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一种压裂返排液回收处理再利用方法以及装置

技术前沿 1960

压裂返排液回收处理再利用方法解析

压裂返排液回收处理再利用需经过多步工艺,以实现液体的净化与性能调整。具体步骤如下:

  1. 预处理阶段:压裂返排液首先进入气液分离装置,分离出的气体通过燃烧装置处理,液体则进入沉砂除油罐去除砂粒和凝析油。
  2. 去离子与沉淀处理:处理后的液体泵入去离子罐,分批次注入碳酸钠作为离子处理剂。在线pH值测定装置监控液体pH值,当pH达到8.5以上时,钙、镁、铁等高价金属离子大部分沉淀析出。随后液体经过10-12小时自然沉降,沉淀物从底部排出。
  3. 过滤与存储:沉降后的液体通过泵提升至带滤网的过滤罐过滤,去除残余沉淀,随后进入专用储液罐存放。泵注管线上的流量计用于控制液体提升流量。
  4. 性能调整与评价:从储液罐取样分析残余添加剂浓度,通过药剂补给罐补充所需药剂,调整液体性能。经压裂液性能评价合格后,转入储液罐用于下一口井压裂作业。

压裂返排液处理关键技术与创新点

核心处理技术

  • 化学沉淀法:通过调节pH值至8.5以上,使高价金属离子形成沉淀,降低对液体重复利用的影响。
  • 膜分离技术:部分工艺采用特种防堵超滤、纳滤装置,进一步去除有机杂质(COD)和矿化度,浓水可返回前置处理单元循环处理。 
  • 二氧化碳软化技术:深层煤层气压裂返排液处理中,利用二氧化碳软化装置去除钙镁离子,产生的碳酸钙可直接作为钻井液添加剂资源化利用。

技术创新特点

  • 全流程资源化:处理过程中产生的碳酸钙沉淀物、过滤残渣等可回收利用,降低固废产量。
  • 自动化与低能耗:系统集成在线监测(如pH值、流量)和自动药剂投加功能,缩短流程并减少能耗及药剂用量。
  • 灵活适配性:根据回用要求选择处理深度,超滤出水达标可直接回用,否则进入纳滤单元进一步处理。

压裂返排液处理装置组成与功能

压裂返排液处理装置由预处理、净化、存储及调控单元构成,各部分功能如下:

装置单元核心设备主要功能
气液分离单元气液分离器、气体燃烧装置分离返排液中的气体与液体,气体燃烧处理,液体进入后续净化单元
沉砂除油罐沉降罐、除油器去除砂粒、凝析油等悬浮杂质
去离子与沉淀单元去离子罐、在线pH计、药剂罐投加碳酸钠调节pH,沉淀高价金属离子,在线监测并控制反应条件
过滤单元过滤罐(带滤网)、泵、流量计过滤沉降后的残余沉淀物,控制液体提升流量
储液与调控单元专用储液罐、药剂补给罐存储处理液,取样分析并补充添加剂,调整液体性能至压裂作业要求
深度处理单元(可选)二氧化碳软化装置、超滤/纳滤膜组件去除矿化度和有机杂质,碳酸钙资源化回收


应用场景与环境效益

主要应用领域

  • 油田压裂作业:处理后的返排液可直接用于下一口井压裂,减少新鲜水用量和废水排放。
  • 深层煤层气开发:通过二氧化碳软化与膜分离联用技术,实现高矿化度返排液的高效净化与回用。

环境与经济效益

  • 减排与资源节约:减少新鲜水开采和废水外排,降低对生态环境的污染风险。 
  • 成本降低:回收利用返排液中的有效添加剂,减少药剂采购成本,同时降低固废处置费用。
  • 循环经济促进:沉淀物(如碳酸钙)资源化利用,形成“处理-回收-再利用”的闭环系统。

处理方法对比与优化方向

不同处理工艺对比

工艺类型适用场景优势局限性
化学沉淀+过滤常规油田返排液成本低、操作简单对可溶性有机物去除效果有限
膜分离技术高矿化度、高COD返排液净化效率高,出水水质稳定膜易堵塞,浓水处理成本较高
二氧化碳软化法深层煤层气、高钙镁返排液沉淀物资源化,低药剂消耗需二氧化碳气源,系统复杂度较高


未来优化方向

  • 智能化控制:提升在线监测精度,结合AI算法优化药剂投加量和处理流程。
  • 膜材料改良:开发抗污染、高通量的膜组件,降低膜分离技术的运行成本。
  • 联用工艺拓展:探索生物处理与物化处理联用,增强有机污染物降解能力,适应复杂水质条件。
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