一種交聯胍膠壓裂返排液的低溫快速預處理方法與流程

2023-10-26 04:42:07 2

本發明屬於壓裂返排液處理回用領域，特別涉及一種交聯胍膠壓裂返排液的處理回用方法。

背景技術：

水力壓裂是提高油氣井產量的重要方法，水力壓裂所用壓裂液目前仍以交聯胍膠聚合物壓裂液為主，在使用上具有明顯的經濟優勢。但隨著我國非常規油氣藏開發所佔比例的逐步提高，水力壓裂井明顯增多，交聯胍膠聚合物壓裂液使用量也越來越大，相應地從油氣藏返排到地面的壓裂返排液也大量增加。近年，隨著我國環保要求的提高，壓裂返排液處理回用作注入水及達標外排已逐步成為發展趨勢。但交聯胍膠聚合物壓裂返排液由於地層破膠降粘不徹底，導致其液相粘度高、有機物含量高且水體穩定，造成交聯胍膠聚合物壓裂返排液直接進入油田含油汙水處理系統進行處理時，出現油水難分離、固液難分離和過濾系統板結嚴重的問題，嚴重影響了含油汙水處理系統的正常運轉；若將交聯胍膠聚合物壓裂返排液直接處理從而達標外排，則因為處理工藝繁雜、處理成本高，導致油田現場很難成功處理，尤其目前處於油價較低時期，該處理方式的可行性更是大打折扣。

現有技術中，有一種胍膠壓裂廢液處理回用的方法，其專利申請號：201310416289.0；申請日：2013.09.13；該方法包括如下步驟，先投加氫氧化鉀和碳酸鈉，攪拌5～10min，再投加聚丙烯醯胺溶液，最後在處理水回用前2h內投加草酸調ph6～7.5；各處理劑加投量為：氫氧化鉀500～1000mg/l、碳酸鈉200～300mg/l、聚丙烯醯胺5～15mg/l、草酸300～500mg/l。該方法可降低廢液中高價金屬離子和固體懸浮物的含量，但是沒有對胍膠壓裂廢液低溫降粘，導致廢液的液相粘度高，水體穩定，處理後的廢液中有機物、原油含量還是很高，且固體懸浮物沒有清除徹底，處理效果較差。壓裂液在地層進行破膠降粘時，地層溫度約為80℃；而地面溫度隨著四季時間而變化，溫差較大，冬季溫度可達5℃以下，夏季溫度可達35℃以上，壓裂返排液在地面降粘時的環境溫度遠低於壓裂液地層破膠溫度，因此，現有技術中的井下壓裂液破膠降粘技術並不適用於地面壓裂返排液的低溫再破膠降粘。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種交聯胍膠壓裂返排液的低溫快速預處理方法，先對壓裂返排液進行低溫降粘，再降低返排液中有機物和懸浮物含量，使得壓裂返排液可以直接進入油田含油汙水處理系統，壓裂返排液固液分離和油水分離更加徹底，處理方法步驟簡單、處理時間短、處理成本低、對地面環境溫度適應性強。

本發明的目的是這樣實現的：一種交聯胍膠壓裂返排液的低溫快速預處理方法，包括如下步驟：

1）低溫降粘：先將交聯胍膠壓裂返排液排入降粘反應器內，再向降粘反應器內投加低溫降粘劑，低溫降粘劑的投加質量佔交聯胍膠壓裂返排液質量的0.05%~0.1%，控制反應溫度在3~7℃、攪拌速率為120~180r/min，先攪拌降粘反應器內的混合液1~10min使其混合均勻，再恆溫降粘反應40~60min，所述低溫降粘劑由過硫酸鹽、過氧化物和亞鐵鹽按質量比1:（0.95~1.05）:（10~14）組成；

2)有機物去除：打開降粘反應器上部的排放口，將降粘後的返排液通入反應罐，再向反應罐內投加有機物去除劑，有機物去除劑的投加質量佔降粘後的返排液質量的0.1%~0.3%，控制反應罐的反應溫度在5~25℃、攪拌速率為130~180r/min，攪拌混合液使其充分反應1~10min，返排液內的有機物被去除；

3）懸浮物沉降：向步驟2）中去除有機物後的反應罐內投加助劑，直至反應罐中混合液的助凝劑濃度為2~7mg/l，攪拌混合液1~5min後靜置20~40min，混合液內的懸浮物沉降到反應罐底部，反應罐頂部為上層清液；

4）汙水處理：將步驟3）中靜置分層後的上層清液通過反應罐的排放口排入油田含油汙水處理系統。

與現有技術相比，本發明的有益效果在於：本方法先對壓裂返排液進行低溫降粘處理，經過降粘處理後的壓裂返排液的液相粘度降低，水體不再穩定，使用有機物去除劑和助凝劑時，可以更加徹底地去除壓裂返排液的有機物和懸浮物，預處理後壓裂返排液的懸浮物含量≤67mg/l、原油含量<10mg/l且cod去除率≥50%，固液分離、油水分離效果更好，有機物去除效果明顯；低溫降粘劑中的過硫酸鹽和亞鐵鹽均有破膠降粘作用，在地面環境溫度下進行低溫降粘處理時，過氧化物可以提高過硫酸鹽和亞鐵鹽的低溫破膠活性，克服過硫酸鹽和亞鐵鹽在低溫破膠活性不足、在70~80℃才具有活性的問題，可以在1h內將壓裂返排液的粘度降到2mpa.s以下，實現低溫快速破膠降粘；本發明對壓裂返排液的ph值適應性強，無法調節壓裂返排液的ph值，處理方法步驟簡單，整個處理過程時間短，處理迅速，藥劑來源豐富、用量較低、藥劑總成本低。

作為本發明的進一步改進，所述低溫降粘劑的組成成分過硫酸鹽、過氧化物和亞鐵鹽的質量比為1:（0.98~1.02）:（12~13）。過硫酸鹽、過氧化物和亞鐵鹽的質量比為1:（0.98~1.02）:（12~13），低溫降粘劑的降粘效果較好，過氧化物提高過硫酸鹽和亞鐵鹽的低溫破膠降粘活性。

作為本發明的進一步改進，所述步驟1）中返排液降粘後，打開降粘反應器底部的排汙泥口，將含油汙泥排入含油汙泥處理池。降粘反應器底部的含油汙泥排入含油汙泥處理池，可以進一步回收處理含油汙泥，將汙泥中的原油提純，提高原油提取率，汙泥排出後，降粘反應器內部空間更大，可以處理更多壓裂返排液。

作為本發明的優選方案，所述有機物去除劑為無機聚合鋁鹽、無機聚合鐵鹽、聚合層狀矽酸鹽或聚合矽酸鋁鐵。

作為本發明的進一步改進，所述助凝劑為分子量為1000~2000萬的陽離子聚丙烯醯胺、陰離子聚丙烯醯胺或非離子聚丙烯醯胺。助凝劑可以聚集壓裂返排液中的鉛鹽、鐵鹽等金屬鹽，使金屬鹽抱團，利於懸浮物沉降。

作為本發明的進一步改進，所述步驟3）中反應罐內混合液靜置分層後，打開反應罐底部的排汙泥口，將含油汙泥排入含油汙泥處理池。加入助凝劑後，大量固體懸浮物和原油沉降到反應罐底部，將含油汙泥排入含油汙泥處理池，可以提取原油，反應罐底部的汙泥排出後，壓裂返排液中的懸浮物和原油更加容易沉降到底部，進一步提高固液分離、油水分離效果。

作為本發明的進一步改進，所述步驟3）中向反應罐內投加助凝劑之前，將反應罐的攪拌速率降低至30~70r/min。反應罐的攪拌速率過大，不利於懸浮物和原油沉降，30~70r/min的攪拌速率可以確保助凝劑混合均勻，同時避免懸浮物、原油均勻分布在壓裂返排液中，影響懸浮物、原油沉降。

作為本發明的進一步改進，所述步驟4）中的上層清液先進入濾料粒徑為0.5~1.0mm的核桃殼式過濾器進行過濾，再將過濾液通入油田含油汙水處理系統。反應罐的上層清液過濾後，固體雜質被過濾，懸浮物含量進一步降低，便於進行後續的汙水處理。

附圖說明

圖1為本發明的交聯胍膠壓裂返排液的預處理流程圖。

具體實施方式

實施例1

本實施例選取某井初期的交聯胍膠壓裂返排液進行低溫快速預處理，壓裂返排液的初始粘度4.4mpa.s。

本實施例的低溫快速預處理方法，包括如下步驟：

1）低溫降粘：先將交聯胍膠壓裂返排液排入降粘反應器內，再向降粘反應器內投加低溫降粘劑，低溫降粘劑的投加質量佔交聯胍膠壓裂返排液質量的0.097%，控制反應溫度在5℃、攪拌速率為150r/min，先攪拌降粘反應器內的混合液2min使其混合均勻，再恆溫降粘反應50min，所述低溫降粘劑由過硫酸鉀、過氧化鈉和硫酸亞鐵按質量比1:1:14組成；返排液降粘後，打開降粘反應器底部的排汙泥口，將含油汙泥排入含油汙泥處理池；

2)有機物去除：打開降粘反應器上部的排放口，將降粘後的返排液通入反應罐，再向反應罐內投加有機物去除劑，有機物去除劑的投加質量佔降粘後的返排液質量的0.12%，控制反應罐的反應溫度在15℃、攪拌速率為150r/min，攪拌混合液使其充分反應3min，返排液內的有機物被去除；所述有機物去除劑為無機聚合鋁鹽，無機聚合鋁鹽可以為聚合氯化鋁或聚合硫酸鋁；

3）懸浮物沉降：將反應罐的攪拌速率降低至50r/min，向步驟2）中去除有機物後的反應罐內投加助凝劑，直至反應罐中混合液的助凝劑濃度為6mg/l，攪拌混合液2min後靜置30min，混合液內的懸浮物沉降到反應罐底部，反應罐頂部為上層清液；所述助凝劑為分子量為1000~2000萬的陽離子聚丙烯醯胺；反應罐內混合液靜置分層後，打開反應罐底部的排汙泥口，將含油汙泥排入含油汙泥處理池；

4）汙水處理：將步驟3）中靜置分層後的上層清液通過反應罐的排放口排入油田含油汙水處理系統。

初始粘度4.4mpa.s的交聯胍膠壓裂返排液的預處理各階段各水質指標結果如表1。

表1

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實施例2

本實施例選取某井初期的交聯胍膠壓裂返排液進行低溫快速預處理，壓裂返排液的初始粘度4.45mpa.s。

本實施例的低溫快速預處理方法，包括如下步驟：

1）低溫降粘：先將交聯胍膠壓裂返排液排入降粘反應器內，再向降粘反應器內投加低溫降粘劑，低溫降粘劑的投加質量佔交聯胍膠壓裂返排液質量的0.1%，控制反應溫度在7℃、攪拌速率為180r/min，先攪拌降粘反應器內的混合液10min使其混合均勻，再恆溫降粘反應60min，所述低溫降粘劑由過硫酸鈉、過氧化氫和氯化亞鐵按質量比1:1.05:10組成；返排液降粘後，打開降粘反應器底部的排汙泥口，將含油汙泥排入含油汙泥處理池；

2)有機物去除：打開降粘反應器上部的排放口，將降粘後的返排液通入反應罐，再向反應罐內投加有機物去除劑，有機物去除劑的投加質量佔降粘後的返排液質量的0.3%，控制反應罐的反應溫度在25℃、攪拌速率為180r/min，攪拌混合液使其充分反應10min，返排液內的有機物被去除；所述有機物去除劑為無機聚合鐵鹽，無機聚合鐵鹽可以為聚合氯化鐵或聚合硫酸鐵；

3）懸浮物沉降：將反應罐的攪拌速率降低至70r/min，向步驟2）中去除有機物後的反應罐內投加助凝劑，直至反應罐中混合液的助凝劑濃度為7mg/l，攪拌混合液5min後靜置40min，混合液內的懸浮物沉降到反應罐底部，反應罐頂部為上層清液；所述助凝劑為分子量為1000~2000萬的陰離子聚丙烯醯胺；反應罐內混合液靜置分層後，打開反應罐底部的排汙泥口，將含油汙泥排入含油汙泥處理池；

4）汙水處理：將步驟3）中靜置分層後的上層清液通過反應罐的排放口先進入濾料粒徑為1.0mm的核桃殼式過濾器進行過濾，再將過濾液排入油田含油汙水處理系統。

初始粘度4.45mpa.s的交聯胍膠壓裂返排液的預處理各階段各水質指標結果如表2。

表2

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實施例3

本實施例選取某井初期的交聯胍膠壓裂返排液進行低溫快速預處理，壓裂返排液的初始粘度4.45mpa.s。

本實施例的低溫快速預處理方法，包括如下步驟：

1）低溫降粘：先將交聯胍膠壓裂返排液排入降粘反應器內，再向降粘反應器內投加低溫降粘劑，低溫降粘劑的投加質量佔交聯胍膠壓裂返排液質量的0.05%，控制反應溫度在3℃、攪拌速率為120r/min，先攪拌降粘反應器內的混合液1min使其混合均勻，再恆溫降粘反應40min，所述低溫降粘劑由過硫酸銨、過氧化氫和碳酸亞鐵按質量比1:0.95:13組成；返排液降粘後，打開降粘反應器底部的排汙泥口，將含油汙泥排入含油汙泥處理池；

2)有機物去除：打開降粘反應器上部的排放口，將降粘後的返排液通入反應罐，再向反應罐內投加有機物去除劑，有機物去除劑的投加質量佔降粘後的返排液質量的0.1%，控制反應罐的反應溫度在5℃、攪拌速率為130r/min，攪拌混合液使其充分反應1min，返排液內的有機物被去除；所述有機物去除劑為聚合層狀矽酸鹽，聚合層狀矽酸鹽含有鈣、鐵元素；

3）懸浮物沉降：將反應罐的攪拌速率降低至30r/min，向步驟2）中去除有機物後的反應罐內投加助凝劑，直至反應罐中混合液的助凝劑濃度為2mg/l，攪拌混合液1min後靜置20min，混合液內的懸浮物沉降到反應罐底部，反應罐頂部為上層清液；所述助凝劑為分子量為1000~2000萬的非離子聚丙烯醯胺；反應罐內混合液靜置分層後，打開反應罐底部的排汙泥口，將含油汙泥排入含油汙泥處理池；

4）汙水處理：將步驟3）中靜置分層後的上層清液通過反應罐的排放口先進入濾料粒徑為0.5mm的核桃殼式過濾器進行過濾，再將過濾液排入油田含油汙水處理系統。

初始粘度4.45mpa.s的交聯胍膠壓裂返排液的預處理各階段各水質指標結果如表3。

表3

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實施例4

本實施例選取某井初期的交聯胍膠壓裂返排液進行低溫快速預處理，壓裂返排液的初始粘度4.5mpa.s。

本實施例的低溫快速預處理方法，包括如下步驟：

1）低溫降粘：先將交聯胍膠壓裂返排液排入降粘反應器內，再向降粘反應器內投加低溫降粘劑，低溫降粘劑的投加質量佔交聯胍膠壓裂返排液質量的0.07%，控制反應溫度在5℃、攪拌速率為150r/min，先攪拌降粘反應器內的混合液5min使其混合均勻，再恆溫降粘反應50min，所述低溫降粘劑由過硫酸銨、過氧化鈉和氯化亞鐵按質量比1:0.98:12組成；返排液降粘後，打開降粘反應器底部的排汙泥口，將含油汙泥排入含油汙泥處理池；

2)有機物去除：打開降粘反應器上部的排放口，將降粘後的返排液通入反應罐，再向反應罐內投加有機物去除劑，有機物去除劑的投加質量佔降粘後的返排液質量的0.2%，控制反應罐的反應溫度在15℃、攪拌速率為150r/min，攪拌混合液使其充分反應5min，返排液內的有機物被去除；所述有機物去除劑為聚合矽酸鋁鐵；

3）懸浮物沉降：將反應罐的攪拌速率降低至40r/min，向步驟2）中去除有機物後的反應罐內投加助凝劑，直至反應罐中混合液的助凝劑濃度為4mg/l，攪拌混合液3min後靜置25min，混合液內的懸浮物沉降到反應罐底部，反應罐頂部為上層清液；所述助凝劑為分子量為1000~2000萬的非離子聚丙烯醯胺；反應罐內混合液靜置分層後，打開反應罐底部的排汙泥口，將含油汙泥排入含油汙泥處理池；

4）汙水處理：將步驟3）中靜置分層後的上層清液通過反應罐的排放口先進入濾料粒徑為0.6mm的核桃殼式過濾器進行過濾，再將過濾液排入油田含油汙水處理系統。

初始粘度4.5mpa.s的交聯胍膠壓裂返排液的預處理各階段各水質指標結果如表4。

表4

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實施例5

本實施例選取某井初期的交聯胍膠壓裂返排液進行低溫快速預處理，壓裂返排液的初始粘度4.5mpa.s。

本實施例的低溫快速預處理方法，包括如下步驟：

1）低溫降粘：先將交聯胍膠壓裂返排液排入降粘反應器內，再向降粘反應器內投加低溫降粘劑，低溫降粘劑的投加質量佔交聯胍膠壓裂返排液質量的0.06%，控制反應溫度在4℃、攪拌速率為170r/min，先攪拌降粘反應器內的混合液8min使其混合均勻，再恆溫降粘反應50min，所述低溫降粘劑由過硫酸鉀、過氧化鈉和氯化亞鐵按質量比1:1.02:14組成；返排液降粘後，打開降粘反應器底部的排汙泥口，將含油汙泥排入含油汙泥處理池；

2)有機物去除：打開降粘反應器上部的排放口，將降粘後的返排液通入反應罐，再向反應罐內投加有機物去除劑，有機物去除劑的投加質量佔降粘後的返排液質量的0.25%，控制反應罐的反應溫度在20℃、攪拌速率為140r/min，攪拌混合液使其充分反應8min，返排液內的有機物被去除；所述有機物去除劑為聚合矽酸鋁鐵；

3）懸浮物沉降：將反應罐的攪拌速率降低至60r/min，向步驟2）中去除有機物後的反應罐內投加助凝劑，直至反應罐中混合液的助凝劑濃度為3mg/l，攪拌混合液4min後靜置35min，混合液內的懸浮物沉降到反應罐底部，反應罐頂部為上層清液；所述助凝劑為分子量為1000~2000萬的陰離子聚丙烯醯胺；反應罐內混合液靜置分層後，打開反應罐底部的排汙泥口，將含油汙泥排入含油汙泥處理池；

4）汙水處理：將步驟3）中靜置分層後的上層清液通過反應罐的排放口先進入濾料粒徑為0.9mm的核桃殼式過濾器進行過濾，再將過濾液排入油田含油汙水處理系統。

初始粘度4.5mpa.s的交聯胍膠壓裂返排液的預處理各階段各水質指標結果如表5。

表5

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本發明並不局限於上述實施例，在本發明公開的技術方案的基礎上，本領域的技術人員根據所公開的技術內容，不需要創造性的勞動就可以對其中的一些技術特徵作出一些替換和變形，這些替換和變形均在本發明的保護範圍內。