壓裂返排液選擇性處理與再利用方法技術

本發明專利技術公開了一種壓裂返排液的選擇性處理與再利用的方法，選擇性處理方法為：1)除砂與除油粗處理，使粒徑在0.1mm以上的泥沙、絮狀體及原油去除率大于95％，得到液體A；2)向液體A中加入沉淀劑，對高價金屬離子進行沉淀處理，得到液體B；3)向液體B中加入無機絮凝劑、有機絮凝劑，靜置沉降，取上清液即待重復使用液。將其再利用的方法為先調節pH值，再向其中加入稠化劑、助排劑、粘土穩定劑和殺菌劑，混合均勻，得到再利用壓裂液基液；繼而調節再利用壓裂液基液的pH＝8～12，向其中加入破膠劑、溫度穩定劑和交聯劑，混合均勻得到凍膠液。該處理方法能實現壓裂返排液的重復利用繼而使水資源循環利用。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于油氣田開采中廢水處理與回用
，具體涉及一種壓裂返排液的選擇性處理與再利用的方法。
技術介紹
壓裂是油氣井特別是非常規油氣井增產的重要措施，目前針對壓裂技術使用最為廣泛的是水基瓜爾膠壓裂液，大型水平井壓裂具有多級分段、排量高和液量大等特點，單井壓裂返排液液量是常規壓裂井的幾倍甚至十幾倍。這種返排液成分極其復雜，含有懸浮物、石油類、高價金屬離子、破膠后產生的殘渣、細菌，還含有殘余的壓裂液助劑如增稠劑、殺菌劑、助排劑、粘土穩定劑、交聯劑與破膠劑等，壓裂返排液是一種污染性極強的廢液，直接外排將嚴重污染周圍環境，或者不處理直接回注注水井或再利用配制壓裂液也將污染地下水資源和對儲層造成傷害。另外，對于水資源匱乏的地區、山路崎嶇而引起運輸清水成本高及大規模叢式井等情形，壓裂返排液回收處理與再利用技術的應用具有廣闊的前景與社會、經濟效益。目前關于壓裂返排液處理技術主要有：(1)微生物處理法。微生物處理法的原理主要為特殊的微生物以返排液中的有機物作為營養來源，通過自身的代謝作用來分解有機污染物。這種方法只能去除部分有機物，且效果差，處理時間長，一般需要半個月以上，難以實現返排液處理后回用的連續化配液；且這種方法不能除掉對儲層產生傷害的懸浮物，也不能去除高價金屬離子導致再配制壓裂液時其高溫交聯性能極差。(2)氧化方法。通過外加氧化劑如氯氣、次氯酸鹽、雙氧水、芬頓(Fenton)試劑、臭氧等對有機物碳鏈進行裂解，降低返排液的COD值。這種方法存在成本高、處理能力小(如臭氧氧化)等缺陷，另外，化學氧化劑的加量不好控制，在現場返排液處理中，稍有不當，遺留的過量氧化劑會使處理后的返排液配成重復利用壓裂液時較難起粘，壓裂液性能差導致無法滿足現場施工要求。(3)膜分離法。該方法的原理為以膜材料為介質，截留聚合物大分子和懸浮物。膜處理法一般用于水質精細處理。該方法的缺陷是處理能力小，過濾物易堵塞膜材料孔道。(4)電絮凝法。該方法的原理為在電場作用下金屬陽極電離成高價金屬離子，與有機物發生氧化還原反應進而絮凝沉降。該方法的缺陷是對陽極金屬材料消耗量大，殘余的高價金屬離子對壓裂液高溫交聯性能會產生影響。壓裂返排液成分復雜，可分為一般成分、有害成分和可再利用的有利成分。(1)一般成分。指再配制壓裂液時對其性能影響不大的成分，如原油、某些低價陰陽離子等；這類成分不需去除。(2)有害成分。包括：懸浮物與殘渣，其會對儲層滲透率產生傷害；高價金屬離子，其會對壓裂液性能特別是高溫交聯性能產生嚴重影響；殘余交聯劑與破膠劑，其對壓裂液性能有影響；碳酸氫根或碳酸根離子，需要對pH值進行調節；這四類成分需要處理使其控制在一定程度的低濃度水平。(3)有利成分。如壓裂用助劑等，此類需要保留并補充。因此處理的返排液要達到重復再利用的要求，需要對上述三類成分進行有選擇性處理，沒有必要所有成分全部除盡導致處理難度極大和成本極高。選擇性處理方法不但處理成本低，還能利用有效成分，可行性好。
技術實現思路
為了將壓裂返排液處理成可用于重復配制壓裂液的液體，從而實現水資源的循環利用和零外排，本專利技術提供了一種壓裂返排液選擇性處理與再利用方法。其具體技術方案如下：一種壓裂返排液選擇性處理方法，包括以下幾步：1)除砂與除油粗處理：對壓裂返排液進行除砂與除油粗處理，使粒徑在0.1mm以上的泥沙、胍膠破膠后產生的殘渣絮狀體及原油去除率大于95％，得到液體A；2)高價金屬離子沉淀處理：向所述液體A中加入沉淀劑，混合攪拌5～15min，對高價金屬離子進行沉淀處理，得到液體B；所述高價金屬離子為鈣離子、鎂離子、鐵離子和亞鐵離子；所述的沉淀劑為碳酸鈉或碳酸鉀，優選碳酸鈉；3)微小懸浮物顆粒絮凝處理：向所述液體B中加入無機絮凝劑，所述無機絮凝劑在所述液體B中的濃度為30～600ppm，高速攪拌1～2min，再加入有機絮凝劑，所述有機絮凝劑在所述液體B中的濃度為2～6ppm，慢速攪拌10-15min，靜置沉降，取上清液，得到待重復使用液，所述待重復使用液中懸浮物含量、鐵離子含量、亞鐵離子含量、鈣離子含量、鎂離子含量分別低于20ppm、80ppm、120ppm、180ppm和400ppm。注：單位ppm＝mg/L，濃度都是百萬分之一。步驟1)除砂與除油粗處理是通過液固旋流除砂與液液旋流除油一體化裝置利用懸浮物、殘渣、原油與水之間存在的密度差原理對壓裂返排液中成分進行分離；所述液固旋流除砂與液液旋流除油一體化裝置為專利ZL201420580690.8或ZL201420580735.1中公開的洗井水處理裝置。所述的無機絮凝劑為聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁、聚合氯化鐵、聚合硫酸鐵、聚硅酸硫酸鐵、聚磷氯化鐵、聚磷氯化鋁和聚硅酸鐵中的任意一種，優選聚合氯化鋁；所述的有機絮凝劑為陽離子型聚丙烯酰胺、陰離子型聚丙烯酰胺或非離子型聚丙烯酰胺。將所述待重復使用液再利用的方法，包括以下步驟：a)采用有機酸調節所述待重復使用液的pH值介于4-6之間，向其中加入占其質量0.3-0.6％的稠化劑，低速攪拌，待所述稠化劑充分溶脹后，再分別向其中加入占所述待重復使用液質量0.1～0.5％的助排劑、0.1～3％的粘土穩定劑、0.1～0.2％的殺菌劑，混合均勻，得到再利用壓裂液基液；b)利用碳酸鈉、碳酸鉀、氫氧化鈉或氫氧化鉀調節所述再利用壓裂液基液的pH＝8～12，向其中分別加入占其質量0.02～0.04％的破膠劑和占其質量0.2～0.4％的溫度穩定劑，攪拌均勻，最后向其中加入占所述再利用壓裂液基液質量0.2～0.4％的交聯劑，混合均勻后得到凍膠液。所述的有機酸為檸檬酸、醋酸和甲酸中的任意一種，優選檸檬酸；所述的稠化劑為羥丙基瓜爾膠、瓜爾膠、羧甲基瓜爾膠、羧甲基羥丙基瓜爾膠和聚丙烯酰胺中的任意一種，優選羥丙基瓜爾膠；所述的助排劑為氟碳類表面活性劑；；所述的助排劑為氟碳類表面活性劑；所述的粘土穩定劑為氯化鉀或季銨鹽表面活性劑；所述的溫度穩定劑為硫代硫酸鈉或鄰苯二胺；所述的破膠劑為過硫酸銨或膠囊破膠劑；所述的殺菌劑為季銨鹽類殺菌劑；所述的交聯劑為有機硼、硼砂、硼酸、有機鋯和有機硼鋯中的任意一種，優選有機硼。本專利技術具有以下有益效果：1.整個壓裂返排液處理過程只選擇性對懸浮物及高價金屬離子等有害成分進行去除，其它不存在性能影響的成分與有利成分進行保留，針對性強，經濟性好，具有較強的實用價值；2.對于離子成分，只選擇性地除去影響壓裂液高溫交聯性能的高價金屬離子，同時去除影響壓裂液基液溶脹性能的碳酸氫根離子與碳酸根離子，而對壓裂液性能影響不大的其它離子全部保留，這種選擇性的處理方法大幅降低了對離子進行全部處理的難度與配液成本及工作量；3.本專利技術的方法實現了壓裂返排液的循環利用，節能節水，并且實現了壓裂返排液的不落地處理與零排放，能降低成本，保護環境。具體實施方式下面結合實施例對本專利技術的技術方案進行進一步說明。采用本專利技術方法處理的壓裂返排液進行再次配液，其評價標準參考《水本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種壓裂返排液選擇性處理方法，其特征在于包括以下步驟：1)除砂與除油粗處理：對壓裂返排液進行除砂與除油粗處理，使粒徑在0.1mm以上的泥沙、胍膠破膠后產生的殘渣絮狀體及原油去除率大于95％，得到液體A；2)高價金屬離子沉淀處理：向所述液體A中加入沉淀劑，混合攪拌5～15min，對高價金屬離子進行沉淀處理，得到液體B；所述高價金屬離子為鈣離子、鎂離子、鐵離子和亞鐵離子；3)微小懸浮物顆粒絮凝處理：向所述液體B中加入無機絮凝劑，所述無機絮凝劑在所述液體B中的濃度為30～600ppm，高速攪拌1～2min，再加入有機絮凝劑，所述有機絮凝劑在所述液體B中的濃度為2～6ppm，慢速攪拌10?15min，靜置沉降，取上清液，得到待重復使用液，所述待重復使用液中懸浮物含量、鐵離子含量、亞鐵離子含量、鈣離子含量、鎂離子含量分別低于20ppm、80ppm、120ppm、180ppm和400ppm。

【技術特征摘要】
1.一種壓裂返排液選擇性處理方法，其特征在于包括以下步驟：
1)除砂與除油粗處理：對壓裂返排液進行除砂與除油粗處理，使粒徑在
0.1mm以上的泥沙、胍膠破膠后產生的殘渣絮狀體及原油去除率大于95％，得到
液體A；
2)高價金屬離子沉淀處理：向所述液體A中加入沉淀劑，混合攪拌5～15min，
對高價金屬離子進行沉淀處理，得到液體B；所述高價金屬離子為鈣離子、鎂離
子、鐵離子和亞鐵離子；
3)微小懸浮物顆粒絮凝處理：向所述液體B中加入無機絮凝劑，所述無機
絮凝劑在所述液體B中的濃度為30～600ppm，高速攪拌1～2min，再加入有機絮
凝劑，所述有機絮凝劑在所述液體B中的濃度為2～6ppm，慢速攪拌10-15min，
靜置沉降，取上清液，得到待重復使用液，所述待重復使用液中懸浮物含量、
鐵離子含量、亞鐵離子含量、鈣離子含量、鎂離子含量分別低于20ppm、80ppm、
120ppm、180ppm和400ppm。
2.如權利要求1所述壓裂返排液選擇性處理方法，其特征在于：步驟1)
除砂與除油粗處理是通過液固旋流除砂與液液旋流除油一體化裝置利用懸浮
物、殘渣、原油與水之間存在的密度差原理對壓裂返排液中成分進行分離的。
3.如權利要求1所述壓裂返排液選擇性處理方法，其特征在于：步驟2)
所述的沉淀劑為碳酸鈉或碳酸鉀；
步驟3)所述的無機絮凝劑為聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁、聚合氯化鐵、聚合
硫酸鐵、聚硅酸硫酸鐵、聚磷氯化鐵、聚磷氯化鋁和聚硅酸鐵中的任意一種；
所述的有機絮凝劑為陽離子型聚丙烯酰胺、陰離子型聚丙烯酰胺或非離子型聚<...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄒鵬，張世林，王林，張建華，姜有才，李詩仙，
申請(專利權)人：中國石油集團渤海鉆探工程有限公司，
類型：發明
國別省市：天津;12