CN104628185B

CN104628185B - 一种油气田压裂返排液的处理工艺

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Publication number: CN104628185B
Application number: CN201510036939.8A
Authority: CN
Inventors: 许丽萍; 马汉青
Original assignee: URUMQI AOSEN CARBON RING BIOLOGICAL ENERGY CO Ltd
Current assignee: URUMQI AOSEN CARBON RING BIOLOGICAL ENERGY Co.,Ltd.
Priority date: 2015-01-26
Filing date: 2015-01-26
Publication date: 2016-05-18
Anticipated expiration: 2035-01-26
Also published as: CN104628185A

Abstract

本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种油气田压裂返排液集中处理工艺，该工艺包括1将压裂返排液收集到调节池进行均质均量处理后进入沉砂除油槽，沉砂除油；2调节池出水提升进入混凝气浮池，加入絮凝剂，通过絮凝气浮去除浮油和悬浮物；3气浮池出水进入一级氧化单元，投加次氯酸钠，初步氧化分解大分子有机物；4一级氧化池出水在进入芬顿氧化塔，采用芬顿氧化剂进行深度氧化分解；5芬顿氧化塔出水进入沉淀池；6沉淀池出水进入活性焦过滤吸附池进行过滤吸附处理，出水各项指标可满足达标排放或实现回用。本发明适用于石油、天然气、页岩气、煤层气等非常规油气田压裂开采中的压裂返排液的处理。

Description

一种油气田压裂返排液的处理工艺

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种油气田压裂返排液集中处理工艺。

背景技术

目前，在国内外油气田开发中，压裂作业是一项重要的增产措施，被各油田普遍采用。由此产生的压裂废液(一般每口井压裂后排液至少产生粘稠废液300m³左右)具有色度深、酸性强、粘度大、CODcr高、难降解等特点，特别是一些亲水性有机添加剂，难以从废水中出去，若不经处理直接排放，将会对周边环境造成严重污染。近50年来，国内外不少学者提出了各种手段和措施，可迄今为止，压裂废水的处理技术尚不理想，可以说仍处于初级阶段，真正能够用于现场大规模处理的未见报道。

目前，对油田压裂废水的处理一般采取的方法有：固化法、生物法、化学法或各种工艺相结合的联合处理方法。(1)固化法：固化技术的主要机理是利用一定的化学添加剂(固化剂)使压裂废液失稳脱水。因为固化剂大多为水泥、石灰或粉煤灰等物质，所以处理成本很低，但是固化周期较长，长时间堆放还可能造成对周围环境的影响。(2)生物法：生物处理主要是利用微生物来降低水中有机物含量。由于压裂废水具有较低的生化性，所以必须进行混凝、吸附等预处理。然后培养菌种，将菌种投入适当的污水环境中便可在一定周期内将污水中的有机物分解。利用生化过程处理压裂废水的优点是投资少、生态环保且具有较强的针对性和可行性；缺点是所需周期较长，寻找优势菌种是一个需要解决的问题。(3)化学法：目前广泛采用的化学处理方法主要有混凝法、Fenton氧化法和Fe/C微电解法等。其中，①氧化法：氧化法是指将氧化剂及相关助剂按照一定投加方式投加到压裂废水之中，待反应一段时间后废水中的高分子有机物被药剂去除。氧化法主要包括：Fenton试剂氧化法、次氯酸盐氧化法、纳米光催化氧化法、高铁酸盐氧化絮凝、超临界水氧化(SCWO)、超声化学氧化法等。其中应用较为多的是Fenton试剂氧化法、次氯酸盐氧化法。Fenton试剂法对CODCr的去除更是具有针对性，同时，作为氧化反应的原料过氧化氢和还原性铁价格低廉。②混凝法：混凝法是目前国内在油田污水处理中应用最为广泛的方法，絮凝沉降可有效的去除废水中的悬浮物，对石油类、浊度的去除率也很高，但对CODcr的去除效果不理想。并且压裂液废水粘度很大，混凝剂用量大。混凝法常作为压裂废液处理的预处理来除去部分有机物和悬浮颗粒，接下来再进行深度处理。③Fe/C微电解法：微电解法是在溶液中铁碳电极发生电化学反应并形成了电场，在电场的作用下使水中的胶体粒子产生电泳，通过一系列作用失去稳定性，凝聚并沉淀去除。但由于电位差很小，停留时间较长，作用效果有限，无法应用于大规模的生产实践。(4)物理法：①过滤法：过滤法主要是通过快速过滤工艺，将石油污水中的悬浮颗粒过滤去除，从而起到去浊的效果，但对于可溶性的压裂液添加剂去除效果甚微。同时，过滤工艺还包括：膜过滤、反渗透法过滤、电渗透法过滤、超过滤法等。②吸附法：吸附法是将活性炭、粘土等多孔介质吸附剂投入废水中，与之充分混合，吸附剂可吸附废水中的颗粒物质，也可使废水通过滤床进行过滤，这一方法主要也是起到去浊的作用。

在实践工程中基本是上述几类工艺的组合，但是仍然存在投资运行成本较高，或者处理效果不佳，无法工程化等缺陷，因而急需开发一种行之有效的处理方法，防止压裂返排液污染对环境的污染，同时降低油田开发的经济成本。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种低耗、有效、可工程化的压裂返排液的处理工艺。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种油气田压裂返排液的处理工艺，其该处理工艺包括以下步骤：

(1)将油气田压裂返排液收集到调节池进行均质均量处理后，进入沉砂除油槽，沉砂除油；其中，调节池采用穿孔曝气管进行曝气，曝气风量0.03～0.05m³/m².min，停留时间不小于4h；沉砂除油槽采用斜管除油沉淀池，沉淀池表面负荷0.75～1.5m³/m².h；停留时间：2h～4h；

(2)将步骤(1)中调节池进行处理后的出水提升进入混凝气浮池，去除浮油和悬浮物；其中，气浮方式采用溶气气浮，溶气罐出口压力0.4～0.5Mpa，气浮池表面负荷：0.6～1.0m³/m².h，气浮池所投加的混凝剂为碱式氯化铝PAC和聚丙烯酰胺PAM，pH值控制在7.5～9，PAC投加量30～50ppm，PAM投加量5～10ppm，两者投加时间间隔10～30s；加药反应时间：5～10min；

(3)将步骤(2)中气浮池处理后的出水提升进入一级氧化池，投加次氯酸钠，10-40ml/l，pH控制3～5，反应时间20～45min；初步氧化分解大分子有机物；

(4)将步骤(3)中一级氧化池处理后的出水提升进入芬顿氧化塔，进行深度氧化分解，投加芬顿氧化剂，硫酸亚铁与双氧水比例为：4：1～8：1；所述的双氧水浓度规格为30％，硫酸亚铁投加量为3～6g/L，pH控制在3～5，芬顿反应塔停留时间2～3小时，其中所述的芬顿氧化塔内置弹性填料，设反应回流泵，回流量为150％～300％；

(5)将步骤(4)中经过芬顿氧化塔处理后的出水提升进入混凝沉淀池，在搅拌条件下，投加混凝剂为PAC和PAM，pH值控制在7.5～9，PAC投加量10～30ppm，PAM投加量2～5ppm，两者投加时间间隔10～30s，加药反应时间：5～10min；混凝沉淀池表面负荷0.5～1.0m³/m².h，停留时间2～4h；

(6)将步骤(5)中经过混凝沉淀池处理后的出水提升进入活性焦过滤吸附池，进行过滤吸附处理，活性焦过滤吸附池吸附接触时间30～90min，滤速1～3m/h，采用气水反冲洗方式，水洗强度3～6L/S·m²，气洗强度10～20L/S·m2，反洗时间15～30min，反洗频率以出水SS<10mg/l作为控制指标，即可完成油气田压裂返排液的处理。

所述的沉砂除油槽采用的斜管为聚丙烯斜管，其安装水平夹角为60°。上述的设备及材料均为市售或公知的。

本发明的有益效果在于，(1)调节池采用曝气管均质均量，保证了后续处理工艺进水负荷的稳定性。(2)采用气浮混凝预处理，去除浮油和悬浮物，减轻后续处理工艺的负担，减少了加药量。(3)采用2级氧化工艺，难降解大分子有机物分解效果更好。(4)采用芬顿试剂作为2级氧化工艺，其·OH具有更高的反应活性，不加选择地与大多数有机物分子迅速反应，氧化更彻底。(5)芬顿氧化工艺采用先进的反应塔反应器，配套反应回流泵和填料，因此废水与芬顿试剂充分接触反应，氧化效率更高。(6)采用中孔结构发达的活性焦做进一步过滤吸附，其孔径更加符合废水的特性，吸附效果更佳，同时减少了过滤器堵塞饱和块等现象。活性焦低廉的价格也降低了废水处理的运行成本。(7)处理后的废水可达标排放。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明，图1本发明的处理工艺流程图。

具体实施方式

实施例1、一种油气田压裂返排液的处理工艺，如附图1所示，包括通过管道、阀门、提升泵等依次连接的调节池、沉砂隔油池、气浮池、一级氧化池、芬顿氧化塔、活性焦过滤吸附池。其中调节池设穿孔曝气管，鼓风曝气；所述沉砂隔油池设聚丙烯斜管，斜管安装水平夹角60°；所述气浮混凝池设有加药装置，所投加的混凝剂为PAC(聚合氯化铝)和PAM(聚丙烯酰胺)，气浮方式采用溶气气浮；所述一级氧化池，投加的次氯酸钠作为初级氧化剂，设有加药装置和反应搅拌装置；所述的芬顿氧化塔采用反应塔的形式，塔内置填料和反应搅拌机、回流泵等配套设施；所述活性焦过滤吸附池，以活性焦作为过滤吸附材料。

该工艺通过对压裂返排液均质均量、气浮絮凝、二级氧化、过滤吸附等工艺处理，最后实现出水各项指标满足一级排放标准。

采用如上述的处理工艺进行压裂返排液的处理，其处理方法包括如下步骤：

(1)首先将压裂返排液收集到调节池，调节池中设置格栅，去除废水中较粗大的悬浮物和漂浮物。调节池鼓风曝气进行均质均量处理，减小对后续工艺的负荷冲击。均质均量后的废水进入沉砂除油槽，沉淀去除返排液夹带的泥沙，去除浮油；在此步骤中，调节池采用穿孔曝气管进行曝气，曝气风量0.03～0.05m³/m².min。沉砂除油槽采用斜管除油沉淀池，沉淀池表面负荷0.75～1.5m³/m².h。

(2)调节池出水通过提升泵提升进入混凝气浮池，采用溶气气浮的方式，在气浮的作用下将污水中悬浮油及部分乳化油托至水面收集回收，同时投加混凝剂，完成混凝絮凝过程，絮凝物同样在气浮的作用下浮至水面，通过刮板收集至储渣槽，达到去除浮油和悬浮物的作用；在此步骤中，溶气罐出口压力0.4～0.5Mpa，气浮池表面负荷：0.6～1.0m³/m².h。气浮池所投加的混凝剂为PAC和PAM，PH值控制在7.5～9，PAC投加量30～50ppm，PAM投加量5～10ppm，两者投加时间间隔10～30s。

(3)气浮池出水进入一级氧化池，调节PH值，投加氧化剂次氯酸钠，充分搅拌反应，氧化分解大分子有机污染物。一级氧化池采用斜管沉淀池的结构，污泥沉淀后外排，上端出水提升进入芬顿氧化塔；在此步骤中，投加次氯酸钠10-40ml/l，PH控制3～5，反应时间20～45min。

(4)一级氧化池出水在进入芬顿氧化塔，调节PH值，在搅拌条件下，投加芬顿氧化剂进行深度氧化分解。芬顿氧化塔内置弹性填料，设反应回流泵，保证废水与氧化剂充分接触氧化有机物；在此步骤中，硫酸亚铁与双氧水比例为：4：1～8：1(双氧水浓度为30％)，硫酸亚铁投加量为3～6g/L，PH控制在3～5，停留时间2小时，回流泵回流量为150％～300％。

(5)芬顿氧化塔出水进入混凝沉淀池；在搅拌条件下，投加的混凝剂为PAC和PAM，PH值控制在7.5～9，PAC投加量10～30ppm，PAM投加量2～5ppm，两者投加时间间隔10～30s。

(6)混凝沉淀池出水自流进入活性焦过滤吸附池进行过滤吸附处理，进一步去除絮体颗粒，出水满足排放标准。根据水质及吸附效果定期进行气水反冲洗，恢复滤料的吸附性，饱和活性焦可通过热再生重负使用；在此步骤中，活性焦过滤吸附池采用中孔结构发达，价格相对优廉的活性焦为吸附过滤材料。滤料粒径3-5mm，碘值>600mg/g，亚甲蓝>120mg/g，磨损强度>90％。活性焦过滤吸附池吸附接触时间30～90min，滤速1～3m/h。气水反冲洗强度：水洗强度3～6L/S·m²，气强度10～20L/S·m2，反洗15min，反洗频率以出水SS<10mg/l作为控制指标。处理过程产生的污泥脱水干化后可外排，饱和的活性焦可热再生重复使用，经过处理的压裂返排液可满足一级排放标准。

实施例2、以本发明的处理工艺，对某油田采油过程中产生的压裂返排液进行处理。按每天24小时连续运行进行设计。

1、设计进水水质

2、工艺参数设计

(1)调节池中设置格栅，去除废水中较粗大的悬浮物和漂浮物。调节池采用穿孔曝气管鼓风曝气风量0.05m³/m².min。调节池停留时间4h；均质均量后的废水进入沉砂除油槽，表面负荷0.75m³/m².h，斜管长度1米，按水平夹角60°安装，沉淀去除返排液夹带的泥沙，去除浮油；(2)调节池出水提升进入混凝气浮池。气浮池采用溶气气浮的方式，溶气罐出口压力0.5Mpa,气浮池表面负荷：0.6m³/m².h。调节PH值7，搅拌投加PAC50ppm，投加PAM：10ppm，两者投加时间间隔10～30s；

(3)气浮池出水进入一级氧化池，调节PH值4，投加次氯酸钠10ml/l(废水)，充分搅拌反应，反应时间45min；

(4)一级氧化池出水提升进入芬顿氧化塔，调节PH值4，在搅拌条件下，投加芬顿氧化剂。硫酸亚铁与双氧水比例为：6：1(双氧水浓度为30％)，硫酸亚铁投加量为6g/L，停留时间2小时，回流泵回流量为300％；

(5)芬顿氧化塔出水进入混凝沉淀池，投加的混凝剂为PAC和PAM，PH值控制在9，PAC投加量30ppm，PAM投加量5ppm，两者投加时间间隔10～30s，沉淀池表面负荷：0.6m³/m².h。污泥通过污泥斗收集后外排；

(6)混凝沉淀池出水自流进入活性焦过滤吸附池。活性焦过滤吸附池吸附接触时间90min，滤速3m/h。气水反冲洗强度：水洗强度5L/S·m²，气强度15L/S·m2，反洗15min，反洗频

率以出水SS<10mg/l作为控制指标。

其余工艺参数如过水堰负荷、过孔流速、搅拌速度等、池体结构处理等按常规水处理

设计要求处理。

3、处理效果

4、结论：由以上处理数据可知本发明的处理工艺，对压裂返排液的CODcr、悬浮物、浊度等去除效率高，处理效果好，这几项主要指标处理后能满足《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中的表4一级排放标准要求。此外，本发明设备投资少，工艺流程简单，加药量少，运行成本低，适合高粘度、高浓度的压裂返排液的集中连续处理，应用前景广阔。

Claims

1.一种油气田压裂返排液的处理工艺，其特征在于：该处理工艺包括以下步骤：

（1）将油气田压裂返排液收集到调节池进行均质均量处理后，进入沉砂除油槽，沉砂除油；其中，调节池采用穿孔曝气管进行曝气，曝气风量0.03~0.05m³/m²·min，停留时间不小于4h；沉砂除油槽采用斜管除油沉淀池，沉淀池表面负荷0.75～1.5m³/m²·h；停留时间：2h~4h；

（2）将步骤（1）中调节池进行处理后的出水提升进入混凝气浮池，去除浮油和悬浮物；其中，气浮方式采用溶气气浮，溶气罐出口压力0.4～0.5Mpa，气浮池表面负荷：0.6～1.0m³/m²·h，气浮池所投加的混凝剂为碱式氯化铝PAC和聚丙烯酰胺PAM，pH值控制在7.5～9，PAC投加量30~50ppm，PAM投加量5～10ppm，两者投加时间间隔10～30s；加药反应时间：5~10min；

（3）将步骤（2）中气浮池处理后的出水提升进入一级氧化池，投加次氯酸钠10-40ml/l，pH控制3～5，反应时间20～45min；初步氧化分解大分子有机物；

（4）将步骤（3）中一级氧化池处理后的出水提升进入芬顿氧化塔，进行深度氧化分解，投加芬顿氧化剂，硫酸亚铁与双氧水比例为：4∶1～8∶1；所述的双氧水浓度规格为30%，硫酸亚铁投加量为3～6g/L，pH控制在3～5，芬顿反应塔停留时间2～3h，其中所述的芬顿氧化塔内置弹性填料，设反应回流泵，回流量为150%～300%；

（5）将步骤（4）中经过芬顿氧化塔处理后的出水提升进入混凝沉淀池，在搅拌条件下，投加混凝剂为PAC和PAM，pH值控制在7.5～9，PAC投加量10～30ppm，PAM投加量2～5ppm，两者投加时间间隔10～30s，加药反应时间：5~10min；混凝沉淀池表面负荷0.5～1.0m³/m²·h，停留时间2～4h；

（6）将步骤（5）中经过混凝沉淀池处理后的出水提升进入活性焦过滤吸附池，进行过滤吸附处理，活性焦过滤吸附池吸附接触时间30～90min，滤速1~3m/h，采用气水反冲洗方式，水洗强度3~6L/S·m²，气洗强度10~20L/S·m²，反洗时间15~30min，反洗频率以出水SS<10mg/l作为控制指标，即可完成油气田压裂返排液的处理。