CN111423011B - 一种页岩气压裂返排液处理回用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种页岩气压裂返排液处理回用方法，其包括对页岩气压裂返排液进行处理的步骤和聚合物胶液制备步骤，所述聚合物胶液制备步骤是：以质量比计，在清水中加入0.5%~1.0%聚丙烯酰胺钾盐KPAM、2.0%~3.0%聚合物降滤失剂LS‑2进行水化，使聚合物分子链展开，得到聚合物胶液；将聚合物胶液与处理后的压裂返排液按照7:3进行混合，混合后的压裂返排液即用于配制钻井液。本发明不需要增添机械设备，直接在现场循环罐中进行操作，方法简单，不增加多余费用；没有二次污染废弃物产生，处理后的压裂返排液全部回用，更加环保。
Description
技术领域
本发明涉及石油天然气钻井技术领域，确切地说涉及一种页岩气压裂返排液处理回用方法。
背景技术
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，水力压裂中压裂液耗水量巨大，此外压裂液中还含有多种化学添加剂，包括防垢剂、降阻剂、杀菌剂、表面活性剂等。压裂作业后，体积占注入压裂液60%～80%的返排液逐渐返排至地表。压裂返排液具有高化学需氧量、高悬浮物、高矿化度、难生物降解和成分复杂等特点，因此存在较大的安全环保隐患，一是压裂返排液含有害物质多，无害化处理成本高，环境污染风险大；二是压裂返排液现场存储过程中易发黑变臭，影响周边环境。页岩气压裂返排液主要采用化学方法、电化学方法、机械过滤方法等来进行处理，处理后部分回用配制压裂液，或者在污水处理厂进行处理后进行外排。
如公开号为CN106477758A，公开日为2017年3月8日的中国专利文献公开了一种页岩气压裂返排液处理回用方法，首先对水基压裂返排液进行一级气浮处理；一级气浮后出水投加阳离子型聚合物后进行二级气浮处理；二级气浮后出水投加碱性物质，充分反应后，经微滤过滤，除去大部分的高价金属离子；再经过中和处理，将pH调至6-9，即得到终产物配水液。经该方法处理后的返排液，COD去除率大于75％，油的去除率大于90％，浊度小于0.1NTU，高价金属离子的去除率大于70％，得到的配水液能够满足配制水基压裂液的要求。
针对页岩气压裂返排液的回用处理，公开号为CN104445522A，公开日为2015年3月25日的中国专利文献公开了一种页岩气回用压裂返排液处理方法，其步骤如下：S1、先检测返排液中的离子含量，控制范围分别是：K+≤1500 mg/L 、Ca2+≤600 mg/L、Na+≤2000 mg/L、Mg2+≤1000 mg/L、NH4 +≤600 mg/L、总Fe≤25 mg/L，Cl-≤3000 mg/L 、Al3+≤30 mg/L、SO4 2-≤200 mg/L、COD≤300 mg/L，视为达标，达标的返排液收入容器备用；S2、 在将备用的达标返排液注入地下进行压裂施工之前，采用两种配方进行对比测试；对滑溜水的运动粘度进行评价，该方法尤其适用于地层压裂返排液回收后立即使用或回收后存放时间不超过10天的处理，采用该方法能去除影响返排液回用时的各种机械杂质、离子和细菌等，使处理后的返排液性能满足重复使用的要求可以极大地减少页岩气开发对水资源的消耗，实现降低成本，保护环境的双赢。
以上述专利文献为代表的现有页岩气压裂返排液的回用处理，主要侧重于首先控制压裂返排液中的金属离子达标，然后加入一定比例的降阻剂形成最终注入地下的达标返排液。但是，仍然存在以下不能解决的技术问题：（1）压裂返排液水质标准仅仅满足配制压裂液的水质标准，无法达到配制钻井液的水质标准；（2）无法降低压裂返排液的起泡率，而起泡率会严重影响井筒工作液的性质；（3）回用返排液配制的压裂液无法再次进行重复利用，回用返排液配制的钻井液可进一步重复利用。
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，提供一种页岩气压裂返排液处理回用方法，采用本方法能解决现有压裂返排液回用处理方法中所存在的处理后水质标准低、起泡率高、二次重复利用率低的技术问题。经本方法处理的压裂返排液，其流变性能满足现场钻进需求，且成本最低；处理后的页岩气压裂返排液可全部回用，不产生二次污染废弃物。
本发明是通过采用下述技术方案实现的：
一种页岩气压裂返排液处理回用方法，其特征在于：包括对页岩气压裂返排液进行处理的步骤和聚合物胶液制备步骤，
其中：对页岩气压裂返排液进行处理的步骤是：
a、在压裂返排液中加入酸碱调节剂调节pH值至7~8；
b、在压裂返排液中加入消泡剂后搅拌，若有气泡产生继续加入消泡剂，若无气泡产生加入杀菌剂；
c、加入杀菌剂后取样进行检测，若细菌含量硫酸盐还原菌SRB≤25个/mL、铁细菌FB≤104个/mL、腐生菌TGB≤104个/mL，则加入金属离子络合剂，若细菌含量超标则继续加入杀菌剂；
d、加入金属离子络合剂后搅拌，待反应完全停止搅拌，取上清液进行检测，若总硬度≤200mg/L则可进行下步操作，若不达标则继续加入金属离子络合剂，得到处理后的页岩气压裂返排液；
所述聚合物胶液制备步骤是：以质量比计，在清水中加入0.5%~1.0%聚丙烯酰胺钾盐KPAM、2.0%~3.0%聚合物降滤失剂LS-2进行水化，使聚合物分子链展开，得到聚合物胶液；
将聚合物胶液与处理后的压裂返排液按照7:3进行混合，混合后的压裂返排液即用于配制钻井液。
在步骤a前，还有对页岩气压裂返排液进行离子分析，物化指标分析的步骤。
所述步骤a中，以质量比计，在压裂返排液中加入0.05%~0.08%的酸碱调节剂。
所述步骤b中，以质量比计，在压裂返排液中加入0.5%~1.0%的消泡剂后搅拌，搅拌时间为1h。
所述步骤b和c中，以质量比计，在压裂返排液中加入1.0%~1.5%的杀菌剂。
所述步骤d中，以质量比计，在压裂返排液中加入2.0%~3.0%的金属离子络合剂后搅拌，搅拌时间为1h。
所述的酸碱调节剂为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠中的任一种。
所述的消泡剂为有机硅油消泡剂、柴油、硬脂酸铝中的任一种。
所述的杀菌剂为季胺盐类杀菌剂、液氯、次氯酸钠、戊二醛杀菌剂中的任一种。
所述的金属离子络合剂为乙二胺四乙酸、焦磷酸钠、乙醇酸中的任一种。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果如下：
1、本发明中，聚合物胶液的制备，特定的采用“在清水中加入0.5%~1.0%聚丙烯酰胺钾盐KPAM、2.0%~3.0%聚合物降滤失剂LS-2进行水化处理，使聚合物分子链展开，得到聚合物胶液”这样的技术方案。在复合盐水（15%KCl+5%CaCl2）中，加入不同比例的聚丙烯酰胺钾盐KPAM、聚合物降滤失剂LS-2评价其抗复合盐的特性，数据见下表：
表中实验结果显示，0.5%~1.0%KPAM+2.0%~3.0%LS-2的组合API滤失量有大幅度下降，表明在复合盐水中该组合的降滤失性能表现良好，有很好的抗复合盐特性，且流变性能良好、成本最低，因此选择该组合作为聚合物胶液的配方。
2、本发明中，采用先调节pH值-消泡-杀菌-去除金属离子这样特定的步骤，前面的步骤对后面的步骤有促进作用，先调节pH值至碱性，碱性环境下可增强消泡剂消泡效果、减缓细菌繁殖速度、沉除部分金属离子。页岩气压裂返排液必须按照特定的四个步骤经过处理，处理后的返排液水质标准才能满足配制钻井液的需要。
3、本发明中，将聚合物胶液与处理后的压裂返排液按照7:3进行混合，混合后的压裂返排液即用于配制钻井液。采用7:3特定的比例，从配比6:4开始，实验配方的表观粘度、塑性粘度大幅度下降，API滤失量大幅度增加，说明返排液中组分严重影响了聚合物分子链的展开，聚合物无法提供正常的功效，所以聚合物胶液：处理返排液的临界比例要大于6:4，同时比例为7:3的时候，聚合物胶液占比最小，现场应用成本最低，所以特定比例7:3为最优比例，在低成本下保证了钻井液的性能。
4、本发明中，压裂返排液中加入酸碱调节剂调节pH值至7~8，是维持钻井液胶体稳定性的最佳选择。
5、本发明中，在步骤a前，还有对页岩气压裂返排液进行离子分析，物化指标分析的步骤，以确定后面步骤处理剂的加量。
6、本发明不需要增添机械设备，直接在现场循环罐中进行操作，方法简单，不增加多余费用；没有二次污染废弃物产生，处理后的压裂返排液全部回用，更加环保。
具体实施方式
实施例1
一种页岩气压裂返排液处理回用方法，包括对页岩气压裂返排液进行处理的步骤和聚合物胶液制备步骤，
其中：对页岩气压裂返排液进行处理的步骤是：
a、在压裂返排液中加入酸碱调节剂调节pH值至7；
b、在压裂返排液中加入消泡剂后搅拌，若有气泡产生继续加入消泡剂，若无气泡产生加入杀菌剂；
c、加入杀菌剂后取样进行检测，若细菌含量硫酸盐还原菌SRB≤25个/mL、铁细菌FB≤104个/mL、腐生菌TGB≤104个/mL，则加入金属离子络合剂，若细菌含量超标则继续加入杀菌剂；
d、加入金属离子络合剂后搅拌，待反应完全停止搅拌，取上清液进行检测，若总硬度≤200mg/L则可进行下步操作，若不达标则继续加入金属离子络合剂，得到处理后的页岩气压裂返排液；
所述聚合物胶液制备步骤是：以质量比计，在清水中加入0.5%聚丙烯酰胺钾盐KPAM、2.0%聚合物降滤失剂LS-2进行水化，使聚合物分子链展开，得到聚合物胶液；
将聚合物胶液与处理后的压裂返排液按照7:3进行混合，混合后的压裂返排液即用于配制钻井液。
实施例2
一种页岩气压裂返排液处理回用方法，包括对页岩气压裂返排液进行处理的步骤和聚合物胶液制备步骤，
其中：对页岩气压裂返排液进行处理的步骤是：
a、在压裂返排液中加入酸碱调节剂调节pH值至8；
b、在压裂返排液中加入消泡剂后搅拌，若有气泡产生继续加入消泡剂，若无气泡产生加入杀菌剂；
c、加入杀菌剂后取样进行检测，若细菌含量硫酸盐还原菌SRB≤25个/mL、铁细菌FB≤104个/mL、腐生菌TGB≤104个/mL，则加入金属离子络合剂，若细菌含量超标则继续加入杀菌剂；
d、加入金属离子络合剂后搅拌，待反应完全停止搅拌，取上清液进行检测，若总硬度≤200mg/L则可进行下步操作，若不达标则继续加入金属离子络合剂，得到处理后的页岩气压裂返排液；
所述聚合物胶液制备步骤是：以质量比计，在清水中加入1.0%聚丙烯酰胺钾盐KPAM、3.0%聚合物降滤失剂LS-2进行水化，使聚合物分子链展开，得到聚合物胶液；
将聚合物胶液与处理后的压裂返排液按照7:3进行混合，混合后的压裂返排液即用于配制钻井液。
实施例3
一种页岩气压裂返排液处理回用方法，包括对页岩气压裂返排液进行处理的步骤和聚合物胶液制备步骤，
其中：对页岩气压裂返排液进行处理的步骤是：
a、在压裂返排液中加入酸碱调节剂调节pH值至8；
b、在压裂返排液中加入消泡剂后搅拌，若有气泡产生继续加入消泡剂，若无气泡产生加入杀菌剂；
c、加入杀菌剂后取样进行检测，若细菌含量硫酸盐还原菌SRB≤25个/mL、铁细菌FB≤104个/mL、腐生菌TGB≤104个/mL，则加入金属离子络合剂，若细菌含量超标则继续加入杀菌剂；
d、加入金属离子络合剂后搅拌，待反应完全停止搅拌，取上清液进行检测，若总硬度≤200mg/L则可进行下步操作，若不达标则继续加入金属离子络合剂，得到处理后的页岩气压裂返排液；
所述聚合物胶液制备步骤是：以质量比计，在清水中加入0.8%聚丙烯酰胺钾盐KPAM、2.5%聚合物降滤失剂LS-2进行水化，使聚合物分子链展开，得到聚合物胶液；
将聚合物胶液与处理后的压裂返排液按照7:3进行混合，混合后的压裂返排液即用于配制钻井液。
实施例4
(1)在现场选取一个40m3~50m3循环罐一，排空并清掏干净，以质量百分比计，加入相当于罐体容积70%的页岩气压裂返排液，预留出30%的空间用于加入下述的处理剂，并保证有充分搅拌的空间，取样进行分析；
(2)在压裂返排液中加入酸碱调节剂调节pH值至7（目的是调节配浆基础液pH值至碱性，维持钻井液胶体稳定性的基本要求）；继续加入消泡剂搅拌1h，若有气泡产生继续加入消泡剂，若无气泡产生加入杀菌剂；
(3)加入杀菌剂后取样进行检测，若细菌含量SRB≤25个/mL、FB≤104个/mL、TGB≤104个/mL则继续加入金属离子络合剂，若细菌含量超标则继续加入杀菌剂；
(4)加入金属离子络合剂后搅拌1h，待反应完全停止搅拌，取上清液进行检测，若总硬度≤200mg/L则可进行下步操作，若不达标则继续加入金属离子络合剂；
(5)在现场选取一个20m3~30m3循环罐二，排空并清掏干净，以质量百分比计，加入相当于罐体容积70%的页岩气压裂返排液，预留出30%的空间用于加入下述的处理剂，并保证有充分搅拌的空间，缓慢加入0.5%KPAM、2.0%LS-2充分水化；
(6)在现场选取一个40m3~50m3循环罐三排空并清掏干净，将循环罐一进行搅拌，待上清液与下部沉淀物混合均匀后，同时将循环罐一和循环罐二中的液体导入循环罐三中（比例为7:3），待混合均匀后即可进行钻井液的配制。
所述的酸碱调节剂为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠中的任一种。所述的消泡剂为有机硅油消泡剂、柴油、硬脂酸铝中的任一种。
所述的杀菌剂为季胺盐类杀菌剂、液氯、次氯酸钠、戊二醛杀菌剂中的任一种。
所述的金属离子络合剂为乙二胺四乙酸、焦磷酸钠、乙醇酸中的任一种。
室内实验证明：聚合物胶液与处理后的压裂返排液按照7:3进行混合，混合后的胶液效果流变性能满足现场钻进需求，且成本最低。数据见下表：
采用7:3特定的比例，是因为从配比6:4开始，实验配方的表观粘度、塑性粘度大幅度下降，API滤失量大幅度增加，说明返排液中组分严重影响了聚合物分子链的展开，聚合物无法提供正常的功效，所以聚合物胶液：处理返排液的比例要大于6:4，同时比例为7:3的时候，聚合物胶液占比最小，现场应用成本最低，所以特定比例7:3为最优比例，在低成本下保证了钻井液的性能。
Claims (5)
1.一种页岩气压裂返排液处理回用方法，其特征在于：包括对页岩气压裂返排液进行处理的步骤和聚合物胶液制备步骤，
其中：对页岩气压裂返排液进行处理的步骤是：
a、在压裂返排液中加入酸碱调节剂调节pH值至7~8；
b、在压裂返排液中加入消泡剂后搅拌，若有气泡产生继续加入消泡剂，若无气泡产生加入杀菌剂；
c、加入杀菌剂后取样进行检测，若细菌含量硫酸盐还原菌SRB≤25个/mL、铁细菌FB≤104个/mL、腐生菌TGB≤104个/mL，则加入金属离子络合剂，若细菌含量超标则继续加入杀菌剂；
d、加入金属离子络合剂后搅拌，待反应完全停止搅拌，取上清液进行检测，若总硬度≤200mg/L则可进行下步操作，若不达标则继续加入金属离子络合剂，得到处理后的页岩气压裂返排液；
所述聚合物胶液制备步骤是：以质量比计，在清水中加入0.5%~1.0%聚丙烯酰胺钾盐KPAM、2.0%~3.0%聚合物降滤失剂LS-2进行水化，使聚合物分子链展开，得到聚合物胶液；
将聚合物胶液与处理后的压裂返排液按照7:3进行混合，混合后的压裂返排液即用于配制钻井液；
在步骤a前，还有对页岩气压裂返排液进行离子分析，物化指标分析的步骤；
所述步骤a中，以质量比计，在压裂返排液中加入0.05%~0.08%的酸碱调节剂；
所述步骤b中，以质量比计，在压裂返排液中加入0.5%~1.0%的消泡剂后搅拌，搅拌时间为1h；
所述步骤b和c中，以质量比计，在压裂返排液中加入1.0%~1.5%的杀菌剂；
所述步骤d中，以质量比计，在压裂返排液中加入2.0%~3.0%的金属离子络合剂后搅拌，搅拌时间为1h。
2.根据权利要求1所述的一种页岩气压裂返排液处理回用方法，其特征在于：所述的酸碱调节剂为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠中的任一种。
3.根据权利要求1所述的一种页岩气压裂返排液处理回用方法，其特征在于：所述的消泡剂为有机硅油消泡剂、柴油、硬脂酸铝中的任一种。
4.根据权利要求1所述的一种页岩气压裂返排液处理回用方法，其特征在于：所述的杀菌剂为季胺盐类杀菌剂、液氯、次氯酸钠、戊二醛杀菌剂中的任一种。
5.根据权利要求1所述的一种页岩气压裂返排液处理回用方法，其特征在于：所述的金属离子络合剂为乙二胺四乙酸、焦磷酸钠、乙醇酸中的任一种。
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