CN211004870U - 一种压裂返排液处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种压裂返排液处理系统；处理系统包括混合反应槽、分离槽、膜装置以及产水槽；其中，混合反应槽与分离槽连通，分离槽还与膜装置连通，膜装置还与产水槽连通；混合反应槽用于将压裂排返液、氧化剂以及螯合剂进行混合并反应，从而获取第一反应液；分离槽用于接收第一反应液并进行沉淀分离，从而获取第二反应液；膜装置用于接收第二反应液并进行分离，从而获取第三反应液；产水槽用于接收第三反应液并进行PH调整，产水槽还用于添加掩蔽剂，从而获取第四反应液；本实用新型提供的方案，该系统设备体积小，易于撬装，能够有效去除和回收现有压裂返排液中的污染物，避免压裂返排液排放污染环境。

Description

一种压裂返排液处理系统

技术领域

本实用新型属于压裂返排液处理技术领域，具体涉及一种压裂返排液处理系统。

背景技术

当前压裂技术已经广泛用于低渗油田的储层改造中，而胍胶压裂液则是压裂液的主流体系，由于胍胶压裂液的返排液组成性质复杂、处理难度较高，已经给油田开发现场带来无法避免的污染；另外胍胶压裂液的配置需要大量的淡水资源，给一些边远缺水地区带来了一定的经济压力，所以胍胶压裂返排液的重复利用一直是油田开发的热点和难点，针对胍胶压裂液返排液不能有效进行回收再利用这一现状，返排液重复利用的影响分析和消除方法研究，具有非常深远的意义。

现有的压裂返排液的主要特点为：

第一、压裂返排液成分复杂，其主要污染物成分包括油、悬浮物、胍胶和高分子聚合物等，其次是SBR菌、硫化物、硼酸根、铁离子和钙镁离子等，并且总铁、硼含量也很高；

第二、处理难度大，压裂返排液组分的复杂性以及性质的独特性决定了其处理难度更大；

第三、处理后指标要求高，除常规的除油、除悬浮物外，还有部分去除钙镁离子、铁离子、硼以及残留交联剂等，以满足后续配制压裂液的性能要求。

现有技术中，压裂返排液处理工艺一般包括：

1、化学氧化-絮凝沉淀—过滤处理工艺

该工艺采用双氧水、次氯酸钠等强氧化剂氧化破胶，使返排液中的大分子有机物氧化成小分子物质，降低废液粘度；絮凝可改变水中多分散体系表面电性，降低胶体的稳定性进而脱稳、聚集，通过沉淀过滤去除；该工艺是油气田污水处理常用工艺，在实际应用中，这一工艺存在以下不足，具体包括：

第一、该工艺由于原水悬浮物、COD等含量高，对氧化剂消耗比较大，且受温度影响比较大，在低温环境中，化学氧化剂反应慢，氧化时间长，需要长时间的停留，导致设备容积大，运输困难，不易现场作业；

第二、除油效果不明显，特别是对乳化油去除效果不佳，需要投加大量药剂，增加处理成本同时导致污泥量大；

第三、堵塞过滤器，由于氧化破胶不彻底，污油处理效果不佳，导致过滤器堵塞严重，影响装置的处理能力和最终出水水质。

2、化学氧化—絮凝沉淀—电解氧化—过滤联合处理工艺

采用电解法集氧化还原、絮凝吸附、催化氧化、络合及电沉积等作用于一体，能够使大分子有机物分解为小分子物质，难降解的物质转化为易降解的物质，是难降解废水处理的常用方法；然而、电解技术目前应用情况不理想，存在电极钝化、结垢等问题，处理效果不稳定，维护工作量较大。

3、化学氧化—磁絮凝分离—过滤联合处理工艺

该工艺采用磁分离，减少了沉淀时间、增强了絮凝效果，相对于前二种工艺减少了占地面积，但依然存在药剂消耗大、污泥量大、水质变化时效果不稳定等问题。

4、臭氧氧化气浮—溶气气浮—过滤联合处理工艺

由于臭氧氧化性强，该工艺克服了氧化速度受温度影响的缺点，能使压裂返排液快速破胶降粘，两级气浮也能很好的去除悬浮物、油、胶体等污染物，但也存在运行能耗高、药剂消耗量大、污泥量大等问题。

基于上述压裂返排液处理中存在的技术问题，尚未有相关的解决方案；因此迫切需要寻求有效方案以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述技术中存在的不足之处，提出一种压裂返排液处理系统，旨在解决现有压裂返排液排放污染的问题。

本实用新型提供一种压裂返排液处理系统，包括混合反应槽、分离槽、膜装置以及产水槽；其中，混合反应槽与分离槽连通，分离槽还与膜装置连通，膜装置还与产水槽连通；混合反应槽用于将压裂排返液、氧化剂以及螯合剂进行混合并反应，从而获取第一反应液；分离槽用于接收第一反应液并进行沉淀分离，从而获取第二反应液；膜装置用于接收第二反应液并进行分离，从而获取第三反应液；产水槽用于接收第三反应液并进行PH调整，产水槽还用于添加掩蔽剂，从而获取第四反应液。

进一步地，混合反应槽内设有搅拌装置，搅拌装置的转速为60至80 rpm；和/或，分离槽和膜装置之间通过供水泵连通；和/或，产水槽底部通过回用水泵连通回用装置。

进一步地，分离槽上还设有刮油机和油回收装置，油回收装置设置于分离槽的侧面上，刮油机对于第一反应液进行刮油，并将污油回收到油回收装置内。

进一步地，分离槽底部设有污泥处理装置，污泥处理装置用于对分离槽沉淀后的污泥进行脱水。

进一步地，膜装置还通过返回流路与混合反应槽连通；膜装置通过返回流路将浓缩水回流至混合反应槽内。

进一步地，浓缩水流量不大于进水流量的20%。

进一步地，分离槽的水力停留时间为30~40min。

进一步地，膜装置内设有分离膜，分离膜的过滤精度小于50nm；和/或，膜装置的过滤通量大于30LMH。

进一步地，产水槽产水量不小于进水量的80%；和/或，产水槽用于将第三反应液调整PH至6。

相应地，本申请还提供一种压裂返排液处理工艺，应用于上述所述的压裂返排液处理系统；还包括以下过程：

S1：将压裂排返液收集至混合反应槽，并加入氧化剂和螯合剂进行混合、反应，从而获取第一反应液；

S2：再将获取第一反应液引流至分离槽进行沉淀分离，从而获取第二反应液；

S3：接着再将获取的第二反应液引流至膜装置进行分离，从而获取第三反应液；

S4：接着再将获取的第三反应液引流至产水槽进行PH调整，并添加掩蔽剂，从而获取第四反应液；

S5：最后将第四反应液收集至回用装置内。

进一步地，S1步骤中，氧化剂为次氯酸钠；螯合剂为含羟基的化合物，螯合剂用于去除压裂返排液中的硼；和/或，螯合剂的投加量按硼含量的3倍投加；和/或，次氯酸钠的投加量可根据水质分析计算，加至过量5%；和/或，混合反应槽1内的搅拌转速60~80rpm，停留时间5min。

进一步地，S2步骤中还包括，通过刮油机将分离槽内第一反应液上浮的油和胶刮出，并回收至油回收装置；和/或，通过污泥处理装置对第一反应液底部沉淀的污泥进行脱水处理；和/或，分离槽的水力停留时间为30~40min。

进一步地，S3步骤中，第二反应液通过供水泵引流至膜装置内；和/或，膜装置内设有分离膜，分离膜过滤精度小于50nm；和/或，将膜装置分离后的浓缩水回流至混合反应槽内，浓缩水流量不大于进水流量的20%。

进一步地，S4步骤中，第三反应液经产水槽调整PH为5至7；和/或，采用柠檬酸或盐酸对第三反应液进行PH调整；和/或，向第三反应液添加掩蔽剂，掩蔽剂添加量为残余硼含量的2.2倍；和/或，掩蔽剂为C5H12O5；和/或，产水槽产水量不小于进水量的80%。

本实用新型提供的方案具有下列优点及有益效果：

第一、该压裂返排液处理工艺，流程短，没有占地面积大的絮凝沉淀等工艺，易于集装化，便于运输；

第二、该压裂返排液处理工艺，通过化学反应将对回用有影响的二价铁氧化成三价铁、将硫化氢氧化成单质硫、将硼螯合成沉淀物，并通过过滤有效去除；

第三、该压裂返排液处理工艺，通过一种膜过滤工艺，一次去除压裂返排液中残留的油、悬浮物、胍胶等，还同时去除氧化反应生成的三价铁、单质硫、硼螯合物等，膜过滤工艺采用循环过滤，以减少膜的污染；

第四、该压裂返排液处理工艺，膜透过液经PH调整及添加掩蔽剂后直接回用于压裂液配制，浓缩随压裂返排液中的油及沉淀物一起处理。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

以下将结合附图对本实用新型作进一步说明：

图1 为本实用新型一种压裂返排液处理系统示意图。

图中：1、混合反应槽；2、分离槽；3、刮油机；4、供水泵；5、膜装置；6、产水槽；7、回用水泵；10、压裂排返液；20、氧化剂；30、螯合剂；40、油回收装置；50、污泥处理装置；60、PH调节剂；70、掩蔽剂；80、回用装置。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图 1所示，本实用新型提供一种压裂返排液处理系统，包括混合反应槽1、分离槽2、膜装置5以及产水槽6；其中，混合反应槽1与分离槽2相连通，分离槽2还与膜装置5连通，膜装置5还与产水槽6连通；具体地，混合反应槽1用于将压裂排返液、氧化剂以及螯合剂进行混合并反应，从而获取第一反应液；分离槽2用于接收第一反应液并进行沉淀分离，从而获取第二反应液，该沉淀分离使得第一反应液中较轻的油或胶体浮于液体表面，水位于液体中间，污泥则位于液体的底部，这样也便于回收处理；膜装置5用于接收第二反应液并进行分离，从而获取第三反应液；产水槽6用于接收第三反应液并进行PH调整，同时产水槽6还用于添加掩蔽剂，从而获取第四反应液，该掩蔽剂可以掩蔽第三反应液中的多余物质，避免其造成污染；本申请方案中，通过将压裂排返液10、氧化剂以及螯合剂进行混合反应，然后再经过分离槽2进行脱水沉淀处理，再经过膜装置5进行分离过滤后，进行PH调整，从而获取符合要求的回收液，并回收至回用装置80中，采用上述方案，使其在最短的流程内实现对压裂返排液中油、胍胶类、悬浮物、二价铁、硫化氢、硼的有效分离和去除，投药量少、由投药产生污泥量少；该系统设备体积小，易于撬装，适应油气井压裂返排液处理设施随油井施工不断变更地点的特点，可有效降低现有压裂返排液排放污染。

优选地，结合上述方案，如图 1所示，本实施例中，混合反应槽1内设有搅拌装置，该搅拌装置的转速可设计为60至80 rpm，这样可有利于压裂排返液10、氧化剂以及螯合剂进行混合反应；具体地，氧化剂为次氯酸钠，用于氧化压裂返排液中的H₂S或Fe²⁺；螯合剂为含羟基的物质，螯合剂用于出去压裂返排液中的硼；和/或，螯合剂的投加量按硼含量的3倍投加；和/或，次氯酸钠的投加量可根据水质分析计算，加至过量5%；进一步，分离槽2和膜装置5之间通过供水泵4连通，这样可提供溶液的引流，提高传输效率；进一步，产水槽6底部通过回用水泵7连通回用装置80，这样同样可提供溶液的引流，提高回收的传输效率。

优选地，结合上述方案，如图 1所示，本实施例中，分离槽2上还设有刮油机3和油回收装置40；其中，油回收装置40设置于分离槽2的侧面上，刮油机3用于对于第一反应液进行刮油，并将污油回收到油回收装置40内，避免污油影响后续步骤或排放污染环境；和/或，分离槽2底部设有污泥处理装置50，该污泥处理装置50用于对分离槽2底部沉淀的污泥进行脱水、减量，这样便于污泥处理，避免污泥影响后续步骤或排放污染环境。

优选地，结合上述方案，如图 1所示，本实施例中，膜装置5还通过返回流路与混合反应槽1连通，并且膜装置5通过返回流路将浓缩水回流至混合反应槽1内，浓缩水流量不大于进水流量的20%；采用上述方案，可对膜装置5内过滤后的浓缩水进行多次处理，提高压裂排返液10的回收处理，避免污染。

优选地，结合上述方案，如图 1所示，本实施例中，分离槽2的水力停留时间可设置为30~40min，该水力停留时间长短设置为根据分离槽2实际处理液体的容积考虑，其设计的停留时间可对分离槽2的大小提供设计参考；进一步地，膜装置5内设有分离膜，该分离膜为超滤膜；分离膜清水、耐油、耐高温、耐酸碱，该分离膜的过滤精度小于50nm；具体地，压裂排返液10经膜装置5过滤后，去除返排液中的油、悬浮物、细菌以及大分子有机物，混合反应槽1中反应生成物单质硫、三价铁、硼螯合物也被截留；进一步地，膜装置5的过滤通量大于30LMH。

优选地，结合上述方案，如图 1所示，本实施例中，产水槽6产水量不小于进水量的80%；进一步地，产水槽6用于将第三反应液调整PH至5至7，优选PH为6，这较为符合回收标准；具体地，膜装置5透过液进入产水槽6，经调整PH至6左右，PH调整可以用柠檬酸或盐酸；添加掩蔽剂，掩蔽剂添加量为残余硼含量的2.2倍；掩蔽剂为一种易得的植物产品。

本实用新型提出的方案是针对现有处理工艺处理效果不理想、占地面积大、药剂耗量大、产泥量大、硼去除效果差等不足，提出压裂返排液回用处理工艺，其具有处理流程短、效果稳定、药剂耗量少、集装化和自动化程度高等优点。

相应地，结合上述方案，如图1所示，本申请还提供一种压裂返排液处理工艺，应用于上述所述的压裂返排液处理系统；还包括以下过程：

S1：将压裂排返液收集至混合反应槽1，并加入氧化剂和螯合剂进行混合、反应，从而获取第一反应液；

S2：再将获取第一反应液引流至分离槽2进行沉淀分离，从而获取第二反应液；该沉淀分离使得第一反应液中较轻的油或胶体浮于液体表面，水位于液体中间，污泥则位于液体的底部，这样也便于回收处理；

S3：接着再将获取的第二反应液引流至膜装置5进行分离，从而获取第三反应液；

S4：接着再将获取的第三反应液引流至产水槽6进行PH调整，并添加掩蔽剂，从而获取第四反应液；

S5：最后将第四反应液收集至回用装置80内。

优选地，结合上述方案，S1步骤中，氧化剂为次氯酸钠，其主要用于氧化液体中的H₂S或Fe²⁺；螯合剂为含羟基的物质，螯合剂和压裂返排液中的硼酸进行螯合反应；螯合剂具体可以是含羟基的化合物或有机物；进一步地，螯合剂的投加量按硼含量的3倍投加；具体地，该反应中对压裂排返液回用影响比较大的Fe²⁺、H₂S氧化剂（以次氯酸钠为例）的反应如下：

进一步地，次氯酸钠的投加量可根据水质分析计算，加至过量5%；螯合剂和压裂排返液中的硼反应：

优选地，结合上述方案，S1步骤中，混合反应槽1内的搅拌转速60~80rpm，停留时间5min。

优选地，结合上述方案，S2步骤中还包括，通过刮油机3将分离槽2内第一反应液上浮的油和胶刮出，并回收至油回收装置40；进一步地，通过污泥处理装置50对第一反应液底部沉淀的污泥进行脱水处理，这样使得污泥更加干燥、成型，便于污泥处理；进一步地，分离槽2的水力停留时间为30~40min。

S3步骤中，第二反应液通过供水泵4引流至膜装置5内；进一步地，膜装置5内设有分离膜，该分离膜为超滤膜；分离膜过滤精度小于50nm；进一步地，将膜装置5分离后的浓缩水回流至混合反应槽1内，浓缩水流量不大于进水流量的20%。

S4步骤中，第三反应液经产水槽6调整PH为5至7；进一步地，采用柠檬酸或盐酸对第三反应液进行PH调整；进一步地，还需要向第三反应液添加掩蔽剂，掩蔽剂添加量为残余硼含量的2.2倍；进一步地，掩蔽剂为C5H12O5，即与木糖醇物质相同；进一步地，产水槽6产水量不小于进水量的80%。

采用上述方案，先将压裂排返液静置分层，将上层油污等回收，沉淀的底污泥另行处理；在将静置后的压裂排返液加入氧化剂、螯合剂，使二价铁氧化成三价铁、硫化氢氧化成硫单质，硼反应生成螯合产物，直接用超滤膜过滤，去除压裂排返液中的油、悬浮物、胶体、大分子有机物以及螯合产物等；浓缩液回流，透过液进入下一步处理；再将透过液调整PH，加入适量掩蔽剂以掩盖未能完全螯合的硼，即可用于压裂液的配置。

本实用新型提供的方案具有下列优点及有益效果：

第一、该压裂返排液处理工艺，流程短，没有占地面积大的絮凝沉淀等工艺，易于集装化，便于运输；

第二、该压裂返排液处理工艺，通过化学反应将对回用有影响的二价铁氧化成三价铁、将硫化氢氧化成单质硫、将硼螯合成沉淀物，并通过过滤有效去除；

第三、该压裂返排液处理工艺，通过一种膜过滤工艺，一次去除压裂返排液中残留的油、悬浮物、胍胶等，还同时去除氧化反应生成的三价铁、单质硫、硼螯合物等，膜过滤工艺采用循环过滤，以减少膜的污染；

第四、该压裂返排液处理工艺，膜透过液可以达到《碎屑岩油藏注水水质推荐指标》（SY/T5329-1994）中A1标准，直接用于油田回注；也可以经PH调整及添加掩蔽剂后直接回用于压裂液配制，浓缩随压裂返排液中的油及沉淀物一起处理。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种压裂返排液处理系统，其特征在于，包括混合反应槽（1）、分离槽（2）、膜装置（5）以及产水槽（6）；其中，所述混合反应槽（1）与所述分离槽（2）连通，所述分离槽（2）还与所述膜装置（5）连通，所述膜装置（5）还与所述产水槽（6）连通；所述混合反应槽（1）用于将压裂排返液、氧化剂以及螯合剂进行混合并反应，从而获取第一反应液；所述分离槽（2）用于接收所述第一反应液并进行沉淀分离，从而获取第二反应液；所述膜装置（5）用于接收所述第二反应液并进行分离，从而获取第三反应液；所述产水槽（6）用于接收所述第三反应液并进行PH调整，所述产水槽（6）还用于添加掩蔽剂，从而获取第四反应液。

2.根据权利要求1所述的压裂返排液处理系统，其特征在于，所述混合反应槽（1）内设有搅拌装置，所述搅拌装置的转速为60至80 rpm；和/或，所述分离槽（2）和所述膜装置（5）之间通过供水泵（4）连通；和/或，所述产水槽（6）底部通过回用水泵（7）连通回用装置（80）。

3.根据权利要求1所述的压裂返排液处理系统，其特征在于，所述分离槽（2）上还设有刮油机（3）和油回收装置（40），所述油回收装置（40）设置于所述分离槽（2）的侧面上，所述刮油机（3）对于所述第一反应液进行刮油，并将污油回收到所述油回收装置（40）内。

4.根据权利要求1所述的压裂返排液处理系统，其特征在于，所述分离槽（2）底部连接有污泥处理装置（50），所述污泥处理装置（50）用于对所述分离槽（2）沉淀的污泥进行脱水。

5.根据权利要求1所述的压裂返排液处理系统，其特征在于，所述膜装置（5）还通过返回流路与所述混合反应槽（1）连通；所述膜装置（5）通过所述返回流路将浓缩水回流至所述混合反应槽（1）内。

6.根据权利要求5所述的压裂返排液处理系统，其特征在于，所述浓缩水流量不大于进水流量的20%。

7.根据权利要求1所述的压裂返排液处理系统，其特征在于，所述分离槽的水力停留时间为30~40min。

8.根据权利要求1所述的压裂返排液处理系统，其特征在于，所述膜装置（5）内设有分离膜，所述分离膜的过滤精度小于50nm；和/或，所述膜装置（5）的过滤通量大于30LMH。

9.根据权利要求1所述的压裂返排液处理系统，其特征在于，所述产水槽（6）产水量不小于进水量的80%。

10.根据权利要求1所述的压裂返排液处理系统，其特征在于，所述产水槽（6）用于将所述第三反应液调整PH至6。

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