的改进在于，过滤器筒体上设置有出水压力表和进水压力表。
一种基于上述系统的压裂返排液的降粘过滤一体化处理方法，包括以下步骤：
步骤一：当处理高粘含砂压裂返排液时，控制单元发出电信号打开进水电磁阀、出水电磁阀与动力单元，动力单元带动内层过滤网与外层过滤网以至少3000转/分钟的转速反向旋转，高粘含砂压裂返排液通过进水管线进入过滤器筒体内部实现处理，处理后水从出水单元流出；
步骤二：当进水压力表和出水压力的压力差值大于等于0.2mpa时，控制单元发出电信号打开反冲洗出口电磁阀、进水电磁阀、同时关闭出水电磁阀与动力单元；反冲洗清水由反冲洗单元进入过滤器筒体内持续冲洗后排出。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明通过超过至少3000转/分钟的高速反向旋转的内层滤网和外层滤网实现高速切割，将胍胶等压裂返排液大分子有机物分子链打断，从而实现降低粘度，同时通过内外两层过滤网两级过滤去除压裂大于50微米的悬浮物。现有压裂返排液处理过程通过化学处理剂氧化降粘，通过大型沉淀池重力沉降降低悬浮物含量，工艺复杂，现场处理流程长，设备多，本发明将压裂返排液降粘和悬浮物去除相结合，一次实现了降粘和除悬浮物，处理后返排液粘度小于3mpa.s，悬浮物粒径小于50um，相比现有处理技术成本低，工艺简单。
经过本发明方法处理的返排液能有效满足致油田大规模体积压裂，节约淡水资源，减小压裂施工作业现场排放污染甚至零排放污染，达到水资源重复利用的目的。
附图说明
图1是本发明一种压裂返排液的降粘过滤一体化处理系统的结构示意图；
图2是本发明控制单元的连接示意图；
图3是动力单元连接示意图。
其中：1、进水电磁阀；2、内层滤网；3、外层滤网；4、过滤器筒体；5、出水电磁阀；6、一级齿轮；7、电机；8、进水压力表；9、出水压力表；10、系统控制器；11、反冲洗电磁阀；12、外筒二级齿轮；13、内筒三级齿轮；14、内筒二级齿轮；15、反冲洗泵；16、进水泵；17、反冲洗管线；18、出水管线；19、外筒传动轴；20、进水管线；21、内筒传动轴；22、传动轴密封圈；23、反冲洗出口电磁阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述。
参见图1，一种压裂返排液的降粘过滤一体化处理系统，包括过滤单元、进水单元、出水单元、动力单元、控制单元、反冲洗单元五大单元。
其中，过滤单元由过滤器筒体4、外层滤网3与内层滤网2组成。过滤器筒体4内设置有内层滤网2，内层滤网2外侧套装有外层滤网3。内层滤网2和外层滤网3为圆柱状，外层滤网3与过滤器筒体4内壁之间留有间隙，外层滤网3旋转方向为顺时针旋转，内层滤网2旋转方向为逆时针旋转；外层滤网3和内层滤网2材质为304L不锈钢金属网；外层滤网3孔径为50微米，内层滤网2孔径为20微米；根据高粘含砂压裂返排液粘度的不同内层滤网2与外层滤网3的转速不同，转速由电机7的转速控制，其转速范围如下表1所示。
表1内外层滤网转速
Figure BDA0002388269980000051
进水单元由进水管线20、进水压力表8、进水电磁阀1与进水泵16组成。其中，过滤器筒体4顶部设置有进水管线20，进水管线20与内层滤网内部相连通，与进水泵16相连，并且进水管线20上设置有进水电磁阀1，过滤器筒体4上设置有用于测量进水压力的进水压力表8。
出水单元由出水管线18与出水电磁阀5组成。过滤器筒体4底部设置有出水管线18，出水管线18上设置有出水电磁阀5。
动力单元由一级齿轮6、电机7、外筒二级齿轮12、内筒三级齿轮13、内筒二级齿轮14、外筒传动轴19、内筒传动轴21与传动轴密封圈22组成。
参见图3，电机7连接一级齿轮6，一级齿轮6分别与连接内筒二级齿轮14和外筒二级齿轮12相连；内筒二级齿轮14与内筒三级齿轮13相连，内筒三级齿轮13与内筒传动轴21相连，内筒传动轴21与内层滤网2相连，实现内层滤网2的转动。
外筒二级齿轮12与外筒传动轴19相连，外筒传动轴19与外层滤网3相连，实现外层滤网3的转动。
反冲洗单元由反冲洗管线17、出水压力表9、反冲洗电磁阀11、反冲洗出口电磁阀11与反冲洗泵15组成。其中，过滤器筒体4外部设置与过滤器筒体4内部相连通的反冲洗管线17，反冲洗管线17一端设置有反冲洗泵15，反冲洗管线17上设置有反冲洗电磁阀11，出水压力表9设置在过滤器筒体4上，用于测量经外层滤网3过滤后进入到过滤器筒体4内的液体的压力。
控制单元为系统控制器10。参见图2，进水压力表8、进水电磁阀1、出水电磁阀5、电机7、出水压力表9、反冲洗电磁阀11、反冲洗泵15以及进水泵16均与系统控制器10连接。
外筒传动轴19为内部中空环状结构，内部套入内筒传动轴21，外筒传动轴19带动外层滤网3进行转动，内筒传动轴21带动内层滤网2进行转动；外筒传动轴19和内筒传动轴21之间由传动轴密封圈22密封。
过滤器筒体4上还设置有用于排出反冲洗清水的反冲洗出水管线，并且该管线上设置有反冲洗出口电磁阀23。
一种压裂返排液的降粘过滤一体化处理系统的工作原理是：通过超过至少3000转/分钟的高速反向旋转的内层滤网2和外层滤网3，实现高速切割压裂返排液，将胍胶等压裂返排液大分子有机物分子链打断，从而实现降低粘度，同时通过内外两层过滤网两级过滤去除压裂大于50微米的悬浮物。
基于上述系统的压裂返排液的降粘过滤一体化处理方法，包括以下步骤：
步骤一：过滤流程，当系统处理高粘含砂压裂返排液时，系统控制器10发出电信号打开进水电磁阀1、进水泵16、出水电磁阀5与电机7，其中，电机7带动内外层过滤网高速反向旋转，进水泵16将高粘含砂压裂返排液泵入过滤器筒体4内部实现处理，处理后水从出水单元流出循环再利用；
步骤二：反冲洗流程，当系统中进水压力表8和出水压力表9压力差值大于等于0.2mpa时，系统控制器10发出电信号打开反冲洗电磁阀11、反冲洗出口电磁阀23、反冲洗泵15、进水电磁阀1、进水泵16，同时关闭出水电磁阀5与电机7；反冲洗清水由反冲洗单元进入过滤器筒体4内持续冲洗30min，出水由反冲洗出口电磁阀23所在的管线排出。

Claims (10)

1.一种压裂返排液的降粘过滤一体化处理系统，其特征在于，包括过滤单元、进水单元、出水单元、动力单元以及控制单元；
其中，过滤单元包括过滤器筒体(4)、外层滤网(3)与内层滤网(2)，过滤器筒体(4)内设置有内层滤网(2)，内层滤网(2)外侧套装有外层滤网(3)；
动力单元与外层滤网(3)与内层滤网(2)均相连，并带动外层滤网(3)与内层滤网(2)进行反方向转动；
进水单元包括进水管线(20)；过滤器筒体(4)上设置有内层滤网(2)内部相连通的进水管线(20)，并且进水管线(20)上设置有进水电磁阀(1)；
出水单元包括出水管线(18)；出水管线(18)设置在过滤器筒体(4)底部，并且出水管线(18)上设置有出水电磁阀(5)；
进水电磁阀(1)、出水电磁阀(5)以及动力单元均与控制单元相连。
2.根据权利要求1所述的一种压裂返排液的降粘过滤一体化处理系统，其特征在于，内层滤网(2)和外层滤网(3)为圆柱状，外层滤网(3)与过滤器筒体(4)内壁之间留有间隙。
3.根据权利要求1所述的一种压裂返排液的降粘过滤一体化处理系统，其特征在于，外层滤网(3)和内层滤网(2)材质为304L不锈钢金属网；外层滤网(3)孔径为50微米，内层滤网(2)孔径为20微米。
4.根据权利要求1所述的一种压裂返排液的降粘过滤一体化处理系统，其特征在于，当高粘含砂压裂返排液粘度大于3mPa.s小于等于6mPa.s时，外层滤网(3)和内层滤网(2)的转速为3000转/分钟，当高粘含砂压裂返排液粘度大于6mPa.s小于等于10mPa.s时，外层滤网(3)和内层滤网(2)的转速为5000转/分钟；当高粘含砂压裂返排液粘度大于10mPa.s时，外层滤网(3)和内层滤网(2)的转速为8000转/分钟。
5.根据权利要求1所述的一种压裂返排液的降粘过滤一体化处理系统，其特征在于，动力单元包括一级齿轮(6)、电机(7)、外筒二级齿轮(12)、内筒三级齿轮(13)、内筒二级齿轮(14)、外筒传动轴(19)以及内筒传动轴(21)；
电机(7)连接一级齿轮(6)，一级齿轮(6)分别与连接内筒二级齿轮(14)和外筒二级齿轮(12)相连；内筒二级齿轮(14)与内筒三级齿轮(13)相连，内筒三级齿轮(13)与内筒传动轴(21)相连，内筒传动轴(21)与内层滤网(2)相连，实现内层滤网(2)的转动；
外筒二级齿轮(12)与外筒传动轴(19)相连，外筒传动轴(19)与外层滤网(3)相连，实现外层滤网(3)的转动。
6.根据权利要求5所述的一种压裂返排液的降粘过滤一体化处理系统，其特征在于，外筒传动轴(19)为内部中空环状结构，内部套入内筒传动轴(21)，外筒传动轴(19)带动外层滤网(3)进行转动，内筒传动轴(21)带动内层滤网(2)进行转动。
7.根据权利要求5所述的一种压裂返排液的降粘过滤一体化处理系统，其特征在于，外筒传动轴(19)和内筒传动轴(21)之间由传动轴密封圈(22)密封。
8.根据权利要求1所述的一种压裂返排液的降粘过滤一体化处理系统，其特征在于，还包括反冲洗单元，反冲洗单元包括反冲洗管线(17)；反冲洗管线(17)与过滤器筒体(4)内部相连通，反冲洗管线(17)上设置有反冲洗电磁阀(11)；过滤器筒体(4)上还设置有反冲洗出水管线，反冲洗出水管线上设置有反冲洗出口电磁阀(23)；
进水管线(20)与进水泵(16)相连；反冲洗管线(17)与反冲洗泵(15)相连。
9.根据权利要求8所述的一种压裂返排液的降粘过滤一体化处理系统，其特征在于，过滤器筒体(4)上设置有出水压力表(9)和进水压力表(8)。
10.一种基于权利要求9所述系统的压裂返排液的降粘过滤一体化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：当处理高粘含砂压裂返排液时，控制单元发出电信号打开进水电磁阀(1)、出水电磁阀(5)与动力单元，动力单元带动内层过滤网(2)与外层过滤网(3)以至少3000转/分钟的转速反向旋转，高粘含砂压裂返排液通过进水管线(20)进入过滤器筒体(4)内部实现处理，处理后水从出水单元流出；
步骤二：当进水压力表和出水压力的压力差值大于等于0.2mpa时，控制单元发出电信号打开反冲洗出口电磁阀(23)、进水电磁阀(1)、同时关闭出水电磁阀(5)与动力单元；反冲洗清水由反冲洗单元进入过滤器筒体(4)内持续冲洗后排出。
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CN116813154A (zh) * 2023-08-28 2023-09-29 山西世洁环境科技有限公司 闭式供热管路的循环水处理装置及其处理方法
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