CN112520933B - 一种压裂返排液氧化气浮-超磁分离-干化系统及其工艺 - Google Patents

Abstract

一种压裂返排液氧化气浮‑超磁分离‑干化系统及其工艺，本发明涉及油田压裂返排液的处理领域。本发明要解决现有酸化废液的处理方法处理后的废液中残余Fe²⁺含量较高，达不到回注或回配的水质要求的技术问题。该系统包括原水罐、涡凹气浮池、刮油设备、加药装置、稀土超磁分离装置、污泥处理装置、双联过滤器和清水储存装置；污泥处理装置包括螺杆式压缩机和电磁脱水装置。工艺：曝气气浮除油，超磁泥水分离，污泥脱水。本发明通过氧化破乳降低水中有机物和粘度，利用纳米气泡进行油水分离，原油去除率高，合理使用药剂，利用超磁泥水分离设备，加快沉降速度，提高分离率。采用螺压脱水和电磁脱水使污泥含水率降低。本发明用于处理油田压裂返排液。

Description

一种压裂返排液氧化气浮-超磁分离-干化系统及其工艺

技术领域

本发明涉及油田压裂返排液的处理领域。

背景技术

压裂返排液是一种复杂的多相分散体系，油田常用的胍胶压裂液中主要含有增稠剂、交联剂、过氧化物类破胶剂、pH调节剂、助排剂、破乳剂、黏土稳定剂等，具有化学成分复杂、黏度大、COD和悬浮物含量高、处理难度大等特点，压裂返排液已经成为油田的主要污染物之一。

酸化技术是提高储层中油、气渗流能力及增加油气井产量的重要措施之一。酸化过程是通过井眼向地层注入一种或几种酸液或酸性混合溶液，利用酸与地层或近井地带部分矿物的化学反应，溶蚀储层中孔隙或天然裂缝壁面岩石，增加孔隙和裂缝的导流能力，从而达到油气增产或注水井增注的目的。酸化作业完成后，残酸通过注入井返排至地面，形成酸化废液。为了提高对储层的改造效果，常将压裂与酸化过程相结合，在足以压开油气层形成裂缝或张开油层原有裂缝的压力下，对油气层酸压的一种工艺。酸化压裂液体系由增粘剂、盐酸、有机酸等主剂及缓蚀剂、铁稳定剂、杀菌剂等组成，致使返排出的酸化压裂废液具有污染物含量高、酸性及腐蚀性强等特点，未经处理外排对环境会产生严重污染。对其处理后回注或回配酸化压裂液是其重要出路。

目前酸化废液的处理方法大多是用石灰中和至中性后就地储存或转运回注。使用中和法碱用量过大、产生的污泥量大，处理后废液中残余Fe²⁺含量仍然较高，达不到回注或回配的水质要求。由于酸化废液组成差异较大，处理工艺较为复杂且处理费用高，其处理与回用已成为油气田环境保护的重要内容之一。根据废水的来源特点制定有针对性的废水处理方案，可实现酸化压裂返排液的资源化利用，对于油气田开发与环境保护的可持续发展具有重要意义。

发明内容

本发明要解决现有酸化废液的处理方法处理后的废液中残余Fe²⁺含量较高，达不到回注或回配的水质要求的技术问题，而提供一种压裂返排液氧化气浮-超磁分离-干化系统及其工艺。

一种压裂返排液氧化气浮-超磁分离-干化系统，包括原水罐、涡凹气浮池、刮油设备、加药装置、稀土超磁分离装置、污泥处理装置、双联过滤器和清水储存装置；稀土超磁分离装置包括第一絮凝池、第二絮凝池和超磁分离罐；污泥处理装置包括螺杆式压缩机和电磁脱水装置；原水罐出水口与涡凹气浮池进水口连通，涡凹气浮池内设有两个挡板，将涡凹气浮池内部分为曝气区、气浮处理区和清水区，曝气区设有曝气装置，气浮处理区上方设置刮油设备，气浮处理区底部排泥口连通螺杆式压缩机进口，涡凹气浮池清水区出水口与第一絮凝池进水口连通，加药装置的一条加药管道与第一絮凝池的进水管道连通，第一絮凝池的出水口与第二絮凝池进水口连通，加药装置的另一条加药管道通入第二絮凝池，第二絮凝池内部设有搅拌器，第二絮凝池出水口与超磁分离罐进水口连通，超磁分离罐底部设有刮渣机，超磁分离罐底部的排泥口与螺杆式压缩机进口连通，超磁分离罐上端出水口与双联过滤器进水口连通，双联过滤器出水口与清水储存装置进水口连通；螺杆式压缩机出口与电磁脱水装置进口连通。

所述曝气装置为纳米级曝气设备；所述超磁分离罐为超磁泥水分离设备；

电磁脱水装置包括传送带和电磁加热装置，电磁加热装置设置在传送带内部。

电磁加热装置由多个电磁加热单元组成，可分别控制加热功率，提高脱水效率，降低能耗。

传送带为锯齿形，由电磁材料和吸水材料混合织成的加热膜制成。

所述的一种压裂返排液氧化气浮-超磁分离-干化的工艺，具体按以下步骤进行：

一、将压裂返排液通过水泵从原水罐输送到涡凹气浮池中，加入过硫酸钠和硫酸亚铁，在曝气区混合均匀，纳米级气泡将油水分离，然后进入气浮处理区，通过刮油设备去除表面原油，沉淀由气浮处理区底部排泥口排出；

二、将涡凹气浮池的出水加入絮凝剂，进入第一絮凝池，然后再进入第二絮凝池，依次加入磁助剂和助凝剂，搅拌均匀，生成带磁性絮体，进入超磁分离罐中，带磁性絮体沉淀到底部，通过刮渣机排出，液体通过超磁分离罐出水口进入双联过滤器；

三、双联过滤器过滤后得到的清水通入清水储存装置；

四、步骤一排出的沉淀和步骤二排出的沉淀进入螺杆式压缩机压缩脱水，然后进入电磁脱水装置电磁脱水，获得脱水污泥，完成该工艺。

进一步的，步骤一中过硫酸钠的加入量为50mg/L，硫酸亚铁的加入量为50mg/L。

进一步的，步骤二中絮凝剂加入量为600～800mg/L，磁助剂加入量为40～80mg/L，助凝剂加入量为10～30mg/L。

本发明通过过硫酸钠与硫酸亚铁氧化破乳，破坏压裂液中的增稠剂、交联剂等物质，降低水中的有机物和粘度，利用纳米级曝气设备产生的纳米级气泡，进行油水分离，然后通过刮渣机去除表面原油，这样的处理提高了压裂液中原油的去除效率；通过絮凝剂，磁助剂和辅凝剂的同时使用，在超磁泥水分离设备的作用下，带磁性絮体受到磁力和重力的双重作用，提高了沉淀物所受的作用力，大大加快了沉降速度，底部设有刮渣机，便于及时排泥，提高了分离效率。同时采用螺压脱水与电磁脱水，使污泥脱水含水率小于30％。

本发明所述电磁脱水是将螺压脱水后的污泥重新分散后，放置到由电磁材料和吸水材料混合织成的加热膜上，加热膜的强吸水性可以吸收污泥中的水分，通过电磁加热使加热膜快速升温，加热膜中电磁材料和吸水材料水相互交错，接触面积大，使水的蒸发速度变大，同时利用了添加的磁性物质发热，从而加快了污泥的脱水速度和效率。

本发明的有益效果是：

本发明利用过硫酸盐与硫酸亚铁氧化调质破乳：氧化剂与压裂返排液作用，具有降低有机物、粘度的作用，可以降低废液的稳定性，减小后续工艺处理的难度。

利用纳米级曝气气浮除油：利用曝气装置产生大量的纳米级微气泡吸附油颗粒，上浮的油颗粒经刮油设备去除，大大提高了原油的去除效率。

超磁泥水分离：进入超磁分离系统的废液，顺序加入混凝剂、磁助剂、助凝剂，在水体中形成若干带有磁性的絮凝体，絮凝体被磁盘吸附，磁力为重力的740倍，实现了泥水分离。

污泥脱水：将超磁分离出来的污泥经螺杆式压缩机(螺压机)脱水和电磁脱水处理，污泥含水达到30％以下。电磁脱水方法利用了污泥中的磁性物质，提高了脱水效率。

本发明用于处理油田压裂返排液。

附图说明

图1为具体实施方式一所述一种压裂返排液氧化气浮-超磁分离-干化系统的结构示意图；

图2为具体实施方式一所述电磁脱水装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式一种压裂返排液氧化气浮-超磁分离-干化系统包括原水罐过硫酸钠1过硫酸钠、涡凹气浮池过硫酸钠2过硫酸钠、刮油设备过硫酸钠3过硫酸钠、加药装置过硫酸钠4过硫酸钠、稀土超磁分离装置、污泥处理装置、双联过滤器过硫酸钠5过硫酸钠和清水储存装置过硫酸钠6过硫酸钠；稀土超磁分离装置包括第一絮凝池过硫酸钠7过硫酸钠、第二絮凝池过硫酸钠8过硫酸钠和超磁分离罐过硫酸钠9过硫酸钠；污泥处理装置包括螺杆式压缩机过硫酸钠10过硫酸钠和电磁脱水装置过硫酸钠11过硫酸钠；原水罐过硫酸钠1过硫酸钠出水口与涡凹气浮池过硫酸钠2过硫酸钠进水口连通，涡凹气浮池过硫酸钠2过硫酸钠内设有两个挡板，将涡凹气浮池内部分为曝气区、气浮处理区和清水区，曝气区设有曝气装置，气浮处理区上方设置刮油设备过硫酸钠3过硫酸钠，气浮处理区底部排泥口连通螺杆式压缩机过硫酸钠10过硫酸钠进口，涡凹气浮池过硫酸钠2过硫酸钠清水区出水口与第一絮凝池过硫酸钠7过硫酸钠进水口连通，加药装置过硫酸钠4过硫酸钠的一条加药管道与第一絮凝池过硫酸钠7过硫酸钠的进水管道连通，第一絮凝池过硫酸钠7过硫酸钠的出水口与第二絮凝池过硫酸钠8过硫酸钠进水口连通，加药装置过硫酸钠4过硫酸钠的另一条加药管道通入第二絮凝池过硫酸钠8过硫酸钠，第二絮凝池过硫酸钠8过硫酸钠内部设有搅拌器，第二絮凝池过硫酸钠8过硫酸钠出水口与超磁分离罐过硫酸钠9过硫酸钠进水口连通，超磁分离罐过硫酸钠9过硫酸钠底部设有刮渣机，超磁分离罐过硫酸钠9过硫酸钠底部的排泥口与螺杆式压缩机过硫酸钠10过硫酸钠进口连通，超磁分离罐过硫酸钠9过硫酸钠上端出水口与双联过滤器过硫酸钠5过硫酸钠进水口连通，双联过滤器过硫酸钠5过硫酸钠出水口与清水储存装置过硫酸钠6过硫酸钠进水口连通；螺杆式压缩机过硫酸钠10过硫酸钠出口与电磁脱水装置过硫酸钠11过硫酸钠进口连通。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：涡凹气浮池过硫酸钠2过硫酸钠曝气区设有搅拌装置。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：气浮处理区设有污油槽，污油槽通过管道与污油罐连通。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：加药装置过硫酸钠4过硫酸钠内设有多个储药罐。其它与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：电磁脱水装置过硫酸钠11过硫酸钠包括传送带过硫酸钠11-1过硫酸钠和电磁加热装置过硫酸钠11-2过硫酸钠，电磁加热装置过硫酸钠11-2过硫酸钠设置在传送带过硫酸钠11-1过硫酸钠内部。其它与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：电磁加热装置过硫酸钠11-2过硫酸钠由多个电磁加热单元组成。其它与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：传送带过硫酸钠11-1过硫酸钠为锯齿形，由电磁材料和吸水材料混合织成的加热膜制成。其它与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式一种压裂返排液氧化气浮-超磁分离-干化的工艺，具体按以下步骤进行：

一、将压裂返排液通过水泵从原水罐过硫酸钠1过硫酸钠输送到涡凹气浮池过硫酸钠2过硫酸钠中，加入过硫酸钠和硫酸亚铁，在曝气区混合均匀，纳米级气泡将油水分离，然后进入气浮处理区，通过刮油设备过硫酸钠3过硫酸钠去除表面原油，沉淀由气浮处理区底部排泥口排出；

二、将涡凹气浮池过硫酸钠2过硫酸钠的出水加入絮凝剂，进入第一絮凝池过硫酸钠7过硫酸钠，然后再进入第二絮凝池过硫酸钠8过硫酸钠，依次加入磁助剂和助凝剂，搅拌均匀，生成带磁性絮体，进入超磁分离罐过硫酸钠9过硫酸钠中，带磁性絮体沉淀到底部，通过刮渣机排出，液体通过超磁分离罐过硫酸钠9过硫酸钠出水口进入双联过滤器过硫酸钠5过硫酸钠；

三、双联过滤器过硫酸钠5过硫酸钠过滤后得到的清水通入清水储存装置过硫酸钠6过硫酸钠；

四、步骤一排出的沉淀和步骤二排出的沉淀进入螺杆式压缩机过硫酸钠10过硫酸钠压缩脱水，然后进入电磁脱水装置过硫酸钠11过硫酸钠电磁脱水，获得脱水污泥，完成该工艺。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式八不同的是：步骤一中过硫酸钠的加入量为50mg/L，硫酸亚铁的加入量为50mg/L。其它与具体实施方式八相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式八或九不同的是：步骤二中絮凝剂加入量为600～800mg/L，磁助剂加入量为40～80mg/L，助凝剂加入量为10～30mg/L。其它与具体实施方式八或九相同。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一：

本实施例一种压裂返排液氧化气浮-超磁分离-干化系统，

包括原水罐1、涡凹气浮池2、刮油设备3、加药装置4、稀土超磁分离装置、污泥处理装置、双联过滤器5和清水储存装置6；稀土超磁分离装置包括第一絮凝池7、第二絮凝池8和超磁分离罐9；污泥处理装置包括螺杆式压缩机10和电磁脱水装置11；原水罐1出水口与涡凹气浮池2进水口连通，涡凹气浮池2内设有两个挡板，将涡凹气浮池内部分为曝气区、气浮处理区和清水区，曝气区设有曝气装置，气浮处理区上方设置刮油设备3，气浮处理区底部排泥口连通螺杆式压缩机10进口，涡凹气浮池2清水区出水口与第一絮凝池7进水口连通，加药装置4的一条加药管道与第一絮凝池7的进水管道连通，第一絮凝池7的出水口与第二絮凝池8进水口连通，加药装置4的另一条加药管道通入第二絮凝池8，第二絮凝池8内部设有搅拌器，第二絮凝池8出水口与超磁分离罐9进水口连通，超磁分离罐9底部设有刮渣机，超磁分离罐9底部的排泥口与螺杆式压缩机10进口连通，超磁分离罐9上端出水口与双联过滤器5进水口连通，双联过滤器5出水口与清水储存装置6进水口连通；螺杆式压缩机10出口与电磁脱水装置11进口连通。

涡凹气浮池2曝气区设有搅拌装置。

气浮处理区设有污油槽，污油槽通过管道与污油罐连通。

电磁脱水装置11包括传送带11-1和电磁加热装置11-2，电磁加热装置11-2设置在传送带11-1内部。

电磁加热装置11-2由多个电磁加热单元组成。

传送带11-1为锯齿形，由电磁材料和吸水材料混合织成的加热膜制成。

所述的一种压裂返排液氧化气浮-超磁分离-干化的工艺，具体按以下步骤进行：

一、将压裂返排液通过水泵从原水罐1输送到涡凹气浮池2中，加入过硫酸钠和硫酸亚铁，在曝气区混合均匀，纳米级气泡将油水分离，然后进入气浮处理区，通过刮油设备3去除表面原油，沉淀由气浮处理区底部排泥口排出；其中控制过硫酸钠的加入量为50mg/L，硫酸亚铁的加入量为50mg/L，曝气区内搅拌装置的搅拌转速为200r/min；

二、将涡凹气浮池2的出水加入絮凝剂，进入第一絮凝池7，然后再进入第二絮凝池8，依次加入磁助剂和助凝剂，搅拌均匀，控制搅拌转速为200r/min，生成带磁性絮体，进入超磁分离罐9中，带磁性絮体沉淀到底部，通过刮渣机排出，液体通过超磁分离罐9出水口进入双联过滤器5；其中絮凝剂为聚合氯化铝、加入量为600mg/L，磁助剂为铁粉、加入量为40mg/L，助凝剂为聚丙烯酰胺和氯化钙按的混合、总加入量为10mg/L、聚丙烯酰胺和氯化钙按质量比为1：50；

三、双联过滤器5过滤后得到的清水通入清水储存装置6；

四、步骤一排出的沉淀和步骤二排出的沉淀进入螺杆式压缩机10压缩脱水，控制进泥的容积流量为0.23m³/min，排气压力为2.5MPa；然后进入电磁脱水装置11电磁脱水，调节加热功率，控制电磁脱水温度低于100度，调节传送带转速，控制电磁脱水时间为5～8min，获得脱水污泥，完成该工艺。

采用实施例一的系统及其工艺分别处理采油八厂、九厂、十厂的压裂液，处理结果如表1所示：

表1不同采油厂压裂液处理前后水质数据

采用实施例一的系统及其工艺处理采油十厂某联合处理站废液坑内废液，处理结果如表2所示：

表2采油十厂某联合处理站废液坑处理水质数据

由以上数据可知，经处理后的水质达到油田“双20”标准，同时，经井下做试验，按照1:1掺清水，可以达到配制压裂液用水要求。

Claims (7)

1.一种压裂返排液氧化气浮-超磁分离-干化系统，其特征在于该系统包括原水罐（1）、涡凹气浮池（2）、刮油设备（3）、加药装置（4）、稀土超磁分离装置、污泥处理装置、双联过滤器（5）和清水储存装置（6）；稀土超磁分离装置包括第一絮凝池（7）、第二絮凝池（8）和超磁分离罐（9）；污泥处理装置包括螺杆式压缩机（10）和电磁脱水装置（11）；原水罐（1）出水口与涡凹气浮池（2）进水口连通，涡凹气浮池（2）内设有两个挡板，将涡凹气浮池内部分为曝气区、气浮处理区和清水区，曝气区设有曝气装置，气浮处理区上方设置刮油设备（3），气浮处理区底部排泥口连通螺杆式压缩机（10）进口，涡凹气浮池（2）清水区出水口与第一絮凝池（7）进水口连通，加药装置（4）的一条加药管道与第一絮凝池（7）的进水管道连通，第一絮凝池（7）的出水口与第二絮凝池（8）进水口连通，加药装置（4）的另一条加药管道通入第二絮凝池（8），第二絮凝池（8）内部设有搅拌器，第二絮凝池（8）出水口与超磁分离罐（9）进水口连通，超磁分离罐（9）底部设有刮渣机，超磁分离罐（9）底部的排泥口与螺杆式压缩机（10）进口连通，超磁分离罐（9）上端出水口与双联过滤器（5）进水口连通，双联过滤器（5）出水口与清水储存装置（6）进水口连通；螺杆式压缩机（10）出口与电磁脱水装置（11）进口连通；

所述电磁脱水装置（11）包括传送带（11-1）和电磁加热装置（11-2），电磁加热装置（11-2）设置在传送带（11-1）内部；

电磁加热装置（11-2）由多个电磁加热单元组成；

所述传送带（11-1）为锯齿形，由电磁材料和吸水材料混合织成的加热膜制成。

2.根据权利要求1所述的一种压裂返排液氧化气浮-超磁分离-干化系统，其特征在于涡凹气浮池（2）曝气区设有搅拌装置。

3.根据权利要求1所述的一种压裂返排液氧化气浮-超磁分离-干化系统，其特征在于气浮处理区设有污油槽，污油槽通过管道与污油罐连通。

4.根据权利要求1所述的一种压裂返排液氧化气浮-超磁分离-干化系统，其特征在于加药装置（4）内设有多个储药罐。

5.采用如权利要求1所述的一种压裂返排液氧化气浮-超磁分离-干化系统的工艺，其特征在于该工艺具体按以下步骤进行：

一、将压裂返排液通过水泵从原水罐（1）输送到涡凹气浮池（2）中，加入过硫酸钠和硫酸亚铁，在曝气区混合均匀，纳米级气泡将油水分离，然后进入气浮处理区，通过刮油设备（3）去除表面原油，沉淀由气浮处理区底部排泥口排出；

二、将涡凹气浮池（2）的出水加入絮凝剂，进入第一絮凝池（7），然后再进入第二絮凝池（8），依次加入磁助剂和助凝剂，搅拌均匀，生成带磁性絮体，进入超磁分离罐（9）中，带磁性絮体沉淀到底部，通过刮渣机排出，液体通过超磁分离罐（9）出水口进入双联过滤器（5）；

三、双联过滤器（5）过滤后得到的清水通入清水储存装置（6）；

四、步骤一排出的沉淀和步骤二排出的沉淀进入螺杆式压缩机（10）压缩脱水，然后进入电磁脱水装置（11）电磁脱水，获得脱水污泥，完成该工艺。

6.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于步骤一中过硫酸钠的加入量为50mg/L，硫酸亚铁的加入量为50mg/L。

7.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于步骤二中絮凝剂加入量为600~800mg/L，磁助剂加入量为40~80mg/L，助凝剂加入量为10~30mg/L。

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