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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

页岩气压裂返排废水的混凝处理效能研究

对页岩气压裂返排废水进行了混凝处理,研究了聚合氯化铝、硫酸亚铁等不同混凝剂对压裂返排废水COD的去除效果,考察了p H、混凝剂投加量和助凝剂投加量对COD去除率的影响。结果表明:在复配混凝剂为硫酸亚铁和聚合氯化铝(质量比为1∶1),混凝剂投加量为12 000 mg/L,p H为8.5,助凝剂投加量为10 mg/L的最佳混凝处理条件下,压裂返排废水的COD去除率为62.49%,出水COD由1 984.32 mg/L降至744.32 mg/L。     

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。     

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。     

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。     

海上压裂返排液处理设备小型化试制

为解决海上平台面积限制、逐渐推广成熟的海上大规模压裂产生的大量返排液处理需求、海域排放标准严格等问题,对现有的压裂返排液处理工艺进行优化,高效缩短了处理工序并试制了适合海上平台摆放的小型化压裂返排液处理设备。现场试验结果表明：整套设备占地面积100 m²,最大设备重量9.53 t,满足海上平台吊装能力。经过预处理、电絮凝、一级裂解、二级裂解、多介质过滤、超滤和RO膜过滤后,COD值由6 109 mg/L降到112 mg/L,满足海上生产水COD≤300 mg/L的排量标准。同时各设备具备独立的加药系统、电机系统,电磁流量计,取样口等,能根据返排的压裂液的COD值、处理平台面积进行组合使用。为后续海上大规模压裂提供技术保障。     

氧化絮凝-三维电极法处理页岩气返排液

采用以二氧化钛为粒子电极,铝板为阳极,钛板为阴极形成的三维电化学体系对经氧化絮凝预处理的页岩气返排液进行深度处理。通过单因素实验得到最佳频率、占空比及二氧化钛投加量。依据响应面分析结果预测的最佳工艺条件:pH=7.33,电流为58.01 m A,处理时间为39.44 min。在最佳工艺条件下,模型预测COD去除率为92.3%,与实际值误差为1.4%。采用氧化絮凝-三维电极法处理页岩气返排液,出水可达到排放标准要求。     

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。     

芬顿氧化深度处理实际印染废水研究

采用芬顿氧化作为深度处理工艺处理实际印染废水,对芬顿氧化处理实际印染废水的工艺条件(pH、硫酸亚铁投加量、过氧化氢投加量、反应时间等)进行实验研究,并计算成本进行优化比选。结果表明,选择pH=3.5、硫酸亚铁投加量0.15 g/L、30%过氧化氢投加量0.26 mL/L、30%氢氧化钠投加量0.24 mL/L、PAM投加量1 mg/L的工艺条件时,出水COD平均值为22.8 mg/L,COD去除率可达67.5%,药剂成本最低,为0.98元/m³。     

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%。     

压裂返排液处理现状及难点研究

针对压裂返排液处理难点在于高含量盐类物质和COD去除这种情况,总结了国内外的处理现状,建议将各类盐类物质含量及总盐量加入我国水质标准中,并应将多方向回用优先于外排作为处置手段考虑。为探索高效去除COD的工艺,对以蒸馏为主体的脱盐、降COD处理工艺组合进行了研究,活性炭吸附、树脂吸附、陶瓷膜过滤、臭氧氧化4种预处理方法中以臭氧氧化的效果最好。活性炭填料臭氧处理后蒸馏的出水COD为73 mg/L,去除率高达74.4%,已非常接近外排达标限值60 mg/L,可用清水稍加稀释后外排或回用于农业灌溉。     

混凝预处理油田压裂返排液试验研究

针对压裂返排液水质状况,试验采用混凝工艺预处理压裂返排液。通过单因素变量分析及正交混凝试验,以COD和浊度作为混凝效果的参照指标,试验确定了最佳的混凝工艺:絮凝剂投加量450 mg/L,助凝剂投加量5.0 mg/L,静置时间80 min。其产水浊度、COD及浊度去除率分别达到99.9%、86.5%和87.9%,且产水水质稳定。     

稠化酸酸化返排液处理方法研究

陕北某气井稠化酸返排液具有pH低、腐蚀性强、矿化度高、SS含量高、Ca⁽²⁺⁾含量高和低透光率的特征。分析了稠化酸返排液的水质组成性质,采用提高返排液p H以降低Ca(2+)含量高和低透光率的特征。分析了稠化酸返排液的水质组成性质,采用提高返排液p H以降低Ca⁽²⁺⁾含量,再通过絮凝沉降除去SS,并预测处理后酸化返排液与注入水按不同比例混合后的结垢趋势。结果表明,在调节酸化废液pH为11.0,PAC投加量为500 mg/L,PAM投加量为30 mg/L时,处理水上清液的透光率可达到98.5%。在30(2+)含量,再通过絮凝沉降除去SS,并预测处理后酸化返排液与注入水按不同比例混合后的结垢趋势。结果表明,在调节酸化废液pH为11.0,PAC投加量为500 mg/L,PAM投加量为30 mg/L时,处理水上清液的透光率可达到98.5%。在30⁸0℃下,处理后稠化酸返排液与注入水按照不同体积比混合均无碳酸钙和硫酸钙结垢趋势。混合后可降低界面张力,有利于提高注入水驱油效率。     

消泡-吸收法处理酸化返排液技术研究及应用

酸化返排液中伴有大量氯化氢及泡沫,现场处理难度较大。采用消泡、填料塔吸收、碱液喷淋中和等技术对其处理,开展了吸收塔设计选型,优化了喷淋时间、喷淋量等工艺参数,并针对返排液泡沫量大等问题进行了消泡剂优选、消泡反应时间优化等。研究表明：当GX-2消泡剂用量为125 mg/L,反应时间为1.4 min,碱液喷淋时间为1.2 min,喷淋量为7.5 m³/h时,处理效果较好。现场试验结果表明：当酸化返排液中氯化氢含量为300～720 mg/m³时,可调节消泡剂用量为100～125 mg/L,喷淋量为6.5～9.5 m³/h,处理后酸化返排液中氯化氢含量降低至5.7 mg/m³以下,处理效果较好。该技术在现场完成了14 000 m³酸液处理,处理后液体回用率为95%,具有良好的环保效应。     

臭氧氧化/脱硫水处理剂组合工艺预处理硫双灭多威生产废水

采用臭氧氧化/脱硫水处理剂组合工艺预处理硫双灭多威废水，探讨了臭氧投加量、脱硫水处理剂投加量、絮凝反应时间、复合碱投加量等对COD的去除率和除硫效果的影响。优化条件为，当臭氧投加量为20 g/m³，脱硫剂投加量为50 g/L，絮凝反应时间为4 h，复合碱投加量为8 g时，COD的去除率达74.8%,B/C比提高至0.43，废水可生化性大幅提高。     

稠化酸返排液回注处理方法与腐蚀结垢性研究

针对陕北某油井稠化酸返排液具有p H值低、SS含量和含油量高、颗粒大、透光率低、Fe2+含量高、腐蚀性强等特点,采用氧化除铁-絮凝-砂滤工艺进行处理,将处理后稠化酸返排液与注入水、地层水按不同体积比掺混,对3种不同处理阶段水样的配伍性进行评价。结果表明:调节p H值至7.5左右,Na Cl O氧化除铁效果较好,适宜投加量为40 mg/L;絮凝-砂滤处理氧化后的稠化酸返排液,当PAC投加量为500 mg/L、CPAM投加量为1.5 mg/L、加药间隔时间为10 s、搅拌时间为5 min时,稠化酸返排液透光率为99.1%,SS的质量浓度为0.5 mg/L,油的质量浓度为1.2 mg/L,Fe~(2+)的质量浓度与腐蚀速率分别降为0.14 mg/L和0.026 3 mm/a,粒径中值为0.52μm,水质符合SY/T 5329—2012《碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法》中的油田回注水标准,处理后稠化酸返排液和注入水、地层水按不同体积比混合,混合水水质稳定,配伍性良好,无结垢趋势。