CN204661474U - 一种撬装页岩油气压裂返排液处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种撬装页岩油气压裂返排液处理装置，包括撬装成一个整体的化学处理单元、电絮凝处理单元、沉降处理单元、管式自动过滤处理单元、臭氧催化氧化处理单元、滤芯过滤处理单元、离心脱固处理单元和自动控制单元，化学处理单元通过管道依次连接电絮凝处理单元、沉降处理单元、管式自动过滤处理单元、臭氧催化氧化处理单元和滤芯过滤处理单元，电絮凝处理单元通过管道与储液池连接，离心脱固处理单元通过管道分别连接沉降处理单元、管式自动过滤处理单元和滤芯过滤处理单元，化学处理单元还通过管道分别连接臭氧催化氧化处理单元和滤芯过滤处理单元。该装置移动性强，处理工艺多样，不可实现压裂返排液的重复利用。

Description

一种撬装页岩油气压裂返排液处理装置

技术领域

本实用新型涉及油气开采中的污水处理领域，具体涉及一种撬装页岩油气压裂返排液处理装置。

背景技术

压裂作业是页岩油气等非常规油气资源增产的一项主要措施，它是利用压裂车组以高压将压裂液注入地层并形成裂缝，从而显著改善地层的导流能力，使油气资源顺利产出，达到增产的目的。

压裂液中添加了大量的化学药剂，包括稠化剂、破胶剂、交联剂、助排剂、缓冲剂等水处理剂。经过与地层的反应，返排至地面的液体称为压裂返排液。其具有粘度大、稳定性高、悬浮物多、矿化度高和成分复杂等特点。若不进行妥善处理，对井场周边的土壤环境和水资源环境将造成极大的污染和破坏。

据统计，页岩油气单井压裂返排液的产生量最高达6000-10000m³，由此可见，页岩油气开发产生的压裂返排液量较常规油气井要大得多，普遍存在“措施规模大、返排液量高、后期地层出水量多”等特点，压裂返排液的污染治理是目前页岩油气勘探开发亟待解决的重要问题。

由于配制压裂液需要大量的淡水资源，而国内页岩油气开发区块基本位于山区，道路崎岖，淡水资源相对匮乏。因此，将压裂返排液经过处理后满足压裂液的重新配制要求，即可同时解决日趋严重的供水和环保问题，对保障页岩油气的可持续发展具有重要意义。

目前，页岩油气压裂返排液的处理装置的功能还不够完善，由于压裂返排液成分的复杂性和多样性以及现场施工个困难，现有装置普遍存在以下问题：1.装置可移动性差，难以在施工现场搬运，不适合开发页岩油气实际生产的需要；2.处理装置的处理成本过高，添加大量化学药剂，存在严重的二次污染；3.处理装置的集成工艺单一，对于高污染的压裂返排液处理效果不稳定，易受水质与区块的变化的影响。

实用新型内容

针对现有压裂返排液处理装置中存在的诸多不足，本实用新型的目的是提供一种撬装页岩油气压裂返排液处理装置，该装置可移动性强，处理工艺多样，处理效果稳定，处理成本低，不受水质变化影响，可重复利用压裂返排液，对淡水资源依赖性小。

为了解决上述的技术问题，本实用新型提出的技术方案是：

一种撬装页岩油气压裂返排液处理装置，包括撬装成一个整体的化学处理单元、电絮凝处理单元、沉降处理单元、管式自动过滤处理单元、臭氧催化氧化处理单元、滤芯过滤处理单元、离心脱固处理单元和自动控制单元，所述的化学处理单元通过管道依次连接电絮凝处理单元、沉降处理单元、管式自动过滤处理单元、臭氧催化氧化处理单元和滤芯过滤处理单元，所述的电絮凝处理单元通过管道与储液池连接，离心脱固处理单元通过管道分别连接沉降处理单元、管式自动过滤处理单元和滤芯过滤处理单元，化学处理单元还通过管道分别连接臭氧催化氧化处理单元和滤芯过滤处理单元。

作为本实用新型的进一步改进，所述的化学处理单元包括pH调节罐、絮凝剂反应罐、助凝剂反应罐、氧化剂反应罐、搅拌器和计量泵，该单元通过pH剂、絮凝剂、助凝剂、氧化剂等多种化学药剂的投加、配制及计量，降低处理难度，从而达到预处理的效果。

作为本实用新型的进一步改进，所述的电絮凝处理单元包括进水管、吸水泵、1#管道混合器和电絮凝反应器，该单元通过进水管和吸水泵从储液池中吸入压裂返排液，并利用1#管道混合器使pH剂、絮凝剂、助凝剂等化学药剂混合均匀，接着在电絮凝反应器中发生氧化反应而产生金属离子，经过水解、聚合及亚铁的氧化反应生成各种絮凝剂，使水中的胶状物质在絮凝剂的作用下失去稳定性，从而达到去除悬浮物的效果。

作为本实用新型的进一步改进，所述的沉降处理单元包括沉降箱、刮渣机、刮泥机和1#液位计，该单元通过自然沉降原理，使压裂返排液中微粒发生聚集，形成密度小于水的悬浮体和密度大于水的污泥体，在浮力和重力的作用下分别由刮渣机和刮泥机去除，从而达到沉降分离的效果。

作为本实用新型的进一步改进，所述的管式自动过滤处理单元包括1#离心泵和管式过滤器等部件，通过管式过滤器中的两级滤网过滤，进一步去除上级单元剩余的悬浮物，同时可利用差压控制来清洗滤网，从而达到延长使用寿命的效果。

作为本实用新型的进一步改进，所述的臭氧催化氧化处理单元包括2#管道混合器、超声波发生器、氧化反应罐、尾气回收器、缓冲水箱、臭氧发生器和1#空压机，该单元通过2#管道混合器使氧化剂混合均匀，进行初步氧化，同时利用臭氧与活性炭联用技术，并辅以超声波的协同，大量产生化学活性极强的羟基自由基和臭氧氧化剂将污染物进一步氧化，从而达到去除难降解有机物的效果。

作为本实用新型的进一步改进，所述的滤芯过滤处理单元包括2#空压机、储气罐、2#离心泵、1#滤芯过滤器、2#滤芯过滤器、重复利用管和配药管，该单元通过两种过滤等级的滤芯过滤器完成处理，同时可利用差压作用冲洗滤芯，从而达到过滤能力再生的效果。

作为本实用新型的进一步改进，所述的离心脱固处理单元包括污水箱、2#液位计、螺杆泵和卧螺离心机，该单元通过卧螺离心机的差速同向旋转，完成上级多项单位中污水的两相分离，从而达到脱固的效果。

本实用新型的有益效果是：

1.该装置将所有单元撬装成一个整体，具有较强的可移动性，可在页岩油气施工现场实时处理；2.装该置采用联合处理工艺，包括化学处理、物化处理和高级氧化处理，处理效果好；3.装置采用模块化组合，可适应不同开发区块的水质，处理效果稳定；4.该装置可重复利用压裂返排液，对淡水资源依赖性小；4.装置采用自动控制，处理过程可达到无人值守、连续运行的状态。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图中：1-化学处理单元；2-电絮凝处理单元；3-沉降处理单元；4-管式自动过滤处理单元；5-臭氧催化氧化处理单元；6-滤芯过滤处理单元；7-离心脱固处理单元；8-自动控制单元；11-pH调节罐；12-絮凝剂反应罐；13-助凝剂反应罐；14-氧化剂反应罐；15-搅拌器；16-计量泵； 21-进水管；22-吸水泵；23-1#管道混合器；24-电絮凝反应器； 31-沉降箱；32-刮渣机；33-刮泥机；34-1#液位计； 41-1#离心泵；42-管式过滤器； 51-2#管道混合器；52-超声波发生器；53-氧化反应罐；54-尾气回收器；55-缓冲水箱；56-臭氧发生器；57-1#空压机； 61-2#空压机；62-储气罐；63-2#离心泵；64-1#滤芯过滤器；65-2#滤芯过滤器；66-重复利用管；67-配药管； 71-污水箱；72-2#液位计；73-螺杆泵；74-卧螺离心机。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，一种撬装页岩油气压裂返排液处理装置包括撬装成一个整体的化学处理单元1、电絮凝处理单元2、沉降处理单元3、管式自动过滤处理单元4、臭氧催化氧化处理单元5、滤芯过滤处理单元6、离心脱固处理单元7和自动控制单元8，所述的化学处理单元1通过管道依次连接电絮凝处理单元2、沉降处理单元3、管式自动过滤处理单元4、臭氧催化氧化处理单元5和滤芯过滤处理单元6，所述的电絮凝处理单元2通过管道与储液池连接，离心脱固处理单元7通过管道分别连接沉降处理单元3、管式自动过滤处理单元4和滤芯过滤处理单元6，化学处理单元1还通过管道分别连接臭氧催化氧化处理单元5和滤芯过滤处理单元6。

本实用新型将各个单元撬装成一个整体，具有较强的可移动性，可在页岩油气施工现场实时处理；本实用新型将各个单元有机结合起来，采用联合处理工艺（包括化学处理、物化处理和高级氧化处理等）有效降低了处理成本；本实用新型采用模块化组合，不同单元之间可以相互配合，适应不同开发区块的水质，处理效果稳定，可满足压裂返排液重复利用的要求；本实用新型采用自动控制，处理过程可达到无人值守、连续运行的状态。

如图1所示，在本实施例中，所述的化学处理单元1包括pH调节罐11、絮凝剂反应罐12、助凝剂反应罐13、氧化剂反应罐14、搅拌器15和计量泵16，所述pH调节罐11、絮凝剂反应罐12、助凝剂反应罐13和氧化剂反应罐14的进口通过管道分别连接滤芯过滤处理单元6，pH调节罐11、絮凝剂反应罐12和助凝剂反应罐13的出口通过管道分别依次连接计量泵16和电絮凝处理单元2，氧化剂反应罐14的出口通过管道依次连接计量泵16和臭氧催化氧化处理单元5，pH调节罐11、絮凝剂反应罐12、助凝剂反应罐13和氧化剂反应罐14的内部各设有一个搅拌器15；其中，pH剂加入量根据原水需求确定，絮凝剂加入量在300-500g/m³，助凝剂加入量在5-15g/m³，氧化剂加入量在1-3L/m³；化学处理单元1通过pH剂、絮凝剂、助凝剂、氧化剂等多种化学药剂的投加、配制及计量，降低处理难度，从而达到预处理的效果。

如图1所示，在本实施例中，所述的电絮凝处理单元2包括进水管21、吸水泵22、1#管道混合器23和电絮凝反应器24，进水管一端设置在储液池中，另一端与吸水泵22连接，吸水泵22通过管道依次连接1#管道混合器23和电絮凝反应器24，1#管道混合器23通过管道依次与pH调节罐11、絮凝剂反应罐12和助凝剂反应罐13上的计量泵16连接，电絮凝反应器24通过管道与沉降处理单元3连接；其中，电絮凝反应器24电流密度为10-30A/m²，极板间距为2-5cm；电絮凝处理单元2通过进水管21和吸水泵22从储液池中吸入压裂返排液，并利用1#管道混合器23使pH剂、絮凝剂、助凝剂等化学药剂混合均匀，接着在电絮凝反应器中24发生氧化反应而产生金属离子，经过水解、聚合及亚铁的氧化反应生成各种絮凝剂，使水中的胶状物质在絮凝剂的作用下失去稳定性，从而达到去除悬浮物的效果。

如图1所示，在本实施例中，所述的沉降处理单元3包括沉降箱31、刮渣机32、刮泥机33和1#液位计34，沉降箱31通过管道分别连接电絮凝反应器24、管式自动过滤处理单元4和离心脱固处理单元7，刮渣机32、刮泥机33和1#液位计34分别设置在沉降箱31上；沉降处理单元3通过自然沉降原理，使压裂返排液中微粒发生聚集，形成密度小于水的悬浮体和密度大于水的污泥体，在浮力和重力的作用下分别由刮渣机32和刮泥机33去除，从而达到沉降分离的效果。

如图1所示，在本实施例中，所述的管式自动过滤处理单元4包括1#离心泵41和管式过滤器42，1#离心泵41的入口通过管路与沉降箱31连接，1#离心泵41的出口通过管路与管式过滤器42连接，管式过滤器42通过管道分别连接臭氧催化氧化处理单元5和离心脱固处理单元7；其中管式过滤器42的过滤等级为50μm；通过管式过滤器42中的两级滤网过滤，进一步去除上级单元剩余的悬浮物，同时可利用差压控制来清洗滤网，从而达到延长使用寿命的效果。

如图1所示，在本实施例中，所述的臭氧催化氧化处理单元5包括2#管道混合器51、超声波发生器52、氧化反应罐53、尾气回收器54、缓冲水箱55、臭氧发生器56和1#空压机57，2#管道混合器51的入口通过管道分别与氧化剂反应罐14的计量泵16和管式过滤器42连接，2#管道混合器51的出口通过管道依次连接氧化反应罐53和缓冲水箱55，氧化反应罐53通过管道依次连接臭氧发生器56和1#空压机57，氧化反应罐53 通过管道连接尾气回收器54，超声波发生器52设置在氧化反应罐53内部，缓冲水箱55通过管道连接滤芯过滤处理单元6；其中，臭氧加入量在150-300g/m³，催化剂加入量在50-80g/m³，超声波频率范围在20-40KHz；臭氧催化氧化处理单元5通过2#管道混合器51使氧化剂混合均匀，进行初步氧化，同时利用臭氧与活性炭联用技术，并辅以超声波的协同，大量产生化学活性极强的羟基自由基和臭氧氧化剂将污染物进一步氧化，从而达到去除难降解有机物的效果。

如图1所示，在本实施例中，所述的滤芯过滤处理单元6包括2#空压机61、储气罐62、2#离心泵63、1#滤芯过滤器64、2#滤芯过滤器65、重复利用管66和配药管67，2#离心泵63的入口通过管道与缓冲水箱55连接，2#离心泵63的出口通过管道依次连接1#滤芯过滤器64和2#滤芯过滤器65，2#空压机61通过管道连接储气罐62，储气罐62通过管道分别连接1#滤芯过滤器64和2#滤芯过滤器65，1#滤芯过滤器64和2#滤芯过滤器65通过管道分别连接离心脱固处理单元7，2#滤芯过滤器65通过配药管67分别与pH调节罐11、絮凝剂反应罐12、助凝剂反应罐13和氧化剂反应罐14连接，2#滤芯过滤器65与重复利用管66连接，所述的滤芯过滤处理单元6还设置有一套备用的滤芯过滤器；其中1#滤芯过滤器64和2#滤芯过滤器65的过滤等级分别为20μm和3μm；滤芯过滤处理单元6通过两种过滤等级的滤芯过滤器完成处理，同时可利用差压作用冲洗滤芯，从而达到过滤能力再生的效果。

如图1所示，在本实施例中，所述的离心脱固处理单元7包括污水箱71、2#液位计72、螺杆泵73和卧螺离心机74，污水箱71通过管道分别连接沉降箱31、管式过滤器42、1#滤芯过滤器64和2#滤芯过滤器65，2#液位计72设置在污水箱71上，污水箱71通过管道依次连接螺杆泵73和卧螺离心机74，卧螺离心机74通过管道连接沉降箱31；离心脱固处理单元7通过卧螺离心机74的差速同向旋转，完成上级多项单位中污水的两相分离，从而达到脱固的效果。

所述的自动控制单元8包括相关配电设备、自动控制设备和相关监测仪表，通过相关设备与仪表的监测，完成温度、压力、流量、液位等参数的自动调节，从而达到自动控制的效果。

本实用新型工作流程是：

首先由化学处理单元1完成pH剂、絮凝剂、助凝剂、氧化剂等多种化学药剂的投加、配制及计量，降低处理难度，从而达到预处理的效果；接着由进水管21和吸水泵22从储液池中吸入待处理的压裂返排液，并利用1#管道混合器23使pH剂、絮凝剂、助凝剂等化学药剂混合均匀，再进入电絮凝反应器24中发生氧化反应；然后由沉降箱31利用自然沉降原理，使压裂返排液中微粒发生聚集，再利用刮渣机32和刮泥机33分别去除密度小于水的悬浮体和密度大于水的污泥体；接着由1#离心泵41将压裂返排液吸入管式过滤器42，通过两级滤网完成过滤，并利用差压控制来清洗滤网；然后由2#管道混合器51使氧化剂混合均匀，进行初步氧化，再由臭氧发生器56和1#空压机57产生臭氧，超声波发生器52产生超声波进行协同，在氧化反应罐53中进行氧化反应，尾气由尾气回收器54进行处理，而压裂返排液进入缓冲水箱55；最后由2#离心泵63将压裂返排液吸入1#滤芯过滤器64，过滤等级为20μm，再进入2#滤芯过滤器65，过滤等级为3μm，可利用空压机61和储气罐62对滤芯进行反洗，同时安排了备用的滤芯过滤器进行更换，处理后的水可由配药管67返回加药处理单元1作为配药使用，也可由重复利用管66排出作其他用途，如重复配制水基压裂液等；处理过程中由离心脱固处理单元7将沉降处理单元3、管式自动过滤处理单元4、滤芯过滤处理单元6产生的污泥进行离心脱固，产生的水还可以输入到沉降箱31中；处理过程由自动控制单元8对整套撬装装置的流量、温度、压力、液位进行监测和调节，达到无人值守、连续运行的状态。

需要说明的是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例,而不是对本实用新型技术方案的限定，任何对本实用新型技术特征所做的等同替换或相应改进，仍在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种撬装页岩油气压裂返排液处理装置，其特征在于：包括撬装成一个整体的化学处理单元(1)、电絮凝处理单元(2)、沉降处理单元(3)、管式自动过滤处理单元(4)、臭氧催化氧化处理单元(5)、滤芯过滤处理单元(6)、离心脱固处理单元(7)和自动控制单元(8)，所述的化学处理单元(1)通过管道依次连接电絮凝处理单元(2)、沉降处理单元(3)、管式自动过滤处理单元(4)、臭氧催化氧化处理单元(5)和滤芯过滤处理单元(6)，所述的电絮凝处理单元(2)通过管道与储液池连接，离心脱固处理单元(7)通过管道分别连接沉降处理单元(3)、管式自动过滤处理单元(4)和滤芯过滤处理单元(6)，化学处理单元(1)还通过管道分别连接臭氧催化氧化处理单元(5)和滤芯过滤处理单元(6)。

2.根据权利要求书1所述的一种撬装页岩油气压裂返排液处理装置，其特征在于：所述的化学处理单元(1)包括pH调节罐(11)、絮凝剂反应罐(12)、助凝剂反应罐(13)、氧化剂反应罐(14)、搅拌器(15)和计量泵(16)，所述pH调节罐(11)、絮凝剂反应罐(12)、助凝剂反应罐(13)和氧化剂反应罐(14)的进口通过管道分别连接滤芯过滤处理单元(6)，pH调节罐(11)、絮凝剂反应罐(12)和助凝剂反应罐(13)的出口通过管道分别依次连接计量泵(16)和电絮凝处理单元(2)，氧化剂反应罐(14)的出口通过管道依次连接计量泵(16)和臭氧催化氧化处理单元(5)，pH调节罐(11)、絮凝剂反应罐(12)、助凝剂反应罐(13)和氧化剂反应罐(14)的内部各设有一个搅拌器(15)。

3.根据权利要求书1所述的一种撬装页岩油气压裂返排液处理装置，其特征在于：所述的电絮凝处理单元(2)包括进水管(21)、吸水泵(22)、1#管道混合器(23)和电絮凝反应器(24)，进水管一端设置在储液池中，另一端与吸水泵(22)连接，吸水泵(22)通过管道依次连接1#管道混合器(23)和电絮凝反应器(24)，1#管道混合器(23)通过管道依次与pH调节罐(11)、絮凝剂反应罐(12)和助凝剂反应罐(13)上的计量泵(16)连接，电絮凝反应器(24)通过管道与沉降处理单元(3)连接。

4.根据权利要求书1所述的一种撬装页岩油气压裂返排液处理装置，其特征在于：所述的沉降处理单元(3)包括沉降箱(31)、刮渣机(32)、刮泥机(33)和1#液位计(34)，沉降箱(31)通过管道分别连接电絮凝反应器(24)、管式自动过滤处理单元(4)和离心脱固处理单元(7)，刮渣机(32)、刮泥机(33)和1#液位计(34)分别设置在沉降箱(31)上。

5.根据权利要求书1所述的一种撬装页岩油气压裂返排液处理装置，其特征在于：所述的管式自动过滤处理单元(4)包括1#离心泵(41)和管式过滤器(42)，1#离心泵(41)的入口通过管路与沉降箱(31)连接，1#离心泵(41)的出口通过管路与管式过滤器(42)连接，管式过滤器(42)通过管道分别连接臭氧催化氧化处理单元(5)和离心脱固处理单元(7)。

6.根据权利要求书1所述的一种撬装页岩油气压裂返排液处理装置，其特征在于：所述的臭氧催化氧化处理单元(5)包括2#管道混合器(51)、超声波发生器(52)、氧化反应罐(53)、尾气回收器(54)、缓冲水箱(55)、臭氧发生器(56)和1#空压机(57)，2#管道混合器(51)的入口通过管道分别与氧化剂反应罐(14)的计量泵(16)和管式过滤器(42)连接，2#管道混合器(51)的出口通过管道依次连接氧化反应罐(53)和缓冲水箱(55)，氧化反应罐(53)通过管道依次连接臭氧发生器(56)和1#空压机(57)，氧化反应罐(53) 通过管道连接尾气回收器(54)，超声波发生器(52)设置在氧化反应罐(53)内部，缓冲水箱(55) 通过管道连接滤芯过滤处理单元(6)。

7.根据权利要求书1所述的一种撬装页岩油气压裂返排液处理装置，其特征在于：所述的滤芯过滤处理单元(6)包括2#空压机(61)、储气罐(62)、2#离心泵(63)、1#滤芯过滤器(64)、2#滤芯过滤器(65)、重复利用管(66)和配药管(67)，2#离心泵(63)的入口通过管道与缓冲水箱(55)连接，2#离心泵(63)的出口通过管道依次连接1#滤芯过滤器(64)和2#滤芯过滤器(65)，2#空压机(61)通过管道连接储气罐(62)，储气罐(62)通过管道分别连接1#滤芯过滤器(64)和2#滤芯过滤器(65)，1#滤芯过滤器(64)和2#滤芯过滤器(65)通过管道分别连接离心脱固处理单元(7)，2#滤芯过滤器(65)通过配药管(67)分别与pH调节罐(11)、絮凝剂反应罐(12)、助凝剂反应罐(13)和氧化剂反应罐(14)连接，2#滤芯过滤器(65)与重复利用管(66)连接，所述的滤芯过滤处理单元(6)还设置有一套备用的滤芯过滤器。

8.根据权利要求书1所述的一种撬装页岩油气压裂返排液处理装置，其特征在于：所述的离心脱固处理单元(7)包括污水箱(71)、2#液位计(72)、螺杆泵(73)和卧螺离心机(74)，污水箱(71)通过管道分别连接沉降箱(31)、管式过滤器(42)、1#滤芯过滤器(64)和2#滤芯过滤器(65)，2#液位计(72)设置在污水箱(71)上，污水箱(71)通过管道依次连接螺杆泵(73)和卧螺离心机(74)，卧螺离心机(74)通过管道连接沉降箱(31)。