页岩气压裂返排液电化学处理现场试验研究

页岩气压裂返排液盐度高、有机物含量丰富,在回用和外排前需进行深度处理。构建了2 m³/h的电絮凝-电化学氧化集成工艺装置,在某页岩气开采平台开展了压裂返排液现场处理试验,该平台水质波动大。结果表明,在长周期运行过程中,经优化后的电絮凝-化学絮凝联用工艺可降低系统电耗和排泥量,电化学氧化深度降解COD符合一级反应动力学模型。当采用电絮凝电流35 A、电化学氧化电流60 A、停留时间均为10 min、辅助聚合氯化铝(PAC)投加量350 mg/L、Na₂CO₃投加量550 mg/L时,压裂返排液中悬浮物、硬度和COD均稳定达到100 mg/L以下,满足《页岩气储层改造第3部分：压裂返排液回收和处理方法》(NB/T 14002.3—2015)的回用要求和后续外排脱盐处理需求。药剂投加量较常规化学絮凝法可降低70%以上,污泥产生量降低约30%,直接运行成本约28元/m³。整套工艺具备良好的抗冲击能力,污染物去除效率高,成本较低,为油气开发中的压裂返排液处理工程建设提供了技术支撑。     

页岩气压裂返排液再利用处理技术研究

页岩气压裂返排液具有黏度高、悬浮物质量分数高、成分复杂等特点,对其进行回用处理可减轻环境污染、节约水资源。以延长页岩气为对象,进行"氧化-絮凝"工艺处理页岩气压裂返排液的研究。结果表明,以硫酸亚铈作催化剂且质量浓度为100 mg/L、双氧水质量分数为0.3%及硫酸亚铁质量浓度为140 mg/L时,可使返排液黏度由原来18.09 mPa·s降低到2 mPa·s以下;调整氧化处理后的返排液pH为7.5,在PAC质量浓度为600 mg/L,PAM质量浓度为20 mg/L时进行絮凝处理,处理后水中悬浮物由处理前的2 490 mg/L降低到0.9 mg/L,含油量由处理前的37.25 mg/L降低到4.32 mg/L。处理后水质满足平均空气渗透率≤0.01μm~2的地层回注要求。     

延长油田胍胶压裂返排液循环利用技术研究

延长油田油井压裂作业产生的胍胶压裂返排液"四高"(总铁、黏度、悬浮物、细菌)。采用"水质调节-强化絮凝-O_3催化氧化"三步法工艺进行处理后回用。研究表明,在强化絮凝的基础上,通过投加固体催化剂进行臭氧催化氧化反应,返排液黏度显著降低,水质处理效果优良。该工艺最佳参数:pH值为9.0,絮凝剂IF-A投加800 mg/L,助凝剂FA-B投加1.5 mg/L,在A系列固体催化剂与压裂返排液接触环境中通入臭氧30 min。处理后的返排液,总铁浓度可降至1.0 mg/L以下,悬浮物浓度降至2.0 mg/L以下,黏度低于1.10 mPa·s。用三步法处理后液回配滑溜水压裂液的各项指标与用饮用水配制的滑溜水压裂液性能接近,均能满足地方标准《压裂液用滑溜水体系》的要求,符合现场滑溜水压裂液配制用水的要求,并应用于指导页岩气压裂返排液的处理及回用。     

电化学工艺处理油田聚合物型压裂返排液

压裂技术已逐渐成为油田增产的主要手段。随着更加严格的《陆上石油天然气开采工业污染物排放标准》的即将颁布,新疆玛湖油田在未来几年可能会面临大量聚合物型压裂返排液外排的压力。基于高效、低成本的处理要求,开发了“电絮凝预处理+电化学氧化”工艺处理压裂返排液。结果表明：当电絮凝预处理条件为阴阳极板均为铝板、极板间距为0.5 cm、电流密度为10 mA/cm²、通电时间为15 min时,压裂返排液COD去除率达到65.4%,浊度达到4 NTU。对电絮凝预处理后的压裂返排液进行电化学氧化处理,在阳极为镀钌铱钛板、阴极为不锈钢板、电流密度为25 mA/cm²、电源脉冲频率为4 000 Hz、占空比为65%、pH=7.2、反应时间为90 min的条件下,新疆玛湖油田压裂返排液COD可以降至80 mg/L以下,油质量浓度降至1.0 mg/L以下,氨氮降至0.5 mg/L以下,悬浮物降至30 mg/L以下。处理后压裂返排液水质指标满足陆上排放标准要求且成本较低,具有良好的工业应用前景。     

基于臭氧与超声氧化降低页岩气压裂返排液COD

针对页岩气压裂返排液化学需氧量（COD）高,难以直接排放的问题,研究了臭氧氧化（O₃）、超声氧化（US）和臭氧与超声联用氧化（O₃+US）三种方式降低页岩气压裂返排液COD的效果。结果表明：O₃+US因能产生更多的自由基而具有更好的降低COD效果。O₃+US联用氧化返排液过程中,首先是臭氧直接氧化有机污染物生成醛酮等物质,然后再是自由基氧化降解,返排液颜色会出现特征变化。另外研究了水样pH、超声波功率、催化剂种类和加量、反应时间等因素对O₃+US联用氧化降低COD的影响,结果表明其降低COD的效率随pH的增大而减小,随超声波功率的增大先增大后减小,随作用时间的延长而增大。综合考虑,推荐降低页岩气压裂返排液COD的氧化条件为：臭氧质量浓度42mg/L、pH为2.5左右、超声波功率800W、催化剂MnO₂加量0.45g/L、反应时间100min,处理后COD降低68.17%。同时,降解动力学拟合分析显示MnO₂催化下O₃+US联用氧化降低页岩气压裂返排液COD的过程更符合二级动力学特征。     

混凝—磁分离—电化学技术处理压裂返排液研究

对页岩气开采中压裂返排液的组成、特性及处理现状进行分析,提出采用破胶混凝—磁分离—电化学催化氧化技术处理压裂返排液。研究得到各处理单元优化工艺,其中破胶混凝工艺采用高铁酸钾破胶剂、投加量2 500 mg/L,混凝剂聚合氯化铝铁投加量为2 000 mg/L,反应p H为11.0,反应时间40 min;磁分离工艺采用纳米磁铁粉,投加量4 000 mg/L,高分子絮凝剂阴离子聚丙烯酰胺投加量为20 mg/L;电化学催化氧化工艺采用Ti/Ti O_2作阳极,不锈钢作阴极,氧化电压10.0 V,电流密度1.6×10-2 A/cm2,体系p H为11.0,反应时间30 min。研究结果表明,采用上述技术及优化工艺处理压裂返排液,处理后COD、SS、油、色度、p H等主要指标均达到GB 8978—2002的一级排放标准要求。     

基于水凝胶界面光蒸发的压裂返排液脱盐降污处理

压裂返排液的无害化处理是页岩气绿色开发中亟待解决的问题之一，也是实现“双碳”目标的重要组成部分。本文以天然高分子材料假酸浆胶(NPG)、聚乙烯醇(PVA)为原料，聚吡咯(Ppy)为光吸收剂，制备了具有双网络套孔结构的超亲水性水凝胶(SH)。以太阳能为驱动力，将基于该水凝胶的界面光蒸发技术用于压裂返排液的核心脱盐降污处理，实现了压裂返排液的低能耗达标外排处理。实验结果表明：在1个标准太阳光强度下(1kW/m²),SH处理压裂返排液的界面光蒸发速率最高为3.59kg/(m²·h)，平均光蒸发效率高达96%以上。经脱盐降污处理后的返排液总溶解固体量低于150mg/L，各类盐离子浓度显著降低3～4个数量级，TOC含量去除率高达87.1%。同时水凝胶具有良好的抗盐性和自洁功能，能确保其长期、持续使用。     

某页岩气井压裂返排液处理工程实例

页岩气在开采的过程中,常常会采用水力压裂的技术来提高页岩气井的产气量。采用水力压裂技术进行作业后,会有大量的废液需要返排至地面,因此形成了页岩气的压裂返排液。页岩气的压裂返排液具有有污染物的类别多、悬浮物及有机物的浓度高等特点,因此其处理的难度大,如未经处理排放至环境,将会造成环境污染。通过实例阐述了“预处理—光催化氧化—混凝沉淀—砂滤”组合工艺在页岩气压裂返排液处理回用中的应用。实际运行结果表明,该工艺出水满足回用要求。     

压裂返排液回注处理及可行性评价

为了充分利用水资源,压裂返排液多在处理后回注。为了确保回注效果,需要进行处理后压裂返排液的回注可行性评价。采用化学氧化与絮凝处理方式对压裂返排液进行了处理,通过对水质离子含量、混合水结垢量及配伍性、黏土膨胀率、储层伤害率的分析研究,对其回注可行性进行了评价。结果表明:压裂返排液经过"氧化-絮凝"处理后,压裂返排液的悬浮物质量浓度为1.6 mg/L、含油量低于1.0 mg/L,黏土在处理后压裂返排液中的防膨率为92.68%;处理后压裂返排液与储层产出水混合体积比为3∶7时,结垢量低于72 mg/L;当处理后水含油量、悬浮物质量浓度低于6.00 mg/L时,对储层渗透率的伤害率低于20%。     

压裂返排液回用影响因素研究

返排液处理后直接用作配液用水成为返排液处理工艺主要研究方向。压裂返排液必须经过特殊处理才能进行二次利用。研究在返排液中含量较高的总铁、Ca²⁺、Mg²⁺、硼酸根离子对返排液回用的影响。结果表明,Ca²⁺、Mg²⁺、总铁单独存在变化时,会对压裂返排液回用效果产生一定的影响。在实际应用过程中,返排液中各因素共同作用,影响因素硼酸根>总硬度>总铁,优化后的水质指标确定为硬度<400 mg/L,总铁<10 mg/L,硼酸根含量<3 mg/L。     

页岩气压裂返排液电渗析脱盐处理技术研究

页岩气压裂返排液具有高盐、高COD的污染特征,其TDS约为3.2×10⁴～4.0×10⁴mg/L。采用GC-MS对压裂返排液进行分析,结果表明,其有机污染物包括烷烃、环烷烃、醇类、卤代烃,以及少量酮类、酚类、酯类等。烷烃是页岩气压裂压返液的主要污染成分。采用电渗析技术对页岩气压裂返排液进行处理,研究操作电压、极水质量分数等因素对脱盐率、电导率及COD去除率的影响。实验结果表明,电渗析处理过程中,随着操作电压的增加(5～20 V范围内),压裂返排液的脱盐率和COD去除率随之升高;电压为20 V时,TDS和COD的去除率分别达到99.94%、79.99%。在不同操作电压下,前40 min脱盐速率较快,60 min后脱盐速率降低,随后趋于平缓。极水质量分数为0.5%～0.75%时,压裂返排液的脱盐率、COD去除率随极水质量分数的增加而提高。此后进一步提高极水质量分数,TDS和COD的去除率均有所降低。电渗析过程中离子价态对各离子的去除率有一定影响。阴离子SO₄^2-、Cl^-的去除率分别...     

油田压裂返排液回注利用工艺研究

鄂尔多斯某油井压裂返排液通过氧化-絮凝-脱钙镁沉淀、二级精细过滤、化学剂耦合离子交换脱硼组合单元去除固悬、钙镁、残余硼,氧化絮凝沉淀过程优化工艺条件：H₂O₂用量0.1%,Na₂CO₃加量1 410 mg/L,调节pH至10,PAC加量500 mg/L,PVA加量300 mg/L,PAM加量7.5 mg/L,沉淀30 min;过滤后进行树脂除硼,除硼过程优化工艺条件：调节pH值为9,过滤体积为800 mL,在25℃、150 r/min转速下振荡20 min。处理结果满足压裂返排液重新配液的要求。     

单过硫酸氢钾预氧化-铁盐混凝体系降解水中有机物的特性研究

研究单过硫酸氢钾(PMS)预氧化-铁盐(硫酸铁/亚铁)混凝体系在不同PMS浓度、不同混凝剂种类及浓度、不同混凝沉淀时间等条件下最佳的降解效果，并利用湿法氧化(过硫酸盐)-非色散红外探测(NDIR)方法分析水中TOC降解率与不同反应条件的关系。在PMS浓度从200μmol/L增加至800μmol/L时，PMS-Fe²⁺/Fe³⁺混凝体系对TOC的去除率分别由9.08%和14.92%增至38.86%和41.78%。Fe²⁺/Fe³⁺浓度从200μmol/L增加至800μmol/L时，PMS-Fe²⁺/Fe³⁺混凝体系对TOC的去除率分别由6.68%和8.27%增至26.86%和38.22%。反应时间从1 h增加至2.5 h, PMS-Fe²⁺/Fe³⁺混凝体系的TOC去除率分别只增加了2.45%和2.72%。结果表明，不同的PMS浓度、不同混凝剂种类及浓度、不同混凝沉淀时间等条件下混凝体系TOC降解率存在差异，PMS...     

混凝-二次氧化工艺处理压裂返排废液的研究

针对压裂返排产生的返排液COD严重超标,若不妥善处理将严重破坏环境的问题,采用混凝-二次氧化联合工艺处理压裂返排废液。通过试验对比,采用2 000 mg/L的试剂P与1 000 mg/L的试剂PA复配使用作为絮凝剂,以投加量50 mg/L、相对分子质量1 200万的试剂M为助凝剂,进行混凝处理;一次氧化采用氧化剂N,投加量为2 500 mg/L,氧化时间40 min;二次深度氧化采用Fenton试剂,通过正交试验确定p H值为3,H2O2与Fe2+投加量分别为0.2 mol/L、0.075 mol/L,氧化时间45 min。3个阶段的COD去除率分别为23.8%,41.3%,31.0%,总去除率为96.1%,废液COD由2 241 mg/L降至87.4 mg/L。     

Fe~(2+)/PMS法处理模拟次甲基蓝废水的研究

针对印染废水具有致癌、致畸和致突变性,急需经济高效的处理技术,结合基于SO_4^-·高级氧化技术可高效氧化难降解有机污染物的特点,以模拟次甲基蓝印染废水作为目标污染物,采用Fe-·高级氧化技术可高效氧化难降解有机污染物的特点,以模拟次甲基蓝印染废水作为目标污染物,采用Fe⁽²⁺⁾/PMS类芬顿体系,考察了初始MB浓度、初始PMS浓度、初始Fe(2+)/PMS类芬顿体系,考察了初始MB浓度、初始PMS浓度、初始Fe⁽²⁺⁾浓度、初始溶液pH值对MB脱色效率的影响。结果表明,Fe(2+)浓度、初始溶液pH值对MB脱色效率的影响。结果表明,Fe⁽²⁺⁾活化PMS的速率较快,氧化MB脱色可分为两个阶段,快速反应阶段和慢速反应阶段,在快速反应阶段内生成大量的SO_4(2+)活化PMS的速率较快,氧化MB脱色可分为两个阶段,快速反应阶段和慢速反应阶段,在快速反应阶段内生成大量的SO_4^-·,有利于MB的快速脱色。该体系氧化MB的最佳Fe(Ⅱ)/PMS摩尔比为1.25∶1,最佳反应pH值为3.0,MB脱色效率与MB初始浓度成反比,与PMS初始浓度成正比,Fe-·,有利于MB的快速脱色。该体系氧化MB的最佳Fe(Ⅱ)/PMS摩尔比为1.25∶1,最佳反应pH值为3.0,MB脱色效率与MB初始浓度成反比,与PMS初始浓度成正比,Fe⁽²⁺⁾/PMS体系主要产生的活性物种为SO_4(2+)/PMS体系主要产生的活性物种为SO_4^-·。研究结果可为以次甲基蓝为代表印染废水高效氧化提供一定的理论依据及技术支持。     

压裂返排液高效回用处理技术研究与应用

系统分析了四川地区不同页岩气压裂返排液的水质情况,明确了返排液中超出回用水质标准的关键指标,通过室内实验系统研究不同工艺对压裂返排液的处理效果,提出了能适应不同水质返排液的回用处理技术,并在现场开展应用。研究结果表明,返排液经软化-混凝-絮凝-杀菌处理后出水达到回用水质标准,其最优条件为：升高pH至10,混凝剂投加量(Y₁)满足Y₁=0.46X₁+39(X₁为混凝前悬浮物浓度),絮凝剂投加量(Y₂)满足Y₂=0.004 1X₂-0.9(X₂为絮凝前悬浮物浓度),杀菌剂投加量、杀菌pH和时间分别为200 mg/L、6和30 min。根据最优条件制造了能自动加药的回用处理装置。应用结果表明,自动加药处理出水水质比手动加药的出水水质更优且能达到回用水质标准,其药剂费比手动加药低35%,自动加药处理出水配成的滑溜水性能优于原水及手动加药处理出水配成的滑溜水性能,且能达到滑溜水性能要求。     

压裂返排液环保处理技术研究

针对某油田现场压裂返排液经过氧化破胶处理后仍含有较多有机污染物、悬浮物和油类物质的问题,提出了电解催化氧化-混凝沉降的联合处理技术,并优化了相关的工艺参数。电解催化氧化处理的最优工艺参数为氧化电压12 V,反应时间50 min,溶液pH=10,搅拌速率500 r/min。混凝沉降处理的最优工艺参数为选择复合混凝剂FHN-1,加量(ρ)优选3 000 mg/L。现场压裂返排液经过电解催化氧化-混凝沉降联合处理后,其COD值可以降至35.6 mg/L,悬浮物含量(ρ)降至3.4 mg/L,含油量(ρ)降至1.5 mg/L,达到了一级排放标准的要求。     

低浓度瓜胶压裂返排液重复再利用室内研究

为实现致密砂岩气压裂用低浓度瓜胶压裂返排液的重复再利用，开展了絮凝剂优选、返排液动态除硼及处理后返排液配制压裂液性能优化研究。实验结果表明，絮凝剂PFS和CPAM的最优用量分别为1200mg·L^-1、1mg·L^-1，除硼树脂对硼的单位吸附量为8.41mg·g^-1；基液中不加pH调节剂的配液模式可适当降低除硼的要求，硼质量浓度为4.46mg·L^-1以下即可满足重复配液的要求；处理后返排液水样所配制的HPG压裂液与自来水配制的压裂液性能相当，能够完全满足现场压裂液配制及使用要求。     

用于压裂返排液超支化交联剂的合成及其性能评价

以聚乙烯亚胺、乙二醇、多元醇、硼砂为主要原料合成超支化聚氨基硼和四乙烯五胺硼酸酯交联剂,并对产物进行结构表征及压裂返排液重复配液性能测试。将0.35%羟丙基胍胶溶液与合成的聚超支化氨基硼交联剂以100∶0.4交联比交联,形成的压裂液冻胶体系在7 min左右达到压裂液黏度要求,在80℃、170 s^-1连续剪切70 min时压裂液黏度在100 mPa·s左右,满足行业标准要求(黏度>50 mPa·s)。对此过程进行破胶,破胶液黏度最终为3.2 mPa·s,破胶液中的残渣浓度为198 mg/L。与之相比,四乙烯五胺硼酸酯交联剂体系不能满足返排液的配液要求。用破胶后的压裂返排液再次进行配液,将温度设置到80℃、170 s^-1不间断剪切70 min,将压裂液中的黏度调整至50 mPa·s以上,破胶液黏度为3.4 mPa·s。该交联剂使压裂返排液能重复利用。这对节约水资源、降低环境污染具有广阔的工业化前景。     

页岩气压裂返排液电絮凝处理技术研究

采用电絮凝技术对页岩气压裂返排液进行处理,考察了各操作条件对页岩气压裂返排液处理效果的影响,确定了电絮凝处理的最佳实验条件:阴阳极材料均为铝板,电流密度10.0 m A/cm2,极板间距3 cm,反应时间60 min,p H=7。电絮凝工艺对低浓度页岩气压裂返排液具有较良好的处理效果,可望成为页岩气压裂返排液达标排放组合工艺的重要单元。