[發明專利]一種頁巖氣壓裂返排液達標外排處理工藝方法及其系統

有效

• 申請號: 202110371241.7
• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN113087295B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 楊杰;李靜;林冬;向啟貴;王興睿;王越;胡金燕;趙靚
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: C02F9/14
• 分類號: C02F9/14;C02F103/10
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產權代理有限公司 51230
• 代理人: 張串串

1.一種頁巖氣壓裂返排液達標外排處理工藝方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1、使壓裂返排液進入氣浮單元，向返排液中通入空氣，形成的氣泡能把密度低于返排液的石油帶到液面上方，以及將返排液中的二價鐵離子氧化成三價鐵不溶物，并通過氣泡帶到返排液液面上方，最終形成浮渣通過刮泥板刮掉去除，然后向氣浮單元中加入濃度為2～8mg/L的殺菌劑用以去除壓裂返排液中的硫酸鹽還原菌，腐生菌或鐵菌；

步驟2、氣浮單元中的上清液進入有效軟化單元，向有效軟化單元加入NaOH并進行機械攪拌，機械攪拌的速度梯度為80～120s^{- 1}，水力停留時間為10～15min，以調節壓裂返排液的pH值至10～11.5，使返排液中的鎂離子形成Mg(OH)₂沉淀；然后向有效軟化單元中加入含量為壓裂返排液中鈣硬度0.9～1.1倍的Na₂CO₃并進行機械攪拌，機械攪拌的速度梯度為80～120s^{- 1}，水力停留時間為10～15min，使得鈣離子形成CaCO₃沉降；

步驟3、有效軟化單元中的上清液進入有效混凝沉降單元以降低壓裂返排液的濁度，首先向有效混凝沉降單元中加入混凝劑，使返排液中的小顆粒物質通過架橋、電中和形成大顆粒物質，加入混凝劑后進行機械攪拌，機械攪拌的速度梯度為250～400s^{- 1}，水力停留時間為10～15min，混凝劑投加量Ymg/L與壓裂返排液的濁度X NTU之間滿足：Y＝0.58X+94.7；

然后向有效混凝沉降單元中加入絮凝劑分子量為800～1200萬的絮凝劑，使大顆粒物質通過電中和、架橋形成大絮體，加入絮凝劑后進行機械攪拌，機械攪拌的速度梯度為30～50s^{- 1}，水力停留時間為10～15min；絮凝劑的投加量Zmg/L與壓裂返排液的濁度X NTU之間滿足：Z＝0.034X- 0.017；

然后對經過絮凝的壓裂返排液進行靜置沉淀，沉淀時間為20～30min；

步驟4、有效混凝沉降單元中的上清液進入活性炭顆粒吸附單元，向活性炭顆粒吸附單元中投加濃度為200～500mg/L的活性炭并進行機械攪拌，機械攪拌的速度梯度為50～100s^{- 1}，攪拌時間5～8min，攪拌后沉降時間10～20min，通過活性炭吸附進一步去除壓裂返排液中的懸浮物和小顆粒；

步驟5、活性炭顆粒吸附單元中的上清液進入超濾單元，通過超濾單元中的超濾膜對壓裂返排液進行過濾；然后向超濾膜出水中加入HCl將壓裂返排液的pH值調節至6.5～7.5；然后向超濾膜出水中加入亞硫酸氫鈉將超濾膜出水的ORP調節至- 100mv～+100mv之間；然后向超濾膜出水中加入20～40mg/L的含磷類阻垢劑；

步驟6、超濾單元出水進入反滲透單元，通過反滲透單元中的反滲透膜對壓裂返排液進行脫鹽處理得到反滲透淡水和反滲透濃水；反滲透濃水進入機械蒸汽再壓縮蒸發器進行蒸發結晶，并采用離心機對結晶鹽進行離心分離，離心機的轉速為2000rpm。

2.根據權利要求1所述的一種頁巖氣壓裂返排液達標外排處理工藝方法，其特征在于，步驟1中，氣浮單元中的空氣容量為壓裂返排液進水量的2～5％，水力停留時間為8～15min；所述殺菌劑為NaClO。

3.根據權利要求1所述的一種頁巖氣壓裂返排液達標外排處理工藝方法，其特征在于，步驟5中，活性炭顆粒的平均孔徑為2～3nm，碘值為700～1100mg/g。

4.根據權利要求1所述的一種頁巖氣壓裂返排液達標外排處理工藝方法，其特征在于，步驟3中混凝劑為聚合氯化鋁；絮凝劑為陰離子聚丙烯酰胺，分子量為800～1500萬。

5.根據權利要求1所述的一種頁巖氣壓裂返排液達標外排處理工藝方法，其特征在于，步驟5中，超濾膜為中空纖維式死端過濾，過濾孔徑為0.01～0.03μm。

6.根據權利要求1所述的一種頁巖氣壓裂返排液達標外排處理工藝方法，其特征在于，步驟5中，含磷類阻垢劑包括無機含磷阻垢劑和/或有機含磷阻垢劑。

7.根據權利要求6所述的一種頁巖氣壓裂返排液達標外排處理工藝方法，其特征在于，所述無機含磷阻垢劑包括三聚磷酸鈉或六偏磷酸鈉；有機含磷阻垢劑包括羥基乙叉二膦酸或多氨基多醚基甲叉膦酸鹽。