CN212387866U - 一种页岩气采出水快速处理回用装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种页岩气采出水快速处理回用装置。所述装置可包括：沿水体流动方向通过管线依次连接的快速过滤单元、化学混凝单元、沉淀单元、精细过滤单元和氧化吸附单元，其中，快速过滤单元包括快速过滤器；化学混凝单元包括化学混凝池；沉淀单元包括沉淀池；精细过滤单元能够对经沉淀单元处理后水体进行过滤；氧化吸附单元包括氧化吸附池，氧化吸附池还设置有用于吸附的填料层。本实用新型的有益效果可包括：装置结构简便、制作成本低，能够满足页岩气开采现场移动作业的要求，能够解决现有处理工艺流程复杂、能耗高、耗时长、成本高等问题，处理后的采出水符合回用配制压裂液的水质要求。

Description

一种页岩气采出水快速处理回用装置

技术领域

本实用新型涉及水处理设施领域，特别地，涉及一种页岩气采出水快速处理装置。

背景技术

大型水力压裂技术是现阶段的页岩气开发过程中提高产能的重要手段，使用压裂车将压裂液以超过目的层位吸收能力的流量注入，利用高压将地层压开一条或几条水平的或垂直的裂缝，并用支撑剂将裂缝支撑起来，减小油、气、水的流动阻力，沟通油、气、水的流动通道，从而达到汇集地层中游离态的页岩气实现开采的目的。

在压裂过程中需要消耗大量的水资源，四川长宁－威远区块平均单井用水量在40000m³以上，配制压裂液需要大量的清水给周围水资源供给带来了巨大的压力。压裂作业完成后有30％～70％返排液(采出水)排至地面，大量的返排液的产生给当地环境保护带来了风险，同时达标外排的也增加了页岩气开采成本。

但是，页岩气采出水中含有高浓度的总溶解固体和多种化学添加剂，还含有多种有机和无机化合物、金属元素(如Ba、Ca、Fe、Mg、Mn和Sr等)，直接回用将会使压裂液的粘度和降阻率不能达到工业要求，所以需要对其进行一系列的处理，使其符合回用标准。

因此，研发一种切实可行的页岩气采出水快速处理回用装置，满足页岩气开采移动作业的特点，实现页岩气采出水的快速处理，并满足工艺流程简单、维护安装便捷、能耗低等要求，处理后水质符合回用配制压裂液的要求，对于推动页岩气规模开发具有重要意义。

现有的页岩气采出水处理装置都存在以下问题：

(1)装置复杂，耗时长、能耗高，不能实现页岩气开采现场快速处理回用的要求。

(2)化学处理对应的装置，需要加入多种反应药剂和催化药剂，具有处理成本高等问题。蒸发结晶对应的装置具有处理流程长、能源消耗大等问题。膜处理对应的装置具有更换渗透膜频繁、维护难度高和使用成本高等问题。以上工艺对应的装置均不适合页岩气开采现场的大规模应用。

(3)目前，没有形成稳定可靠的页岩气采出水处理撬装装置，不能满足页岩气开采移动作业和能源供应的要求。

实用新型内容

针对现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本实用新型的目的之一在于提供一种页岩气采出水快速处理回用装置，以减少废液排放。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种页岩气采出水快速处理回用装置。

所述装置可包括：沿水体流动方向通过管线依次连接的快速过滤单元、化学混凝单元、沉淀单元、精细过滤单元和氧化吸附单元，其中，快速过滤单元包括快速过滤器，并能够对页岩气采出水进行快速过滤；化学混凝单元包括化学混凝池，所述经快速过滤后的水体能够进入化学混凝池中并与混凝反应剂混合，以生成絮状体；沉淀单元包括沉淀池，经化学混凝单元处理后的水体能够进入沉淀池，水体中的絮状体能够沉淀；精细过滤单元能够对经沉淀单元处理后水体进行过滤；氧化吸附单元包括氧化吸附池，经精细过滤单元过滤后的水体能够进入氧化吸附池中并与氧化剂反应，以实现对水体的氧化处理，氧化吸附池还设置有用于吸附的填料层。

根据本实用新型的一个或多个示例性实施例，所述化学混凝单元还可包括第一药剂池和加药泵(也可称为第一加药泵)，所述混凝反应剂可包括混凝剂，其中，第一药剂池能够存储混凝剂；加药泵能够将第一药剂池中的混凝剂加入到所述化学混凝池中。

根据本实用新型的一个或多个示例性实施例，所述化学混凝单元还可包括第二药剂池和第三药剂池，所述混凝反应剂还可包括助凝剂和pH调节剂，其中，第二药剂池能够存储助凝剂；第三药剂池能够存储pH调节剂。

根据本实用新型的一个或多个示例性实施例，所述化学混凝单元还可包括pH值在线监测设备，pH值在线监测设备能够监测化学混凝池中水体的pH。

根据本实用新型的一个或多个示例性实施例，所述pH值在线监测设备可与所述第一加药泵连接，并能够控制第一加药泵的加料量。

根据本实用新型的一个或多个示例性实施例，所述化学混凝单元还可包括第二加药泵和第三加药泵中的至少一种，其中，第二加药泵能够将第二药剂池中的助凝剂加入到所述化学混凝池中，第三加药泵能够将第三药剂池中的pH调节剂加入到所述化学混凝池中。

根据本实用新型的一个或多个示例性实施例，所述pH值在线监测设备可与所述第二加药泵连接，并能够控制第二加药泵的加料量。

根据本实用新型的一个或多个示例性实施例，所述pH值在线监测设备可与所述第三加药泵连接，并能够控制第三加药泵的加料量。

根据本实用新型的一个或多个示例性实施例，所述沉淀池可包括斜板沉淀池。

根据本实用新型的一个或多个示例性实施例，所述斜板沉淀池的下部可设置有进水管、以及与进水管连通的穿孔布水管。

根据本实用新型的一个或多个示例性实施例，所述斜板沉淀池下部还可设有至少一个钟罩排泥器，钟罩排泥器与沉淀池外的排泥管连通。

根据本实用新型的一个或多个示例性实施例，所述沉淀池可包括斜板沉淀池，所述精细过滤单元可包括过滤池，所述斜板沉淀池上部设有与过滤池连通的穿孔集水管。

根据本实用新型的一个或多个示例性实施例，所述精细过滤单元可包括过滤池。

根据本实用新型的一个或多个示例性实施例，所述氧化吸附单元还可包括第四药剂池、加药泵(也可称为第四加药泵)和pH值在线监测设备，其中，第四药剂池能够存储氧化剂；第四加药泵能够将第四药剂池中的氧化剂加入到所述氧化吸附池中。pH值在线监测设备能够监测氧化吸附池中水体的pH。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果可包括：装置结构简便、制作成本低，能够满足页岩气开采现场移动作业的要求，能够解决现有处理工艺流程复杂、能耗高、耗时长、成本高等问题，处理后的采出水符合回用配制压裂液的水质要求。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本实用新型的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了本实用新型一个示例性实施例中页岩气采出水快速处理回用装置的一个示意图；

图2示出了本实用新型另一个示例性实施例中页岩气采出水快速处理回用装置的一个俯视示意图；

图3示出了本实用新型另一个示例性实施例中页岩气采出水快速处理回用装置的一个结构示意图；

图4示出了钟罩排泥器在沉淀池底部的一个安装示意图；

主要附图标记说明：

100-快速过滤单元，110-快速过滤器，120-动力单元；200-化学混凝单元，210-化学混凝池，221-第一药剂池，222-第二药剂池，223-第三药剂池，231-第一加药泵，232-第三加药泵，241-第一pH值在线监测设备，242-第一pH值在线监测设备；300-沉淀单元，310-沉淀池，311-进水管，312-穿孔布水器，313-穿孔集水管，321-第一钟罩排泥器，322-第二钟罩排泥器，323-第三钟罩排泥器，331-第一排泥口331，332-第二排泥口，333-第三排泥口；400-精细过滤单元，410-过滤池；500-氧化吸附单元，510-氧化吸附池，520-第四药剂池，530-第四加药泵。

具体实施方式

在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述本实用新型的页岩气采出水快速处理回用装置。需要说明的是，本实用新型的第一、第二、第三和第四不表示先后顺序和位置关系，仅用于相互区别。

本实用新型通过采用快速过滤、快速沉淀和常温常压催化氧化杀菌处理技术，实现了高效混凝脱色沉淀与快速分离，使页岩气采出水中的大量有色物质、溶解的金属非金属离子、化学添加剂在特殊水力条件下快速发生反应，在短时间内生成不溶于水的物质，实现与水的分离。絮凝沉淀处理后的采出水中少部分残余的有机、无机等污染物，再在常温常压条件下进行氧化反应，使有机物被氧化成CO₂、水、无害的无机盐而被去除，重金属等有害的无机物被吸附去除，同时具有较好的杀菌效果，能去除采出水中悬浮的微生物。本实用新型的装置对采出水中的污染物去除效果好，能够达到回用于压裂液配制的质量标准。

在本实用新型的一个示例性实施例中，如图1所示，所述页岩气采出水快速处理回用装置可包括：沿水体流动方向通过管线依次连接的快速过滤单元100、化学混凝单元200、沉淀单元300、精细过滤单元400和氧化吸附单元500。其中，

快速过滤单元100能够对页岩气采出水进行快速过滤。

化学混凝单元200能够使快速过滤后的水体与混凝反应剂混合，以生成絮状体。混凝反应剂可包括混凝剂，进一步地，还可包括pH调节剂，再进一步地，还可包括助凝剂。

沉淀单元300能够使化学混凝单元处理后水体中的絮状体沉淀。

精细过滤单元400能够对经沉淀单元处理后水体进行再次过滤。

氧化吸附单元500能够对精细过滤单元过滤后的水体进行氧化处理和吸附处理。

在本实施例中，快速过滤单元100可包括如图2和3所示的快速过滤器110。

化学混凝单元200可包括如图2和3所示的化学混凝池210。

沉淀单元300可包括如图2和3所示的沉淀池310。

精细过滤单元400可包括如图2和3所示的过滤池410。

氧化吸附单元500可包括如图2和3所示的氧化吸附池510。

在本实用新型的另一个示例性实施例中，图2示出了本实用新型另一个示例性实施例中页岩气采出水快速处理回用装置的一个俯视示意图。图3示出了本实用新型另一个示例性实施例中页岩气采出水快速处理回用装置的一个结构示意图。其中，图2中的沉淀池310中未示出钟罩排泥器和穿孔布水器312。图3中的虚线表示相关部件位于内部或不能直接看到。

如图2和图3所示，所述页岩气采出水快速处理回用装置可包括：通过管线连通的快速过滤器110、化学混凝池210、斜板沉淀池310、精细过滤池(可简称为过滤池)410和氧化吸附杀菌池(也可称为氧化吸附池)510。

如图3所示，斜板沉淀池310的下部可设有与进水管311(或进水口)连通的穿孔布水器(也可称为穿孔布水管)312。如图2和图3所示，斜板沉淀池310的上部可设有与过滤池410连通的穿孔集水管313。

精细过滤池410可设有过滤层，例如椰壳活性炭过滤层，再如特制椰壳活性炭过滤层。

氧化吸附池510可设有填料层，用于吸附杂质，例如，有机物和重金属等。

在本实施例中，化学混凝池210、斜板沉淀池310、精细过滤池410和氧化吸菌池510都可为罐状结构，相应罐体至少都可设置有盖。

在本实施例中，如图2和图3所示，化学混凝单元200还可包括第一药剂池221和第一加药泵231，第一加药泵231可以通过管线分别与化学混凝池210、第一药剂池221连通。第一药剂池221可为混凝剂药剂池，即可存储有混凝剂。第一加药泵231能够将第一药剂池221中的混凝剂送入化学混凝池210。

进一步地，化学混凝池210还可设有第一pH值在线监测设备241。第一pH值在线监测设备241能够监测化学混凝池210中水体的pH。第一pH值在线监测设备241还能够控制第一加药泵231给料。

在本实施例中，如图2和图3所述，在本实施例中，如图2和图3所示，化学混凝单元200还可包括第二药剂池222。

第二药剂池222可通过管线与化学混凝池210连接。第二药剂池222与化学混凝池210连接的管线上可设置有阀门。进一步地，可通过第二加药泵(图中未示出)将第二药剂池222中的助凝剂送入化学混凝池210。进一步地，第二药剂池222中的助凝剂可通过管道自吸来实现添加药剂。

如图2和图3所示，第二药剂池222还可通过管线连接至第一加药泵231与化学混凝池210之间的管线上。

进一步地，第一pH值在线监测设备241还能够控制第二加药泵给料。

在本实施例中，如图2和图3所示，化学混凝单元200还可包括第三药剂池223和第三加药泵232，第三加药泵232可以通过管线分别与化学混凝池210、第三药剂池223连通。第三药剂池223能够存储pH调节剂，例如碱性调节剂。第三加药泵232能够将第三药剂池223中的pH调节剂送入化学混凝池210。

进一步地，化学混凝池210还可设有第二pH值在线监测设备242。第二pH值在线监测设备242能够监测化学混凝池210中水体的pH。第二pH值在线监测设备242还能够控制第三加药泵232给料。

在本实施例中，沉淀池310的底部还可设置若干个与沉淀池外的排泥管400连通的钟罩排泥器，例如图3所示的第一钟罩排泥器321、第二钟罩排泥器322和第三钟罩排泥器323。沉淀池310的底部还设置有若干个排泥口，例如图3所示的第一排泥口331、第二排泥口332和第三排泥口333；其中，第一钟罩排泥器321可与第一排泥口331连通，第二钟罩排泥器322可与第二排泥口332连通，第三钟罩排泥器323可与第三排泥口333连通。

图4示出了钟罩排泥器320在沉淀池310底部的一个安装示意图。如图4所示，每个钟罩排泥器都可包括两个钟罩排泥器本体、以及与钟罩排泥器本体连接的管线。

在本实施例中，如图2和图3所示，氧化吸附单元还可包括第四药剂池520和第四加药泵530。第四加药泵530可以通过管线分别与第四药剂池520、氧化吸附池510连通。第四药剂池520可为氧化剂药剂池，即可存储有氧化剂。第四加药泵530能够将第四药剂池520中的氧化剂送入化学混凝池210。第四加药泵530可为计量泵，氧化剂可为ClO₂气体，ClO₂气体可与由计量泵打入氧化吸附池，与污水进行反应。

进一步地，氧化吸附池510还可设有第三pH值在线监测设备(图中未示出)。第三pH值在线监测设备能够监测氧化吸附池510中水体的pH。进一步地，第三pH值在线监测设备还能够控制第四加药泵530给料。

进一步地，第四加药泵530还可通过管线与过滤池410连接，即第四加药泵530还能够将过滤池410中的水体输送至氧化吸附池510。

在本实施例中，第一加药泵231、第二加药泵、第三加药泵232和第四加药泵530可包括计量泵。

在本实施例中，如图2和图3所示，所述快速过滤单元100还可包括动力单元120，动力单元120可通过管线与快速过滤器110连接，并能够将页岩气采出水输送至快速过滤器110。动力单元120可包括泵。

在本实施例中，快速过滤器110、化学混凝池210、沉淀池310、过滤池410和氧化吸附池510之上都可设置有盖。

为了更好地理解本实用新型的上述示例性实施例，下面结合图3来说明本实用新型的工作原理。

页岩气采出水通过快速过滤器110去除悬浮物后，流入化学混凝池210。

通过在线监测水质的pH值变化，调节混凝剂与助凝剂的加入量，混凝剂通过第一加药泵231加入化学混凝池210与废水混合均匀，水中悬浮物与混凝剂发生凝聚，形成矾花絮体，并逐渐长大。然后将助凝池(即第二药剂池222)中的助凝剂加入到化学混凝池210，停留一段时间后，形成沉淀性能较好的矾花絮体。

然后，废水通过穿孔布水管312进入沉淀池310进行沉淀，絮体在自身重力作用下，经过沉淀池310的斜板沉降后，污泥由下部的钟罩排泥器排出，进入井场渣泥池，上层清水经穿孔集水管313进入过滤池410。

污水经过过滤池410的过滤层后通过氧化吸附池510的上部进入氧化吸附池510，同时在线监测水的pH值，控制ClO₂气体与采出水进行反应，水中残余污染物经过氧化吸附过程被除去后，同时具备杀菌效果，最后通过管线流入现场储存池用于配制压裂液。

综上所述，本实用新型的页岩气采出水快速处理回用装置的优点包括：

(1)本实用新型能够满足页岩气开采现场移动作业的要求，能够解决现有处理工艺流程复杂、能耗高、耗时长、成本高等问题。

(2)本实用新型可有效去除页岩气采出水中总悬浮固体、COD、离子浓度和微生物等污染物，处理后的采出水符合回用配制压裂液的水质要求。

(3)本实用新型能够使快速过滤、化学混凝沉降、氧化吸附和快速杀菌等多个处理装置一体化，便于利用货车运送至偏远的压裂现场，可实现快速安装快速使用，并最终实现页岩气采出水的连续、深度处理后回用至压裂液配制过程。

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本实用新型，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本实用新型的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims (10)

1.一种页岩气采出水快速处理回用装置，其特征在于，所述装置包括：

沿水体流动方向通过管线依次连接的快速过滤单元、化学混凝单元、沉淀单元、精细过滤单元和氧化吸附单元，其中，

快速过滤单元包括快速过滤器，并能够对页岩气采出水进行快速过滤；

化学混凝单元包括化学混凝池，所述经快速过滤后的水体能够进入化学混凝池中并与混凝反应剂混合，以生成絮状体；

沉淀单元包括沉淀池，经化学混凝单元处理后的水体能够进入沉淀池，水体中的絮状体能够沉淀；

精细过滤单元能够对经沉淀单元处理后水体进行过滤；

氧化吸附单元包括氧化吸附池，经精细过滤单元过滤后的水体能够进入氧化吸附池中并与氧化剂反应，以实现对水体的氧化处理，氧化吸附池还设置有用于吸附的填料层。

2.根据权利要求1所述的页岩气采出水快速处理回用装置，其特征在于，所述化学混凝单元还包括第一药剂池和加药泵，所述混凝反应剂包括混凝剂，其中，

第一药剂池能够存储混凝剂；

加药泵能够将第一药剂池中的混凝剂加入到所述化学混凝池中。

3.根据权利要求2所述的页岩气采出水快速处理回用装置，其特征在于，所述化学混凝单元还包括第二药剂池和第三药剂池，所述混凝反应剂还包括助凝剂和pH调节剂，其中，

第二药剂池能够存储助凝剂；

第三药剂池能够存储pH调节剂。

4.根据权利要求3所述的页岩气采出水快速处理回用装置，其特征在于，所述化学混凝单元还包括pH值在线监测设备，pH值在线监测设备能够监测化学混凝池中水体的pH。

5.根据权利要求4所述的页岩气采出水快速处理回用装置，其特征在于，所述pH值在线监测设备与所述加药泵连接，并能够控制加药泵的加料量。

6.根据权利要求1所述的页岩气采出水快速处理回用装置，其特征在于，所述沉淀池包括斜板沉淀池。

7.根据权利要求6所述的页岩气采出水快速处理回用装置，其特征在于，所述斜板沉淀池的下部设置有进水管、以及与进水管连通的穿孔布水管。

8.根据权利要求6所述的页岩气采出水快速处理回用装置，其特征在于，所述斜板沉淀池下部还设有至少一个钟罩排泥器，钟罩排泥器与沉淀池外的排泥管连通。

9.根据权利要求1所述的页岩气采出水快速处理回用装置，其特征在于，所述沉淀池包括斜板沉淀池，所述精细过滤单元包括过滤池，所述斜板沉淀池上部设有与过滤池连通的穿孔集水管。

10.根据权利要求1所述的页岩气采出水快速处理回用装置，其特征在于，所述氧化吸附单元还包括第四药剂池、加药泵和pH值在线监测设备，其中，

第四药剂池能够存储氧化剂；

加药泵能够将第四药剂池中的氧化剂加入到所述氧化吸附池中；

pH值在线监测设备能够监测氧化吸附池中水体的pH。

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