[發明專利]壓裂返排液處理裝置及方法

在審

• 申請號: 201610133355.7
• 申請日: 2016-03-09
• 公開（公告）號: CN107176731A
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發明（設計）人: 李宏偉;李懷印;呂成遠;倫增珉;潘偉義;王海濤
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油勘探開發研究院
• 主分類號: C02F9/08
• 分類號: C02F9/08
• 代理公司: 北京思創畢升專利事務所11218
• 代理人: 孫向民,廉莉莉

技術領域

本公開涉及油氣勘探開發領域的工業廢水處理方法，特別涉及一種壓裂返排液處理裝置及方法。

背景技術

壓裂是低滲透油氣井和頁巖氣井投產前的必要工序，目前應用最廣泛的壓裂為水力壓裂，即用水配制壓裂液作為工作流體完成壓裂過程。壓裂完成后、油井正式投產前需要將壓入地層的部分壓裂液連同地層流體排出，這些壓裂后返排出來的流體稱為壓裂返排液。

壓裂返排液的顯著特征是礦化度高、硬度高、粘度高、懸浮固體多、化學藥劑成分復雜、COD高、體系穩定。壓裂返排液的組成十分復雜，既有配制壓裂液時加入的多種化學藥劑及支撐劑，包括減阻劑、交聯劑、凝膠、表面活性劑、阻垢劑、緩釋劑、殺菌劑及各種無機鹽、石英砂或人工陶粒等，占大約4％的體積，還有地層中帶出的地層水、礦物油、礦物顆粒、細菌等。因此，壓裂返排液是一種極難處理的工業廢水，基于達標排放的處理工藝復雜、成本高、潛在風險大，而回注地層的處置同樣存在巨大的環境風險和高昂的成本問題。尤其值得關注的是，規模開發地區的大批量鉆井、壓裂對水的需求量特別大，往往超出區域的水資源極限，成為頁巖氣開發的制約因素。另外一方面，壓裂返排液中含有大量有機化學品，對排放環境(無論是地表還是地層)都構成環境風險，對其進行妥善處理、處置，是低滲透、頁巖油氣田成功開發的關鍵。

目前基于達標排放目的的處理工藝主要包括物理化學方法、電化學方法和少量生物技術方法，效果欠佳，處理費用高且難以把握，國外常用的處置手段 是經過簡單處理后異地回灌干層(無效回注)，成本較高，而且造成水資源和返排液體系中昂貴化學助劑的浪費。國外已有嘗試將壓裂返排液處理后重復配制壓裂液的應用，取得了一定效果，但還不是很普遍，國內在這一領域基本處于研究階段，技術、方法還不多，也不成熟。壓裂返排液組分的復雜性以及壓裂返排液性質的獨特性，決定了其處理的難度更大，尤其當處理后再用于配制壓裂液時還需要有針對性地去除有可能影響壓裂液性能的物質，保留有用物質，因此極具有挑戰性。

目前國內外已有文獻和專利涉及壓裂返排液的處理技術。在國內，CN104310628A(發明名稱“一種水基壓裂返排液再利用方法”)采用臭氧氧化、絮凝沉淀和過濾吸附處理工藝，CN104150647A(發明名稱“一種壓裂返排液回用處理工藝”)采用除油劑除油、溶氣氣浮、化學沉淀軟化、多介質過濾、濾芯精細過濾工藝，CN104176881A(發明名稱“一種壓裂返排液達標排放及復配壓裂液的處理工藝”)采用預處理、除SS、二級降解COD、深度降解COD、去離子工藝；非專利文獻《紅河油田壓裂返排液回用技術研究》采用絮凝沉淀預處理、誘導化學定位除雜、除垢工藝，《壓裂返排液回收再利用技術的研究與應用》和《硼交聯羥丙基瓜爾膠壓裂液回收再用可行性研究》均論證了壓裂返排液處理后再配壓裂液的可行性，但未介紹處理工藝。

國外文獻中，《Recycle of produced and flowback water in Eagle Ford Shale Texas picks up momentum with Omni Water Solutions and Dow Water and Process Solutions》介紹了陶氏公司等發明的移動式壓裂返排液處理裝置，其采用了陶氏公司最擅長的超濾、反滲透膜技術，處理水能夠滿足再配壓裂液需要，該裝置的主要缺點是核心處理單元技術復雜，所需前處理單元流程長，處理費用與處理標準總體偏高，不適合中國直接采用；《Cost Effective Recovery of Low-TDS Frac Flowback Water for Re-use》采用預處理加膜處理部分去除TDS的方法，處理水能滿足再配壓裂液需要，其主要缺點是處理目標主要針對的是水中離子成分，返排液中的其它污染物成分還要靠其它處理單元，而且其膜處理單元采用 反滲透(RO)，是一種最高級別的膜處理技術，一次投資和運行費用高、現場操作復雜；《TREATMENT OPTIONS FOR REUSE OF FRAC FLOWBACK AND PRODUCED WATER FROM SHALE》介紹了基于再配壓裂液的處理目標是：總懸浮固體(TSS)、總溶解固體(TDS)、細菌、硬度、油脂，但是其并未披露具體的技術細節。

發明內容

本公開的目的是在深刻理解我國頁巖氣開發區壓裂返排液性質和構成的基礎上，將返排液中不利于重復用于配制壓裂液的物質有針對性地高效去除，最大限度地保留有用物質，實現水資源和有用化學助劑的全部回收利用，分離出來的污染物高度濃縮后進行無害化處理，降低處理費用，達到資源節約、環境友好的目的。