一种页岩气采出水快速处理回用工艺的制作方法

本发明涉及污水处理工艺，特别地，涉及一种页岩气采出水快速处理回用工艺。

背景技术：

大型水力压裂技术是现阶段的页岩气开发过程中提高产能的重要手段，使用压裂车将压裂液以超过目的层位吸收能力的流量注入，利用高压将地层压开一条或几条水平的或垂直的裂缝，并用支撑剂将裂缝支撑起来，减小油、气、水的流动阻力，沟通油、气、水的流动通道，从而达到汇集地层中游离态的页岩气实现开采的目的。

在压裂过程中需要消耗大量的水资源，四川长宁－威远区块平均单井用水量在40000m³以上，配制压裂液需要大量的清水给周围水资源供给带来了巨大的压力。压裂作业完成后有30％～70％返排液(采出水)排至地面，大量的返排液的产生给当地环境保护带来了风险，同时达标外排的返排液也增加了页岩气开采成本。

现阶段对于采出水的处置的工艺主要有3类，分别是回注、处理后回用和处理后达标外排。回注处理对水质的要求最低，但是由于随着国家对于环保的日益重视，且回注地层是否对地下水有污染风险尚无定论，因此，回注工艺逐渐受到政策约束，正在逐年减少至不用。采出水处理后外排因为存在资源浪费，而很少采用。现阶段页岩气采出水最主要的处理方式是处理后回用。

采出水中含有高浓度的总溶解固体和多种化学添加剂，同时还含有多种有机和无机化合物、金属元素(如ba、ca、fe、mg、mn和sr等)，直接回用将会使压裂液的粘度和降阻率不能达到工业要求，所以需要对其进行一系列的处理，降低采出水的总悬浮固体、cod、离子浓度、微生物等污染物，使其符合回用标准。

现阶段多采用“絮凝沉淀+膜过滤”、“絮凝沉淀+多级闪蒸”或者“多次化学沉淀”的方法处理页岩气采出水。“膜过滤”技术面临膜维护更换频繁、电能消耗大、现场操作困难、处理费用高等问题，“多级闪蒸”技术处理工艺复杂、能耗大、耗时长、不能实现快速处理回用等问题，“化学沉淀”存在化学品的大量使用，成本居高不下。限制了这些技术在采出水处理方面的大规模应用。

随着页岩气开发强度的增大，水资源需求量的急速增加，迫切需要一种适合页岩气开发现场移动作业，能实现页岩气采出水快速处理回用的工艺，保障页岩气开发的顺利进行。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种页岩气采出水快速处理回用工艺，以实现页岩气采出水的快速连续处理。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种页岩气采出水快速处理回用工艺。

所述方法可包括以下步骤：将页岩气采出水进行第一过滤，得到第一中间水体；使第一中间水体中的悬浮物质凝聚成絮状物，得到第二中间水体；从第二中间水体中分离出絮状物，得到第三中间水体；使第三中间水体进行第二过滤，得到第四中间水体；对第四中间水体进行氧化处理和吸附处理，得到回收利用的水体。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述将页岩气采出水进行第一过滤的步骤可包括：使所述页岩气采出水通过快速过滤器。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述使第一中间水体中的悬浮物质凝聚成絮状物的步骤可包括：将第一中间水体与混凝剂混合，然后将混合后水体的ph调整至7.5～8.5，再加入助凝剂。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述混凝剂可包括：聚合硫酸铝类。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述分离出絮状物的步骤可包括：将所述第二中间水体置于沉淀池中，通过重力作用使所述第二中间水体中的絮状物分离出来。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述沉淀池可包括斜板沉淀池，沉淀池下部设有穿孔布水管，沉淀池上部设有与穿孔集水管。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述使第三中间水体进行第二过滤的步骤可包括：利用活性炭过滤层对第三中间水体进行过滤。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述对第四中间水体进行氧化处理的步骤可包括：利用氧化剂对所述第四中间水体进行氧化处理。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，氧化剂可包括：clo2气体。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述对第四中间水体进行吸附处理的步骤可包括：利用吸附剂对所述氧化处理后的水体进行吸附处理。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述得到第二中间水体的步骤在混凝池中进行，所述氧化处理和吸附处理的步骤在氧化吸附池中进行，其中，混凝池上设有ph值在线监测装置和加药泵。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述加药泵可以由所述ph值在线监测装置控制给料，加料泵还与药剂池连通。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，第一水体中常见金属离子和重金属离子能够形成絮状体。其中，常见金属离子可包括ca²⁺、mg²⁺、ba²⁺、sr²⁺、总fe(即铁离子)、mn²⁺中的至少一种，重金属离子可包括pb²⁺和cd²⁺中的至少一种。

与现有技术相比，本发明的有益效果可包括：能够解决现有采出水处理工艺复杂、耗时长和能耗大等问题，能够降低当地水资源供给压力，同时有利于减少废液处理排放，实现压裂工艺过程降本增效的目的。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了本发明的页岩气采出水快速处理回用工艺的一个流程示意图。

具体实施方式

在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述本发明的页岩气采出水快速处理回用工艺。

在本发明的一个示例性实施例中，所述页岩气采出水快速处理回用工艺可包括：进水、快速过滤、化学混凝、斜板沉淀、精细过滤和氧化吸附杀菌等步骤。具体地，回用工艺可包括：

(a)快速过滤：使页岩气采出水通过快速过滤器，快速去除水中的悬浮固体，保障后续工艺进行。

(b)混凝：在混凝池的污水中加入混凝剂(例如聚合硫酸铝类)，使混凝剂与污水中的悬浮物质凝聚并形成矾花絮状体，再加入碱性药剂混合调节至合适ph值，加入助凝剂(pam)。

(c)沉淀：在沉淀池中将(b)步骤中形成的矾花絮状体依靠自然重力从污水中分离并沉淀至沉淀池底部，上部为沉淀后的清水，矾花絮状体排出池外。

(d)精细过滤：将(c)步骤中沉淀池的上层清水经椰壳活性炭过滤层，过滤可能未沉降残余的悬浮物。

(e)氧化吸附杀菌：在(d)步骤得到的清水中通入现场制备得到的clo2气体并加入吸附剂，清水中残余的有机质通过clo2氧化去除，重金属等残余物质通过吸附剂吸附后去除。

在本实施例中，页岩采出水可包含有悬浮物、有机物、重金属和tds中的至少一种。

经过本发明回用工艺处理后的水体的总硬度可低于200mg/l，cod<100mg/l，总fe<5mg/l，进一步地，水体的总硬度可低于150mg/l，cod<70mg/l，总fe<4mg/l，例如总硬度100±20mg/l，cod50±10mg/l，总fe2±0.5mg/l。

在本实施例中，在步骤(a)中，快速过滤所去除悬浮固体包括：粘土颗粒和细小钻屑中的至少一种，粒径>10um悬浮固体可以被完全去除。

在本实施例中，在步骤(b)中，可使tds和重金属离子(例如pb²⁺、cd²⁺等)形成絮状体：

tds可包括：常见金属离子(例如ca²⁺、mg²⁺、ba²⁺、sr²⁺、总fe、mn²⁺)。

混凝剂可包括：聚合硫酸铝类混凝剂。

加入碱性药剂调节ph的目的是使混凝剂达到优良的混凝效果。碱性药剂可包括：naoh和/或ca(oh)2。合适的ph值为可以为7.5～8.5，ph值设置在该范围内的目的是达到最好的混凝效果。

助凝剂可包括：pam。pam是polyacrylamide的缩写，中文名字聚丙烯酰胺。

在本实施例中，在步骤(c)，可通过加药系统加入专用高效脱色快速沉淀剂(即混凝剂)，控制在最优ph，使页岩气采出水中的大量有色物质、溶解的金属离子非金属离子、化学添加剂与处理剂(即混凝剂)在特殊水力条件下发生反应，在较短时间内生成在一定条件下不溶于水的物质，实现与水的分离。该步骤能够去除采出水中大部分的cod、金属离子、总悬浮固体，解决现有采出水处理工艺复杂、耗时长、能耗大等问题。

在本实施例中，在步骤(c)中，粒径10um以上的颗粒物完全去除，悬浮物质去除率达95％以上。

在本实施例中，在步骤(e)中，吸附剂可包括活性炭颗粒。

在本实施例中，在步骤(e)中，经混凝沉淀处理后的水中含有少部分未去除的有机物、无机有害物等污染物，可以进入反应器中与clo2气体进行反应，使有机物被氧化成co2、水、无害的无机盐而被去除，重金属等有害的无机物被吸附去除，同时杀灭水中的细菌等，从而实现有机物、无机有害物在低浓度氧化剂的作用下快速高效氧化和彻底去除。

在本实施例中，沉淀池可以为斜板沉淀池。

沉淀池下部可设有与进水管连通的穿孔布水管，沉淀池上部设有与过滤池连通的穿孔集水管。

所述沉淀池下部还可设有至少一个与沉淀池外的排泥管连通的钟罩排泥器。

在本实施例中，过滤池可设有过滤层。

在本实施例中，氧化吸附池(也可称为氧化吸附杀菌池)可设有填料层。

在本实施例中，混凝池、氧化吸附杀菌池可都设有ph值在线监测装置和由在线监测装置控制给料的计量泵(也可称为加药泵)，计量泵与药剂池连通。

在本实施例中，助凝剂可位于助凝池中，助凝剂也可设置有计量泵。进一步地，该计量泵可以由ph值在线监测装置控制给料。

在本发明的另一个示例性实施例中，图1示出了本发明的页岩气采出水快速处理回用工艺的一个流程示意图。

如图1所示，所述页岩气采出水快速处理回用工艺可包括：

(1)进水。页岩气采出水可通过泵来实现进水。

(2)快速过滤。页岩气采出水通过泵打入快速过滤器，以进行快速过滤。

(3)化学混凝。经快速过滤后的水体进入混合池，通过ph在线监测水质的ph值变化，指导混凝剂与助凝剂的加入量，混凝剂通过加药器(也可称为加药泵)加入混合池与废水混合均匀，水中悬浮物与混凝剂发生凝聚，形成矾花絮体，并逐渐长大。

再通过加药泵加入助凝剂进行混凝，停留一段时间后，形成沉淀性能较好的矾花絮体。

线监测水质的ph值可通过ph值在线监测装置来实现，ph值在线监测装置可设置有加药控制器以控制加药泵给料。

(4)斜板沉降。该步骤可在沉淀池中进行，并得到上层清水。上步骤中的水体入沉淀池进行沉淀，絮体在自身重力作用下沉降后排出，进入井场渣泥池。

(5)精细过滤。上层清水经过集水管收集后流经过滤层以进行精细过滤。

(6)氧化吸附杀菌。精细过滤后的水体中可加入clo2气体进行氧化反应，水中残余污染物经过氧化吸附过程被除去，同时杀灭水中的细菌，金属离子通过活性炭吸附进一步去除。除去水中绝大多数的污染后，回用于压裂液配制过程。其中，氧化剂的加入量可通过加药泵来进行。

(7)回用。处理后的清水可收集于集水池等待配液。

本发明的采出水整套处理流程可以为25～35min，例如30min，处理流程时间短。

综上所述，本发明的页岩气采出水快速处理回用工艺的优点可包括：

(1)本发明能够将化学混凝沉降、氧化杀菌和物理吸附应用于一套流程中，实现了采出水快速处理达标回用，符合现阶段页岩气开采移动作业的特点，可有效解决水资源缺乏等问题。

(2)本发明能够解决现有采出水处理工艺复杂、耗时长和能耗大等问题。

(3)本发明能够实现对返排液的再利用，能够降低施工当地水资源供给的压力，同时减少废液处理排放，实现压裂工艺过程降本增效的目的。

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。