一種水基壓裂返排液再利用方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種水基壓裂返排液再利用方法，屬于非常規(guī)油氣藏資源開采中產(chǎn)生的水基壓裂返排液的循環(huán)利用技術，特別是油氣田廢水回用處理【技術領域】。水基壓裂返排液的混合廢液經(jīng)過臭氧氧化、絮凝沉淀處理和過濾吸附處理去除廢水中有害組分，其出水可實現(xiàn)配制非常規(guī)油氣井常用的滑溜水、線性膠和凍膠壓裂液的目的；工藝簡單，連續(xù)操作、快速高效，實現(xiàn)了壓裂返排液的重復回用，節(jié)省了水資源。
【專利說明】一種水基壓裂返排液再利用方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種水基壓裂返排液再利用方法，是一種非常規(guī)油氣藏資源開采中產(chǎn) 生的水基壓裂返排液的混合廢液的再利用技術，屬于油氣田廢水回用處理【技術領域】。

【背景技術】
[0002] 壓裂是油氣井增產(chǎn)的重要措施之一，壓裂液一般分為水基、油基和多相壓裂液三 大類，水基壓裂液最為常用。非常規(guī)油氣藏井壓裂與常規(guī)油氣井壓裂有較大的區(qū)別，主要是 水平井一般采用多級分段、高排量和超大液量的壓裂模式，因此單井壓裂返排液液量是常 規(guī)壓裂的十倍甚至十幾倍。這種返排液含有懸浮物、石油類、重金屬離子和細菌等，是一種 污染性很強的廢水，不處理直接回注或者回用配制壓裂液存在傷害地層和污染地下水資源 的安全隱患。這種非常規(guī)壓裂施工模式的廣泛應用，不僅需要消耗大量的新鮮水配置壓裂 液，另一方面又會產(chǎn)生大量的污染性極強的壓裂返排液；而大部分非常規(guī)油氣藏井分布在 水資源缺乏的山區(qū)，山路崎嶇，新鮮水供給難度大，結合目前非常規(guī)油氣藏叢式井組的整體 作業(yè)，因此壓裂返排液的再利用處理具有重要意義。
[0003] 目前關于壓裂返排液處理，一般以達標外排或油田注水處理為主，以再利用為目 的的工藝或裝置資料較少。專利申請201110401452. 7公開了一種頁巖氣藏速溶回收滑溜 水的方法，這種方法只限于滑溜水壓裂返排液的處理，而且處理后凈化水限于配制滑溜水。 專利申請201210381905. 9公開了一種油田水平井壓裂廢水處理及資源化利用方法，利用 過氧化氫預氧化處理，硅藻土、聚合氯化鋁、聚丙烯酰胺進行混凝處理，再進行臭氧氧化或 光催化氧化聯(lián)合作用，再經(jīng)過多級微濾膜過濾并采用檸檬酸調(diào)節(jié)酸堿度為中性，出水可用 于配制壓裂液。專利申請?zhí)枮?01310021055. 6公開了一種陸相頁巖氣井壓裂作業(yè)廢液的 處理方法，利用PH調(diào)節(jié)、氧化降粘、絮凝沉降、固液分離和活性碳吸附過濾五個步驟進行， 處理后的水能夠再利用配制壓裂液或回注地層。后兩項專利因為所有處理工藝沒有針對返 排液中的有害離子設置處理工藝進行去除，所以對于非常規(guī)油氣藏井不同壓裂施工層段中 應用的高分子線性膠、凍膠壓裂液返排出的混合返排液，無法實現(xiàn)再回用；也均未明確指出 處理后的水具體能夠配制哪一種類型的壓裂液；并且，這兩種方法均涉及到了化學氧化劑 的使用，在現(xiàn)場返排液處理操作中，稍有不當，遺留的過量氧化劑成分會使處理后的水配成 的壓裂液較難起粘，以至于無法配制出滿足現(xiàn)場施工工藝要求的壓裂液。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于解決了現(xiàn)有技術只局限于滑溜水壓裂返排液的再利用技術問 題，同時還解決了處理后水質只能回用于滑溜水配制的技術問題，提供一種非常規(guī)油氣井 水基壓裂返排液混合液的再利用方法。
[0005] 本發(fā)明通過以下步驟實現(xiàn)：
[0006] 1、臭氧氧化處理：將壓裂返排液進行油水分離后的廢水，調(diào)節(jié)pH = 8?10,臭氧 濃度為30?40mg/L，通入臭氧反應器中快速反應10?30min ;
[0007] 2、絮凝沉淀處理：在經(jīng)步驟1氧化處理后的廢水中，加入混凝劑和沉淀劑，混合攪 拌5?lOmin，加入聚丙酰胺進行絮凝、沉降并過濾；
[0008] 3、吸附處理：將經(jīng)步驟2處理后的過濾水，緩慢流入吸附樹脂柱中進行吸附，吸附 處理條件為：流速保持在3?8mL/min，反應時間為10?40min，pH = 7. O?9. O ;
[0009] 4、壓裂液配制：收集出水并分析水質的懸浮物、含油量、COD、硬度、總鐵和硼含量， 根據(jù)水質性質配制滑溜水壓裂液、線性膠壓裂液和凍膠壓裂液。
[0010] 4. 1、滑溜水壓裂液的配制：收集經(jīng)步驟2所得的過濾出水，當懸浮物、含油量和總 鐵分別都在l〇mg/L以下時，先調(diào)節(jié)凈化水pH值為7,按步驟2所得的過濾出水的質量百分 比依次加入降阻劑〇· 05?0· 2 %，攪拌3?5min待充分溶脹后，加入氟碳表面活性劑0· 1? 0. 5%和粘土穩(wěn)定劑0. 2?2%，混合均勻即可。
[0011] 4. 2、線性膠壓裂液的配制：收集經(jīng)步驟3的吸附出水，收集吸附出水并分析，當懸 浮物、含油量、C0D、硬度、總鐵和硼含量分別在10mg/L、10mg/L、1000mg/L、800mg/L、10mg/L、 lmg/L以下時，先調(diào)節(jié)凈化水pH為7,按步驟3的吸附出水的質量百分比依次加入稠化劑 0. 3?0. 6%，攪拌6?12min待充分溶脹后，再加入氟碳表面活性劑0. 1?0. 5%、粘土穩(wěn) 定劑0. 2?2%，混合均勻即可。
[0012] 4. 3、凍膠壓裂液的配制：收集步驟3所得的吸附出水，按照4. 2線性膠的配制方法 配制后，再加入交聯(lián)劑〇. 1?〇. 6%混合均勻，即為凍膠。
[0013] 所述的混凝劑是PAC、PFS或PAFC中的一種，其加量為1?5kg/m3 ;所述的沉淀劑 為碳酸鈉或氫氧化鈉中的一種或兩種，其用量按照油水分離后的廢水的鈣鎂離子化學反應 計量的1.0?1.3倍加入。
[0014] 所述的吸附樹脂為螯合樹脂，具體指N-甲基葡萄糖胺基螯合樹脂。
[0015] 所述的降阻劑為PAM、HPAM或MPAM中的一種。
[0016] 所述的稠化劑為HPG或丙烯酰胺類聚合物中的一種。
[0017] 所述的粘土穩(wěn)定劑為KCl或陽離子季銨鹽類。
[0018] 所述的交聯(lián)劑為硼、鋯的無機或有機化合物。
[0019] 本發(fā)明的有益效果是：
[0020] 采用臭氧氧化殺菌降粘，與單純依靠加入化學處理藥劑氧化返排液的方法比較， 減緩了溶解性干擾離子的介入。
[0021] 本發(fā)明可再利用多種類型的水基壓裂返排液，包括頁巖氣井以滑溜水為主的壓裂 返排液，致密砂巖油井以凍膠為主的壓裂返排液，或者是油氣井的壓裂返排液的混合液，擴 大了非常規(guī)油氣藏壓裂返排液的再回用的范圍，提高了壓裂返排液回收率。
[0022] 經(jīng)本發(fā)明處理后的水可用于滑溜水、線性膠和凍膠壓裂液的配制，配制壓裂液種 類實現(xiàn)了最大化，擴大了廢水的利用范圍，提高了壓裂返排液的利用率。

【具體實施方式】
[0023] 實施例以中原油田單井的水基壓裂返排液的混合液經(jīng)過油水分離后的廢水處理 為例，其中，2 口致密砂巖油井的返排液，3 口頁巖氣井的返排液。
[0024] 實施例1
[0025] 將中原油田某致密砂巖油藏非常規(guī)油井壓裂（壓裂十段）返排液進行油水分離， 取分離后的出水10m3,分析污染物性質，其中懸浮物為1351mg/L，含油量為132mg/L，總鐵 為 26. 4mg/L，COD 為 286L 2mg/L，硬度為 3624mg/L，硼含量為 18. 36mg/L。調(diào)節(jié)水樣 pH = 10后泵入臭氧氧化反應器，臭氧濃度為30?40mg/L，反應30min后廢水進行絮凝沉淀處 理；攪拌下加入5kg/m 3的PAC，完全溶解后再加入沉淀劑（鈣離子化學反應計量的1. 3倍加 入碳酸鈉，鎂離子化學反應計量的1. 〇倍加入氫氧化鈉）并攪拌均勻，出現(xiàn)白色沉淀物，慢 速攪拌下加入聚丙酰胺溶液進行絮凝沉淀并過濾；再將過濾出水泵入吸附樹脂柱中進行吸 附處理，流速控制在3mL/min保持反應時間為40min，pH = 9. 0。
[0026] 壓裂返排液按照以上步驟處理后，配制壓裂液步驟如下：
[0027] 滑溜水壓裂液的配制：收集過濾出水IOm3并分析水質性質，其中懸浮物為 3. 34mg/L、含油量為I. 03mg/L，總鐵為0· 55mg/L。先調(diào)節(jié)凈化水pH值為7,按質量百分比依 次加入0. 05 % PAM，攪拌3?5min待充分溶脹后，加入0. 1 %氟碳表面活性劑和0. 2 % KCl， 混合均勻即可。
[0028] 線性膠壓裂液的配制：收集吸附出水10m3,其中懸浮物為3. 34mg/L、石油類為 I. 03mg/L，總鐵為 0· 55mg/L，COD 為 685mg/L，硬度為 232mg/L，硼含量為 0· 65mg/L。先調(diào)節(jié) 凈化水pH值為7,按質量百分比依次加入0. 45% HPG，攪拌6?12min待充分溶脹后，再加 入0. 1 %氟碳表面活性劑、1 % KC1，混合均勻即可。
[0029] 凍膠壓裂液的配制：收集吸附出水10m3,其中懸浮物為3. 34mg/L、石油類為 I. 03mg/L，總鐵為 0· 55mg/L，COD 為 685mg/L，硬度為 232mg/L，硼含量為 0· 65mg/L。先調(diào)節(jié) 凈化水pH為7,按質量百分比依次加入0. 45% HPG，攪拌6?12min待充分溶脹后，再加入 〇. 1 %氟碳表面活性劑、1 % KCl，最后再加入有機硼交聯(lián)劑0. 5 %，攪拌均勻形成凍膠壓裂 液。
[0030] 具體各個實施例的壓裂返排液油水分離后水質分析結果、壓裂返排液的水處理配 方、壓裂返排液處理后的水質性質、采用壓裂返排液處理后的凈化水配制壓裂液的配方、處 理后水配制壓裂液的性能測試結果分別一一對應表1?5。
[0031] 采用本發(fā)明方法再次配制的壓裂液，其中滑溜水評價標準參考非常規(guī)油氣藏現(xiàn)場 壓裂施工要求和《非常規(guī)油氣井壓裂液配制和返排液回收處理推薦作法》Q/SH 0444-2011 行業(yè)標準推薦指標，線性膠和凍膠壓裂液主要評價標準參考《水基壓裂液性能評價方法》 SY/T5107-2008〇
[0032] 表1壓裂返排液油水分離后水質分析結果（單位：mg/L)

【權利要求】
1. 一種水基壓裂返排液再利用方法，其特征在于：包含以下步驟： (1) 臭氧氧化處理：將壓裂返排液進行油水分離后的廢水，調(diào)節(jié)pH=8~10,臭氧濃度為 3(T40mg/L，通入臭氧反應器中快速反應l(T30min ; (2) 絮凝沉淀處理：在經(jīng)步驟（1)氧化處理后的廢水中，加入混凝劑和沉淀劑，混合攪 拌5~10min，加入聚丙酰胺溶液進行絮凝、沉降并過濾； (3) 吸附處理：將經(jīng)步驟（2)處理后的過濾水，緩慢流入吸附樹脂柱中進行吸附，吸附 處理條件為：流速保持在:T8mL/min，反應時間為l(T40min，pH=7. (T9. O ; (4) 壓裂液配制：收集出水并分析水質的懸浮物、含油量、COD、硬度、總鐵和硼含量，根 據(jù)水質性質配制滑溜水壓裂液、線性膠壓裂液和凍膠壓裂液。
2. 如權利要求1所述的一種水基壓裂返排液再利用方法，其特征在于：所述的根據(jù) 水質性質配制滑溜水壓裂液，其步驟為：收集經(jīng)步驟（2)所得的過濾出水，當懸浮物、含油 量、總鐵分別都在l〇mg/L以下時，先調(diào)節(jié)凈化水pH值為7,按質量百分比依次加入降阻 劑0. 05、. 2%，攪拌:T5min待充分溶脹后，加入氟碳表面活性劑0. 1~0. 5%和粘土穩(wěn)定劑 0. 2~2%，混合均勻即可。
3. 如權利要求1所述的一種水基壓裂返排液再利用方法，其特征在于：所述的根據(jù)水 質性質配制線性膠壓裂液，其步驟為：收集經(jīng)步驟（3)的吸附出水，收集吸附出水并分析， 當懸浮物、含油量、COD、硬度、總鐵和硼含量分別在IOmg/L、IOmg/L、1000mg/L、800mg/L、 10mg/L、lmg/L以下時，先調(diào)節(jié)凈化水pH為7,按質量百分比依次加入稠化劑0? 3~0. 6%，攪拌 6~12min待充分溶脹后，再加入氟碳表面活性劑0. 1~0. 5%、粘土穩(wěn)定劑0. 2~2%，混合均勻即 可。
4. 如權利要求1所述的一種水基壓裂返排液再利用方法，其特征在于：所述的根據(jù)水 質性質配制凍膠壓裂液，其步驟為：收集吸附出水，按照權利要求3配制線性膠的步驟配制 后，再加入交聯(lián)劑〇. 1~〇. 6%混合均勻，即為凍膠。
5. 如權利要求1所述的一種水基壓裂返排液再利用方法，其特征在于：所述的混凝劑 是PAC、PFS或PAFC中的一種，其加量為l~5kg/m 3 ;所述的沉淀劑為碳酸鈉或氫氧化鈉中的 一種或兩種，其用量按照油水分離后的廢水的鈣鎂離子化學反應計量的I. (Tl. 3倍加入。
6. 如權利要求1所述的一種水基壓裂返排液再利用方法，其特征在于：所述的吸附樹 脂為螯合樹脂，具體指N-甲基葡萄糖胺基螯合樹脂。
7. 如權利要求1或2所述的一種水基壓裂返排液再利用方法，其特征在于：所述的降 阻劑為PAM、HPAM或MPAM中的一種。
8. 如權利要求1、3或4所述的一種水基壓裂返排液再利用方法，其特征在于：所述的 稠化劑為HPG或丙烯酰胺類聚合物中的一種。
9. 如權利要求1、2、3或4所述的一種水基壓裂返排液再利用方法，其特征在于：所述 的粘土穩(wěn)定劑為KCl或陽離子季銨鹽類。
10. 如權利要求1或4所述的一種水基壓裂返排液再利用方法，其特征在于：所述的交 聯(lián)劑為硼、鋯的無機或有機化合物。
【文檔編號】C09K8/68GK104310628SQ201410419609
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年8月22日 優(yōu)先權日:2014年8月22日
【發(fā)明者】張淑俠, 何煥杰, 呂寧超, 肖兵, 張曉剛, 張高群 申請人:中國石油化工集團公司, 中石化中原石油工程有限公司鉆井工程技術研究院