一種以氣浮工藝為主的壓裂返排液處理方法及裝置與流程

2023-07-16 02:30:06

本發明涉及一種壓裂返排液的處理方法，具體涉及一種以氣浮為主工藝的壓裂返排液的處理方法及裝置。

背景技術：

鑑於對壓裂液體系理解的深度問題，以及油服系統與水處理系統行業間的無形壁壘的存在。使大家在技術上沒有進行過真正意義上的融通。

雖然壓裂返排液處置課題進行了十多年之久，一直沒有一套可以真正滿足成本及現場需求的壓裂返排液處置的方法及裝置出現。

總的來講壓裂返排液的處理經歷了三個階段。

一、盲目複製階段--除油除懸階段：由於早期的承攬壓裂返排液課題的團隊均是以油田服務為核心課題的團隊，不是水處理團隊。因此他們的出發點也僅僅局限於對含油量、懸浮物含量、粒徑中值、以及細菌數量為核心研究方向的團隊。最具代表性的是北京歐泰克公司，其短板是並未進入到有機物總量、無機物總量對復配影響的深度，屬於摸索階段。

二、盲目消滅階段--消滅所有的有機物無機物階段：這個時期是由於油田各個單位意識到復配的關鍵因素並非是一個對含油量、懸浮物含量以及粒徑中值有了精確認識後就可以面對的問題。於是，尋求了同濟大學、鵬鷂集團、偉創力等水處理龍頭企業研發的階段。這些水業航母走了一條將有機物和無機離子全部去除的思路，出水已經達到飲用水級別，復配當時沒有問題。可是建造成本、運行成本遠遠超過了石油系統能夠承受的能力，而設備數量和體積龐大，也不能適應井場的要求。

三、認真分析，精準控制階段：進入本階段是基於對上述兩次失敗的認真總結，在這個階段，（1）無機物：認真分析了各種陰陽離子的種類對復配的影響，並確認了影響的指標。（2）有機物：對返排液中陽離子、陰離子、中性有機物進行了全面分析，最終確定了影響因素及影響指標。最終根據上述結論反推出配套的壓裂返排液處理方法及裝置。

技術實現要素：

為了解決現有處理壓裂返排液的方法在實際使用過程中存在的工藝複雜和處理設備運行成本過高的問題，本發明提供了一種基於對返排液中有機物、無機物、細菌、PH值乃至復配的指標等多參數控制和協調的工藝方法及裝置。

為實現上述目的，本發明採用以下技術方案：

一種以氣浮工藝為主的壓裂返排液處理方法，其特徵在於，包括以下步驟：

步驟一：返排液通過返排管線進入均質調節池中；

步驟二：均質調節池中的液體通過第一提升泵進入到電解裝置中，通過電解作用實現對Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Al3+、HCO3-、CO32-和Cl-離子的去除，以及殺菌，使經過電解裝置2處理後的出水達到Ca2++Mg2+＜160，細菌總數＜1000，Cl-＜6000，Fe3++Fe2+＜8的指標；

步驟三：經電解裝置電解除垢、殺菌後的液體通過第二提升泵進入到等離子氣浮裝置中，首先在等離子氣浮裝置進口處的附屬裝置加藥裝置中進行PH調節，將PH值調整到6~10的目的範圍使凍狀膠體解凍，然後再依次加入絮凝劑和助凝劑，接著再進入中等離子氣浮池中，通過等離子氣浮的卷掃、吸附及同向凝聚的作用下對機械雜質以及同類有機物進行較為徹底的去除，實現出水達到PH5.0-6.5，COD＜3500的指標；

步驟四：上述步驟二和步驟三中所產生的汙泥進入汙泥處理裝置，在汙泥處理裝置中實現壓濾，產出的泥餅外運，壓濾液回流；

步驟五：處理後的清水滿足石油通用壓裂液配製標準。

步驟五中所述的汙泥進入汙泥處理裝置後的處理方式為：從電解裝置和等離子氣浮裝置中收集到的汙泥首先進入集泥池中，然後通過第一螺杆泵進入到壓濾機中進行壓濾，將產出的泥餅通過壓濾機上連接的第二螺杆泵排出外運，壓濾液進入到壓濾液池中通過回流泵回流進入到等離子氣浮裝置中。

步驟三中所述的目的PH範圍是通過添加PH調節劑來實現，所述的PH調節劑為氫氧化鈉。

步驟三中所述的絮凝劑為聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁、聚合硫酸鐵、聚合氯化鐵和聚合氯化硫酸鐵中的一種。

步驟三中所述的的助凝劑為聚丙烯醯胺。

步驟三中所述的絮凝劑的添加量為按每升返排液加入50-200ppm，助凝劑的添加量為按每升返排液加入1-2ppm。

一種以氣浮工藝為主的壓裂返排液處理裝置，包括均質調節池、電解裝置和等離子氣浮裝置，其特徵是：所述的等離子氣浮裝置由等離子氣浮池及附屬的加藥裝置和發泡-霧化裝置組成，其中均質調節池通過依次安裝有第一提升泵和第一流量計的管線與電解裝置的進水口相連接，電解裝置出水口通過安裝有第二提升泵的管線與加藥裝置相連，加藥裝置通過管線與等離子氣浮池的進水口相連，等離子氣浮池的出水口通過依次安裝有第二流量計和第三提升泵的管線連接於現場清水罐罐體上，離子氣浮池的底部設置有回流管線，回流管線上連接有發泡-霧化裝置。

所述的電解裝置和等離子氣浮裝置均設置有汙泥排出口，所述電解裝置的汙泥排出口和等離子氣浮裝置的汙泥排出口分別通過管線連接於汙泥處理裝置上。

所述的汙泥處理裝置包括集泥池、壓濾機和壓濾液池，集泥池的進水口分別通過管線與電解裝置的汙泥排出口及等離子氣浮裝置的汙泥排出口相連接，集泥池的出水口通過安裝有第一螺杆泵的管線與壓濾機的進水口相連，壓濾機的出水口通過管線與壓濾液池的進水口相連，壓濾液池的出水口通過安裝有回流泵的管線與等離子氣浮裝置的附屬裝置發泡-霧化裝置相連接。

所述的加藥裝置由攪拌器、加藥桶、加壓泵及管道混合器構成，攪拌器設置於加藥桶中，加藥桶通過加藥泵與管道混合器相連接。

本發明採用的上述技術方案，具有以下優點：壓裂返排液依次通過電解裝置、等離子氣浮裝置及汙泥處理裝置後能夠有效地降低壓裂返排液的COD值和粘度，在PH為5.0-6.5之間時溫度100℃，粘度在50mPa.s以上達九十分鐘，並使淨化水中細菌的個數及有機物含量明顯下降，達到了SYT6376-1998水基凍膠壓裂液通用技術指標；本發明所提供的一種以氣浮工藝為主的壓裂返排液處理裝置具有結構簡單、易於操作且運行成本低等優點。

附圖說明

圖1 是一種以氣浮工藝為主的壓裂返排液處理方法的流程示意圖；

圖2 是一種以氣浮工藝為主的壓裂返排液處理裝置的結構示意圖；

圖3 是等離子氣浮裝置的示意圖；

圖4 是處理後液體復配時的粘穩曲線；

附圖標記如下：1-均質調節池，2-電解裝置，3-加藥裝置，4-等離子氣浮池，5-集泥池，6-壓濾機，7-壓濾液池，8-發泡-霧化裝置，9-第一提升泵，10-第二提升泵，11-第三提升泵，12-第一螺杆泵，13-第二螺杆泵，14-回流泵，15-第一流量計，16-第二流量計。

具體實施方式

實施例1：

本發明涉及一種壓裂返排液的處理方法，在總結了大量影響因素後，形成的一整套的處理方法及裝置，最終目的是使經本發明所述的一種以氣浮工藝為主的壓裂返排液處理方法及裝置處理後的出水能夠達到復配壓裂液並且達到通用的石油壓裂液的標準。

為實現上述目的，本發明採用以下技術方案：

如附圖1所示，一種以氣浮工藝為主的壓裂返排液處理方法，其特徵在於，包括以下步驟：

步驟一：返排液通過返排管線進入均質調節池1中；

步驟二：均質調節池1中的液體通過第一提升泵9進入到電解裝置2中，通過電解作用實現對Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Al3+、HCO3-、CO32-和Cl-離子的去除，以及殺菌，使經過電解裝置2處理後的出水達到Ca2++Mg2+＜160，細菌總數＜1000，Cl-＜6000，Fe3++Fe2+＜8的指標；

步驟三：經電解裝置2電解除垢、殺菌後的液體通過第二提升泵10進入到等離子氣浮裝置中，首先在等離子氣浮裝置進口處的附屬裝置加藥裝置3中進行PH調節，將PH值調整到6~10的目的範圍使凍狀膠體解凍，然後再依次加入絮凝劑和助凝劑，接著再進入等離子氣浮池4中，通過等離子氣浮的卷掃、吸附及同向凝聚的作用下對機械雜質以及同類有機物進行較為徹底的去除，實現出水達到PH5.0-6.5，COD＜3500的指標；

步驟四：上述步驟二和步驟三中所產生的汙泥進入汙泥處理裝置，在汙泥處理裝置中實現壓濾，產出的泥餅外運，壓濾液回流；

步驟五：處理後的清水滿足石油通用壓裂液配製標準。

步驟五中所述的汙泥進入汙泥處理裝置後的處理方式為：從電解裝置2和等離子氣浮裝置中收集到的汙泥首先進入集泥池5中，然後通過第一螺杆泵12進入到壓濾機6中進行壓濾，將產出的泥餅通過壓濾機6上連接的第二螺杆泵13排出外運，壓濾液進入到壓濾液池7中通過回流泵14回流進入到等離子氣浮裝置中。

如附圖2所示，本發明用於上述的一種壓裂返排液的處理方法的裝置，包括均質調節池1、電解裝置2和等離子氣浮裝置，電解裝置2選用常規的除硬度電解裝置；其特徵是：所述的等離子氣浮裝置由等離子氣浮池4及附屬的加藥裝置3和發泡-霧化裝置8組成，其中均質調節池1通過依次安裝有第一提升泵9和第一流量計15的管線與電解裝置2的進水口相連接，電解裝置2出水口通過安裝有第二提升泵10的管線與加藥裝置3相連，加藥裝置3通過管線與等離子氣浮池4的進水口相連，等離子氣浮池4的出水口通過依次安裝有第二流量計16和第三提升泵11的管線連接於現場清水罐體上，離子氣浮池4的底部設置有回流管線，回流管線上連接有發泡-霧化裝置8。

所述的電解裝置2和等離子氣浮裝置均設置有汙泥排出口，所述電解裝置2的汙泥排出口和等離子氣浮裝置的汙泥排出口分別通過管線連接於汙泥處理裝置上。

所述的汙泥處理裝置包括集泥池5、壓濾機6和壓濾液池7，集泥池5的進水口分別通過管線與電解裝置2的汙泥排出口及等離子氣浮裝置的汙泥排出口相連接，集泥池5的出水口通過安裝有第一螺杆泵12的管線與壓濾機6的進水口相連，壓濾機6的出水口通過管線與壓濾液池7的進水口相連，壓濾液池7的出水口通過安裝有回流泵14的管線與等離子氣浮裝置的附屬裝置發泡-霧化裝置8相連接。

本發明所述的的各處理裝置包括均質調節池1、電解裝置2、加藥裝置3、等離子氣浮池4、集泥池5、壓濾機6和壓濾液池8的進出口處均設置有進水閥門和出水閥門，本發明中的管線及閥門按照石油設備設計規範設計法蘭、螺紋進行連接。

本發明的原理是：壓濾返排液通過電解裝置控制無機離子，通過等離子氣浮裝置控制有機離子，通過汙泥處理裝置進行壓濾，泥餅外運，壓濾液回流。

以下為本發明的具體實施案例：

以30m³的流量用第一提升泵9從現場的均質調節池1汲取壓裂返排液，通過控水閥門、第一流量計15進入到電解裝置2，電解裝置2產泥量較小，通過排泥系統幾天進行一次排泥，進入集泥池5。電解裝置2產出的水進入到等離子氣浮裝置的進口，在等離子氣浮單元進口處的附屬裝置加藥裝置3中首先是進行PH調節，然後再依次加入絮凝劑和助凝劑，該液體與回流溶氣及發泡後的回流液體一起進入等離子氣浮池4氣浮，在等離子氣浮池4中大部分的有機物和機械雜質被以渣的形式去除，並通過排泥系統進入集泥池5，清水通過第三提升泵11進入到現場存在的清水罐中備用。而集泥池5中的汙泥將定期通過第一螺杆泵12進入壓濾機6，產出的泥餅通過第二螺杆泵13外運，壓濾液體進入壓濾液池7後通過回流泵14回流進入等離子氣浮裝置中。

壓裂返排液處理過程中階段控制指標如下表：

如附圖4試驗結果所示，本發明的復配效果：在PH為5.0-6.5之間時溫度100℃，粘度在50mPa.s以上達九十分鐘。達到了SYT6376-1998水基凍膠壓裂液通用技術指標(如下表所示)：

表1水基凍膠壓裂液通用技術指標

實施例2：

本發明所述的等離子氣浮裝置如附圖3所示，包括等離子氣浮池4及附屬的加藥裝置3和發泡-霧化裝置8，其中所述的發泡-霧化裝置8位於回流水管與進水管的聯接部位，發泡-霧化裝置8的作用是加入空氣並將出水形成等離子的氣泡，發泡-霧化裝置8屬於現有技術，在此就不做詳細敘述。等離子氣浮裝置的工藝流程是：經過電解裝置2電解除垢、殺菌處理後的液體首先進入到加藥裝置3中，經過加藥裝置3處理後的液體連同發泡-霧化裝置8中產生的回流溶氣及發泡後的回流液體一起進入等離子氣浮池4氣浮，在等離子氣浮池4中大部分的有機物和機械雜質被以渣的形式去除，並通過排泥系統進入集泥池5，清水則進入到現場存在的清水罐中備用。

實施例3：

在實施例1的基礎上，所述的加藥裝置3由攪拌器、加藥桶、加壓泵及管道混合器構成，攪拌器設置於加藥桶中，加藥桶通過加藥泵與管道混合器相連接。加藥裝置3是等離子氣浮裝置的一個附屬裝置，加藥裝置3的作用是調整PH，加熱並攪拌絮凝劑、助凝劑，加藥裝置3通過管道混合器實現目的PH範圍的調節並依次添加絮凝劑和助凝劑，所述的目的PH範圍是通過添加PH調節劑來實現，所述的PH調節劑為氫氧化鈉，所述的絮凝劑為聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁、聚合硫酸鐵、聚合氯化鐵和聚合氯化硫酸鐵中的一種，所述的的助凝劑為聚丙烯醯胺，所述的絮凝劑的添加量為按每升返排液加入50-200ppm，助凝劑的添加量為按每升返排液加入1-2ppm。

上述所述僅為本發明的優選實例，並不構成對本發明的保護範圍的限制，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換等相同或相似的設計均屬於本發明的保護範圍之內。