不同水力停留时间对新疆油田压裂返排液COD去除及微生物菌群特征研究

针对新疆油田压裂返排液较难处理的现状,采用生物膜法作为处理工艺的主要单元,探究不同水力停留时间(HRT)对化学需氧量(COD)去除的影响,通过高通量测序和功能预测确定不同水力停留时间下的微生物群落特征.结果表明:水力停留时间48 h是生物膜法处理新疆油田压裂返排液的适宜水力停留时间,COD去除效率最高,进水COD平均去除率46.77%,平均去除速率83.33 mg·(L·d)^(-1).相对于水力停留时间36、72 h,水力停留时间48 h的微生物多样性更高,群落组成更丰富,且形成以Proteobacteria(变形菌门)、Firmicutes(厚壁菌门)、Campylobacterota(弯曲菌门)、Bacteroidota(拟杆菌门)和Desulfobacterota(脱硫菌门)为主要优势菌的微生物群落.微生物菌群具有难降解物质代谢的功能基因,可促进新疆油田压裂返排液的生物降解.

胍胶压裂返排液COD的电化学降解实验研究

为研究电化学法对胍胶压裂返排液中化学需氧量(COD)的去除效果,本实验采用Al和Fe极板作为电极材料。通过响应面法分析了反应过程,并考察了反应动力学模型。实验结果显示,Al极板在2.5 cm间距、135 mA/cm^(2)电流密度下,经过120 min处理,可实现85.29%的COD去除率。响应面模型系数具有显著的相关性,且模型的精确度和可信度均符合要求。去除COD的过程符合一级动力学模型。对于Fe极板,同样的极板间距和电流密度条件下,90 min处理后,取上清液进行60 min的二次电化学反应,并在每30 min加入40 mL H_(2)O_(2)。最终,COD去除率提升至97.65%,浓度降至80 mg/L,满足国家污水综合排放标准(<100 mg/L)。

基于LCA的压裂返排液膜集成工艺碳足迹分析和环境影响评价

页岩气从水力压裂开采过程中产生的压裂返排液具有污染物种类复杂、总溶解性固体和重金属浓度高等特点。我国“双碳”目标的提出促使压裂返排液处理技术亟需低碳减排转型。膜分离技术作为一种节能减排关键低碳技术之一,可减少工业领域90%的能耗。本研究基于“预处理-管式超滤-纳滤-电渗析-反渗透-机械蒸汽再压缩”膜集成工艺处理压裂返排液,采用全生命周期评价对其物耗、能耗、碳足迹及环境影响评价进行分析,结果表明:该集成处理工艺的碳足迹为86.7kg CO_(2)eq;对于温室效应影响类别,预处理、管式超滤膜、机械蒸汽再压缩的碳足迹贡献为90.7%,其原因是预处理阶段所投加的大量药剂以及管式超滤膜和机械蒸汽再压缩系统高频率运行所消耗的大量电能。针对温室效应指标及其他典型指标,其影响因素敏感性大小为:电力>碳酸钠药剂>氢氧化钠药剂,因此管式超滤膜和机械蒸汽再压缩系统的合理高效运行可节约电力损耗,保证该系统的低碳高效运行。本研究明确了预处理、管式超滤、机械蒸汽再压缩单元是压裂返排液处理工艺应重点关注的减污降碳环节。

页岩气压裂返排液甲烷溶解度分布特征及影响因素

页岩气作为重要的天然气资源,其成功的商业开采主要依赖于水力压裂等技术。页岩气水力压裂过程中会产生大量的返排液,压裂返排液甲烷溶解度大小和影响因素的研究对于降本增效、减少温室气体效应和页岩气绿色开发具有重要意义。根据压裂返排液特点,在传统甲烷溶解度测定方法进行了改进,改进的容积法可以在不破坏溶解平衡的状态下连续测定不同压力、温度下的甲烷溶解度,实验结果的稳定性相对较高。基于改进容积法对四川盆地长宁地区页岩气压裂返排液甲烷溶解度进行了测定,甲烷溶解度主要在1.32~1.60 m^(3)/m^(3),估算通过压裂返排液每井可回收13200~32000 m^(3)的甲烷。温度、压力和矿化度等因素对页岩气压裂返排液甲烷溶解度影响较大,研究表明,低温条件下,甲烷溶解度随温度的升高逐渐减小,高温时甲烷溶解度随温度增加而增大。返排液甲烷溶解度具有随压力的增加而增大的变化特征,并表现出低压阶段溶解度快速增加、高压阶段缓慢增加的“两段式”规律。甲烷溶解度随返排液矿化度的增大,甲烷溶解度小幅度的减小。

化学氧化-絮凝工艺在压裂返排液除硼中的应用

为降低压裂返排液中的硼含量,满足水样回用配液或外排标准,以5口水平井压裂后的返排液为研究对象,考察了氧化剂类型、投加量、预处理条件、沉淀剂类型、投加量对化学氧化工艺的影响;在化学氧化工艺出水的基础上,考察了絮凝剂投加量、搅拌速度和加药时间间隔对絮凝工艺的影响,并监测了两者耦合联用后的效果。结果表明,H_(2)O_(2)和BaCl_(2)分别作为氧化剂和沉淀剂时,除硼效果较好,建立了最佳投加量与返排液中初始硼浓度相关的线性方程,便于现场快速选定加药浓度;当PAC浓度为80 mg/L、PAM浓度为5 mg/L、搅拌速度30 r/min、加药时间间隔30 s时,絮凝工艺的处理效果最优;将化学氧化-絮凝工艺耦合后,在氧化反应pH值为9、氧化反应时间为30 min,沉淀反应pH值为9和最佳絮凝工艺的条件下,可保证滤液中硼质量浓度小于5 mg/L,满足回用配液的要求。研究结果可为压裂返排液的高效、清洁处理提供实际参考。

电絮凝降解模拟胍胶压裂返排液COD的实验研究

胍胶压裂液在油气田开采中有着广泛的应用,产生大量不易处理的返排液,给生态环境带来极大危害。达标外排是处理压裂返排液的主要方法之一,主要指标COD(化学需氧量)是衡量水质污染程度的重要指标,其是否达标后外排对于生态环境至关重要。如何降解COD来实现达标外排是目前亟待解决的问题。电絮凝技术具有污染小、效率高等优势,在水处理方面有着较为广泛的应用。采用电絮凝技术对其进行处理,使用铝极板作为电极材料,并结合响应曲面法,系统地研究了极板间距、电流密度和处理时间这3个关键参数对COD去除效率的影响。研究发现,在极板间距为4 cm、电流密度为135 A/m^(2)、处理时间为90 min的条件下,COD的去除率能够达到74.32%,显著高于常规处理方法,显示出电絮凝技术在处理压裂返排液方面的巨大潜力。通过优化电絮凝技术的操作参数,可以进一步提高处理效率,降低处理成本,为油气田压裂返排液的处理提供了一种新的解决方案,还为其他类似高COD工业废水的处理提供了参考。

滴定法测定压裂返排液中的硼含量

压裂过程产生大量复杂的压裂返排液,处理这些液体颇具挑战。硼,一种微量元素,以硼酸和硼酸盐的形式存在于水溶液中,对生态环境有潜在影响。精确测量压裂返排液中残留硼的含量对于消除其负面影响、促进处理后液体的再利用具有重要意义。本研究采用甘露醇酸碱中和滴定法,结合甲基红-溴甲酚绿及酚酞乙醇混合指示剂,对压裂返排液中的硼含量进行测定。实验结果显示,实际样品的加标回收率为99.60%~100.50%,标准偏差约为1%,表明该方法准确可靠。

压裂返排液及采出水处理示范工程实例

陕西省神府某区块致密气压裂返排液及采出水组分复杂,难于处理。采用“隔油/高密斜管沉降/一体化破胶/涡凹气浮/无机过滤/保安过滤/精细过滤”处理工艺,处理规模为采出水130 m^(3)/d,压裂返排液为150 m^(3)/d,共计280 m^(3)/d。工艺运行结果表明,该工艺处理效果稳定,出水含油量≤5 mg/L、悬浮固体含量≤1 mg/L、悬浮物颗粒直径中值≤1μm,满足SY/T 5329-2012中注入层平均空气渗透率<0.01μm^(2)级水质标准并进行顺利回注。神府1#水处理站实现了紧凑一体化、高度自动化的橇装集成,布局紧凑合理,占地面积仅为1 943 m^(2)。

一种新絮凝剂组合在压裂返排液处理中的研究与应用

以临兴煤层气压裂返排液为研究对象,开发了以聚硅酸聚合硫酸铁为混凝剂,丙烯酰胺与丙烯酸-1,2-亚乙酯基三甲基氯化铵共聚物为助凝剂的新絮凝剂组合,优化筛选了煤层气压裂返排液絮凝处理的最佳工艺条件,并对絮凝机理进行了分析。结果表明,药剂投加质量浓度为300~400 mg/L,p H为7.5~8.5,温度为25~35℃,混合强度为1 300~1 500 s^(-1),絮凝作用时间为20~30 s时絮凝效果最好。在优化的工艺条件下将新絮凝剂组合应用于临兴煤层气返排液处理站,出水悬浮物质量浓度稳定在6~8 mg/L,油质量浓度稳定在3~5 mg/L,粒径中值稳定在1.4~1.7μm,出水水质完全满足《碎屑岩油藏注水水质指标技术要求及分析方法》(SY/T 5329—2022)储层空气渗透率在(0.5,2.0)μm^(2)地区回注水控制指标,可直接回注到地层,具有广阔的应用推广前景。

油气田压裂返排液中污染气体浓度及扩散模型研究

油气田在实施压裂作业时,返排液中的污染气体会排放至大气中,造成大气污染。为此,研究油气田压裂返排液中污染气体浓度及扩散模型。以延安油气田为研究区域,采集和分析区域内污染气体样本,设计污染气体测定流程。利用多元矢量值函数获取污染气体扩散程度,建立点、线、面源扩散模型。结合上述模型,构建污染气体不同成分的浓度扩散模型。根据扩散分布形式可知,污染成分浓度峰值多维持在活动较为频繁的日间,地点上多位于返排池中心上方,随风向以点源、线源、面源等形式向下风口呈不同程度递减。

压裂返排液无害化处理剂的制备与研究

为简化压裂返排液无害化处理过程中繁杂的加药工序,本文以瓜尔胶压裂液返排液为例,通过单因素实验与正交实验优选出破胶剂、破乳剂、抗乳化剂以及絮凝剂种类,并明确各组分加量,形成了“一体化”压裂液无害化处理剂配方。实验结果表明,生物酶破胶剂、蓖麻油聚氧乙烯醚、季戊四醇嵌段聚氧乙烯聚氧丙烯醚以及质量比为3:1的CPAM与PAC复配组合分别为最佳的破胶剂、破乳剂、抗乳化剂以及絮凝剂,处理后的返排液固含量、含油量以及COD含量分别主要受控于絮凝剂、破乳剂以及破胶剂的加量,添加剂之间不存在相互干扰,结合单因素实验结果,优化出“一体化”返排液无害化处理剂配方为:800mg·L^(-1)生物酶破胶剂+800mg·L^(-1)破乳剂+500mg·L^(-1)抗乳化剂+1600mg·L^(-1)絮凝剂,该配方在常温环境下使瓜尔胶压裂液返排液在60min内分层,其清液中悬浮固含量降至3mg·L^(-1)以下,含油量降至5mg·L^(-1)以下,COD降至50mg·L^(-1)以下,满足现场回用配液要求。

基于高级氧化技术的压裂返排液达标处理研究

基于高效低成本达标处理压裂返排液的要求,分别研究了高压脉冲、臭氧、芬顿(Fenton)氧化等单一高级氧化技术对废液的处理效果,考察了联合工艺的最佳反应条件,并用于现场进行长期效果评价。结果表明:单一技术中高压脉冲的处理效果最好,Fenton氧化和臭氧氧化的效果次之,单一技术无法满足GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》的要求,采用高压脉冲-臭氧和高压脉冲-Fenton氧化联合工艺的出水水质满足标准要求,其一段工艺的最佳条件为脉冲电压30 kV、脉冲宽度60 ns、脉冲频率100 Hz、臭氧投加量1.5 g/h、初始pH值为7、臭氧通入时间30 min;二段工艺的最佳条件为脉冲电压30 kV、脉冲宽度60 ns、脉冲频率100 Hz、初始pH值为5;通过50天的长期效果实验,油、悬浮物、COD、氮氨的去除效果较好,联合工艺对进水水质波动具有很好的适应能力。

页岩气压裂返排液处理技术应用及进展

近年来,页岩气大规模体积压裂带来了可观的产量及效益,但也伴随着压裂液用量及化学添加剂的大量增加,如果返排液处理不当则会对环境造成极大的影响。因此,经济有效处理返排液中多余的离子及固相,使其达到地层回注、钻井液/压裂液复配标准及外排标准要求是页岩气压裂返排液处理的重要目标。本文调研了国内外开发成熟的页岩气区块压裂返排液的化学组分特征及絮凝沉降法、渗透膜法、氧化处理法、膜蒸馏/电解法等常用的返排液处理方法,梳理出目前常用技术的适用性并分析了页岩气压裂返排液处理技术应用及发展方向,对页岩气开发及生产过程的返排液环保处置提供专业思路及借鉴。

页岩气压裂返排液回用影响因素及回用技术分析与研究

页岩气开发是一项重要的能源战略,但伴随而来的环境问题引起了广泛关注。为了实现可持续发展,有效地回收和回用压裂返排液成为一项紧迫的任务。通过对页岩气压裂返排液回用的影响因素进行分析,探讨了不同的回用技术,以期在页岩气开发中实现环境友好型发展。

美国页岩气压裂返排液处理技术现状及启示

水力压裂技术是目前页岩气开发依靠的主要储层改造手段,但采用该技术开采页岩气对水资源的消耗情况和压裂施工完成后返排液如何处置则引起了人们广泛的关注。为此,以美国Marcellus页岩区和Barnett页岩区为例,分析整理了其压裂返排液的水质特点与处置方式。在系统归纳美国页岩气开发过程中形成的返排液管理路线的基础上,从处理回用和处理外排两个方面介绍了返排液处理技术现状及研究进展。结论认为:从目前国外应用和研究现状来看,页岩气压裂返排液处理的理论和技术是相对成熟的。进而结合我国页岩气开发的形势,提出了符合实际的压裂返排液处理技术研究框架,明确了研究主题,提出了研究方向和目标建议:①完善页岩气压裂返排液深井灌注技术标准体系;②开展页岩气压裂返排液处理回用技术研究,研发耐盐耐硬度压裂液体系及配方;③开展其他废水回用配制页岩气压裂液体系或无水压裂可行性研究;④探索压裂返排液外排技术应用的可能性。以期为上述热点问题的最终解决提供技术思路。

Q235、316L和钛合金在高氯压裂返排液介质中的耐腐蚀性

Q235、316L和钛合金是油气田及其水质处理净化行业常用的3种金属材料。为了评估这3种金属材料是否适用于高氯压裂返排液介质环境，采用《油田采出水用缓蚀剂性能评价方法》进行腐蚀模拟，使用失重法、扫描电镜（SEM）等手段研究了Q235、316L和钛合金在40-70℃温度下的高氯压裂返排液介质中的耐腐蚀性。结果表明：在70℃的模拟液中，Cl-浓度为10，20，40，60，80，100g／L的高氯环境下Q235和钛合金均呈现全面腐蚀．316L不锈钢以局部腐蚀为主，Q235的腐蚀速率最高。金属的腐蚀过程受温度和Cl-浓度的影响。当Cl-浓度为lOOg／L，温度为70℃时，压裂返排液对Q235、316L和钛合金3种金属材料的腐蚀速率分别为0．0550，0．0098和0．0030mm／a。金属材质的改善不仅可以降低腐蚀速率，还可以消除局部腐蚀。

压裂返排液循环再利用影响因素

压裂返排液为油田主要污染物之一,将压裂返排液处理后再用于配制压裂液,对油田环境保护和节约成本都具有重要意义。以长庆油田某水平井现场压裂返排液为研究对象,分析了不同时段压裂返排液的组成性质,研究了压裂返排液中无机离子、固体颗粒和残余添加剂对循环利用的影响,并提出了相应的消除方法。研究结果表明:长庆油田某水平井现场压裂返排液中Ca2+、Mg2+含量低,不影响重复配液;Fe2+、Fe3+和固相颗粒含量高,通过"氧化-絮凝沉降-过滤"可有效降低;残余交联剂使得重复配制压裂液基液黏度过高,可通过三乙醇胺与葡萄糖按1∶9比例复配进行有效掩蔽;残余破胶剂影响重复配制的压裂液耐温性能,建议现场适量使用破胶剂。因此,压裂返排液通过除铁、除固相颗粒、掩蔽残余交联剂处理后可实现循环再利用。

压裂返排液取水应用技术

为了解决非常规储层压裂改造过程中水资源的大量消耗以及日益增多的废液污染问题,研究了压裂返排液经过化学处理后用于重新配制压裂液的新方法。以长庆油田压裂返排液为例,分析了主要矿物离子Ca2+、Mg2+及残存破胶剂(过氧化物)和硼离子交联剂对重新配制的压裂液主要性能的影响,开发了通过络合反应降低压裂返排液中矿物离子的处理剂TR-1、通过氧化-还原反应处理残余破胶剂的处理剂TR-2及通过屏蔽残余硼离子交联剂从而阻止硼离子与植物胶多糖上的羟基交联的处理剂TR-3。应用该方法,2013年在长庆油田处理了15口水平井、125个水平段,回收处理液量14 000 m3,占施工液量的23%,达到了压裂返排液的重复利用效果并减少了对环境的污染。

压裂返排液中残余硼的去除及返排液的重复利用

在重复利用压裂返排液时,未完全降解的残余硼交联剂会影响后续压裂液的配制,残余硼遇碱时会提前交联羟丙基胍胶,致使体系基液黏度增加,降低泵送速率和压裂效果。采用多羟基化合物与硼络合以消除提前交联的不良影响,并考察了反应条件对络合效率及络合物稳定性的影响。实验结果表明,含有顺式邻位羟基的自制甘露醇(GLC)对硼有很好的络合效果,在GLC与硼酸的摩尔比大于等于2.5、pH约为10时,硼能被完全掩蔽形成稳定的络合物。用络合处理后的返排液直接配制交联冻胶压裂液,未出现提前交联的现象,且其流变性能与原始冻胶压裂液的流变性能相当。该方法能去除利用返排液配制压裂液时出现提前交联的不良影响。整个过程不需分离已存在于返排液中的含硼络合物,可提高处理效率。

生物法处理压裂返排液的实验研究

压裂返排液是井下作业废弃液的一种 ,它的有机物浓度非常高 ,采用单一的处理方法很难达标。为此 ,文章提出用混凝—Fe/C微电解—活性炭吸附的方法对大港油田港深 11— 8井的压裂返排液进行预处理 ,然后采用直接投加细菌的方法进行生化处理研究。实验结果表明 :预处理不仅可以使压裂返排液的CODcr去除 6 5 % ,而且提高了压裂返排液的可生化性 ,降低了后续生化处理的负荷 ;经过 15d的生化处理 ,CODcr值可降到 10 0mg/L以下 ,其他各项污染指标均达到国家一级排放标准。