[发明专利]压裂返排液处理装置及方法

说明书

技术领域

本公开涉及油气勘探开发领域的工业废水处理方法，特别涉及一种压裂返排液处理装置及方法。

背景技术

压裂是低渗透油气井和页岩气井投产前的必要工序，目前应用最广泛的压裂为水力压裂，即用水配制压裂液作为工作流体完成压裂过程。压裂完成后、油井正式投产前需要将压入地层的部分压裂液连同地层流体排出，这些压裂后返排出来的流体称为压裂返排液。

压裂返排液的显著特征是矿化度高、硬度高、粘度高、悬浮固体多、化学药剂成分复杂、COD高、体系稳定。压裂返排液的组成十分复杂，既有配制压裂液时加入的多种化学药剂及支撑剂，包括减阻剂、交联剂、凝胶、表面活性剂、阻垢剂、缓释剂、杀菌剂及各种无机盐、石英砂或人工陶粒等，占大约4％的体积，还有地层中带出的地层水、矿物油、矿物颗粒、细菌等。因此，压裂返排液是一种极难处理的工业废水，基于达标排放的处理工艺复杂、成本高、潜在风险大，而回注地层的处置同样存在巨大的环境风险和高昂的成本问题。尤其值得关注的是，规模开发地区的大批量钻井、压裂对水的需求量特别大，往往超出区域的水资源极限，成为页岩气开发的制约因素。另外一方面，压裂返排液中含有大量有机化学品，对排放环境(无论是地表还是地层)都构成环境风险，对其进行妥善处理、处置，是低渗透、页岩油气田成功开发的关键。

目前基于达标排放目的的处理工艺主要包括物理化学方法、电化学方法和少量生物技术方法，效果欠佳，处理费用高且难以把握，国外常用的处置手段 是经过简单处理后异地回灌干层(无效回注)，成本较高，而且造成水资源和返排液体系中昂贵化学助剂的浪费。国外已有尝试将压裂返排液处理后重复配制压裂液的应用，取得了一定效果，但还不是很普遍，国内在这一领域基本处于研究阶段，技术、方法还不多，也不成熟。压裂返排液组分的复杂性以及压裂返排液性质的独特性，决定了其处理的难度更大，尤其当处理后再用于配制压裂液时还需要有针对性地去除有可能影响压裂液性能的物质，保留有用物质，因此极具有挑战性。

目前国内外已有文献和专利涉及压裂返排液的处理技术。在国内，CN104310628A(发明名称“一种水基压裂返排液再利用方法”)采用臭氧氧化、絮凝沉淀和过滤吸附处理工艺，CN104150647A(发明名称“一种压裂返排液回用处理工艺”)采用除油剂除油、溶气气浮、化学沉淀软化、多介质过滤、滤芯精细过滤工艺，CN104176881A(发明名称“一种压裂返排液达标排放及复配压裂液的处理工艺”)采用预处理、除SS、二级降解COD、深度降解COD、去离子工艺；非专利文献《红河油田压裂返排液回用技术研究》采用絮凝沉淀预处理、诱导化学定位除杂、除垢工艺，《压裂返排液回收再利用技术的研究与应用》和《硼交联羟丙基瓜尔胶压裂液回收再用可行性研究》均论证了压裂返排液处理后再配压裂液的可行性，但未介绍处理工艺。

国外文献中，《Recycle of produced and flowback water in Eagle Ford Shale Texas picks up momentum with Omni Water Solutions and Dow Water and Process Solutions》介绍了陶氏公司等发明的移动式压裂返排液处理装置，其采用了陶氏公司最擅长的超滤、反渗透膜技术，处理水能够满足再配压裂液需要，该装置的主要缺点是核心处理单元技术复杂，所需前处理单元流程长，处理费用与处理标准总体偏高，不适合中国直接采用；《Cost Effective Recovery of Low-TDS Frac Flowback Water for Re-use》采用预处理加膜处理部分去除TDS的方法，处理水能满足再配压裂液需要，其主要缺点是处理目标主要针对的是水中离子成分，返排液中的其它污染物成分还要靠其它处理单元，而且其膜处理单元采用 反渗透(RO)，是一种最高级别的膜处理技术，一次投资和运行费用高、现场操作复杂；《TREATMENT OPTIONS FOR REUSE OF FRAC FLOWBACK AND PRODUCED WATER FROM SHALE》介绍了基于再配压裂液的处理目标是：总悬浮固体(TSS)、总溶解固体(TDS)、细菌、硬度、油脂，但是其并未披露具体的技术细节。

发明内容

本公开的目的是在深刻理解我国页岩气开发区压裂返排液性质和构成的基础上，将返排液中不利于重复用于配制压裂液的物质有针对性地高效去除，最大限度地保留有用物质，实现水资源和有用化学助剂的全部回收利用，分离出来的污染物高度浓缩后进行无害化处理，降低处理费用，达到资源节约、环境友好的目的。