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.

过一硫酸盐/高铁酸盐体系处理页岩气压裂返排液实验研究

针对高盐难降解的页岩气压裂返排液,探究过一硫酸盐(PMS)/高铁酸盐(Fe(VI))体系氧化其中有机物的可行性。对比了活化PMS的不同方式及不同氧化工艺;设计了L_(16)(4~4)正交实验优化氧化反应参数;考察了该体系在氧化的同时达到的混凝和软化效果。结果表明,PMS/Fe(VI)体系在最佳反应条件下(即PMS的浓度为1 800 mg/L,Fe(VI)浓度为1 200 mg/L,pH为5,反应温度为35℃时)TOC的去除率为46.4%,其中各因素的贡献值分别是19.34%、51.31%、15.38%、13.68%。在高效矿化有机物的同时能去除返排液中99.5%的总悬浮固体(TSS)和95.2%的Ba^(2+)。研究结果可为页岩气压裂返排液预处理工艺单元的设计和运行提供参考。

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)。

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。

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。

油气田压裂施工返排液水质污染特征及防治方法研究

为提高油气田产量,会在压裂返排液中注入成分复杂的化学添加剂,一旦发生泄漏,会造成严重污染,为此,研究油气田压裂返排液中水质污染特征及防治技术。针对延安油气田油页岩分布,采集不同时期返排液,确定水质成分,通过水质污染评价矩阵,得出返排液主要污染因子为有机碳和Cl-,且毒性高。由此提出防治技术,通过复合氧化剂去除掉液体中有机污染物,降低液体黏性,并采用混凝沉降处理和膜过滤器去除悬浮沉降和Cl-,令压裂返排液无污染化,实现污染防治。实验结果表明,研究的防治技术能够有效去除油气田压裂返排液中的污染因子。

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。

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。

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。

四川某地页岩气压裂返排液处理工艺研究

页岩气压裂返排液是一种高盐、有机物成分复杂、水质变化范围宽的废水,难以采用单一生化工艺处理。采用“臭氧催化氧化/高铁酸盐氧化+双碱法软化+纳滤膜+反渗透膜”联合处理工艺对该废水进行处理,并研究2种氧化工艺对TOC去除效果,软化和膜法脱盐的效果。结果表明,臭氧催化氧化和高铁酸盐氧化对TOC降解率分别为60%,70%;双碱法软化对Ca^(2+)、Mg^(2+)硬度去除率分别为90.5%,77.8%;膜法脱盐工艺中纳滤对硫酸根拦截率95%,一、二级膜脱盐率分别为99%,95%,工艺出水达到《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中地表水Ⅲ类水域标准。该联合处理工艺具有一定参考应用价值,可为页岩气压裂返排液达标处理提供参考。

页岩气压裂返排液回用影响因素及回用技术研究

针对压裂返排液中的特征污染物,开展了单因素实验,确定了处理目标;以两口页岩气井的压裂返排液为研究对象开展了单元处理工艺的研究,并进行了现场实验。单因素实验结果表明,影响压裂返排液回用的特征污染物为高价金属离子和SS。采用絮凝—化学澄清工艺处理压裂返排液,对浊度、钙离子、铁离子的去除率分别达到98%、71%、96%以上。压裂返排液经现场处理后,SS从2400.0 mg/L降至3.4 mg/L,总硬度从1160 mg/L降至125 mg/L,总铁从35.60 mg/L降至0.28 mg/L,满足NB/T 14003.1—2015要求;用处理出水配制的滑溜水压裂液的性能指标与地表水配制的相当,满足DB61/T 575—2013要求。

页岩气压裂返排液膜法脱盐过程建模与能效分析

页岩气压裂返排液的脱盐处理有助于实现废水回用和合理排放,脱盐处理过程的建模与能效分析对工艺优化和高效运行具有重要的指导意义。页岩气压裂返排液膜法脱盐过程包括预处理工艺(电絮凝+超滤)和反渗透。针对反渗透膜组件,本文采用溶解扩散模型来描述传质过程。基于实验数据,对膜组件的纯水渗透性常数和盐的传质系数进行计算。最后,建立了能效和经济评估模型,并考虑了引入能量回收系统后对脱盐处理过程经济性和能效的影响。结果表明,在引入能量回收系统后,总能耗降低了20.45%,泵的年度运行费用降低了15.29%。

电絮凝处理压裂返排液工艺中H_(2)产生量的SVM优化及模拟试验

为了实现对华北油田某井场电絮凝处理压裂返排液中产气量的控制和优化,对不同电极材料的产气类型和产气量进行了对比,研究不同电流密度、极板间距和电解时间对产气量的影响,通过正交实验确定不同因素的影响程度及交互作用,并利用SVM模型对实验结果进行训练和回归。通过隐含层节点数和核函数敏感性分析,得到最优模型,用于预测最小产气量的工艺参数,并对比处理前后的水样特性。结果表明:实验中的产气类型以H_(2)为主,CO_(2)和H_(2)S的产量较少;电流密度、极板间距和电解时间对H_(2)产量有显著性影响,而三因素间无明显的交互作用;通过SVM模型对全局最优点进行搜索,得到最小H_(2)产量为38.46 mL,对应的工艺参数为电流密度53 mA/cm^(2)、极板间距5.8 cm和电解时间31 min,结果相对误差为1.46%;处理后的压裂返排液各项指标参数符合胍胶压裂液体系回用配水要求。研究结果可为电絮凝处理技术的安全推广提供实际参考。

树脂去除压裂返排液中残余硼的实验研究

硼交联剂在压裂液体系中具有重要作用,残余硼对压裂返排液的再次回用具有强制约性,会直接影响配液性能。针对压裂返排液除硼这一技术难题,以硼去除率为考察指标,采用硼螯合树脂从吸附时间、温度、pH值、转速、树脂用量、树脂再生次数等方面考察树脂对硼的吸附效果,并分析离子强度对吸附性能的影响,确定吸附动力学模型和吸附机理。结果表明:最佳树脂除硼工艺为吸附时间1 h、温度25℃、pH值9、转速200 r/min、树脂用量2.5 g,此时硼的平均去除率为94.85%,满足重新配液要求;不同二价离子强度对树脂吸附的影响作用有限;树脂吸附过程符合准二级动力学模型和Freundlich等温吸附模型,以单分子层化学吸附为主;分别采用清水和处理后的压裂返排液配置压裂液,两者的挑挂性能无差别。此研究结果可为提高压裂返排液的回用效果提供技术支撑。

基于北斗短报文的油田井场压裂返排液系统设计与实现

为解决复杂偏远地区油田井场压裂返排液储存运输,通过分析北斗短报文通信工作原理,介绍了基于北斗卫星传输压裂返排液智能运输管理系统方案,通过北斗短报文对压裂返排液运输中的信息进行通信传输,实现了对偏远油田井场压裂返排液全程远程监控与管理。

用于压裂返排液超支化交联剂的合成及其性能评价

以聚乙烯亚胺、乙二醇、多元醇、硼砂为主要原料合成超支化聚氨基硼和四乙烯五胺硼酸酯交联剂,并对产物进行结构表征及压裂返排液重复配液性能测试。将0.35%羟丙基胍胶溶液与合成的聚超支化氨基硼交联剂以100∶0.4交联比交联,形成的压裂液冻胶体系在7 min左右达到压裂液黏度要求,在80℃、170 s^(-1)连续剪切70 min时压裂液黏度在100 mPa·s左右,满足行业标准要求(黏度>50 mPa·s)。对此过程进行破胶,破胶液黏度最终为3.2 mPa·s,破胶液中的残渣浓度为198 mg/L。与之相比,四乙烯五胺硼酸酯交联剂体系不能满足返排液的配液要求。用破胶后的压裂返排液再次进行配液,将温度设置到80℃、170 s^(-1)不间断剪切70 min,将压裂液中的黏度调整至50 mPa·s以上,破胶液黏度为3.4 mPa·s。该交联剂使压裂返排液能重复利用。这对节约水资源、降低环境污染具有广阔的工业化前景。

压裂返排液化学分析及预处理工艺优化研究

针对油田压裂开发中产生大量胍胶返排液难以处理、安全环保压力大的问题,对压裂返排液成分进行了研究,指出油田压裂返排液为中性或弱碱性,具有含油量较高且油水不易分离的特点。由于返排液的高矿化度,离子成分复杂,无机离子中以高价阳离子影响较大,故需对返排液预处理工艺和加药方案进行优化。实验结果表明:根据返排液中各类离子含量,添加适量的NaOH和Na_(2)CO_(3)复合体系,Na_(2)CO_(3)+NaOH添加量在2050~2400 mg·L^(-1)和500~600 mg·L^(-1)时处理效果最优,可以有效地去除钙、镁、铁离子,其中Ca^(2+)和总铁离子有较好的去除率,可达90%以上,Mg^(2+)去除率为73%,但Mg^(2+)去除后含量已符合标准要求,处理后满足现场使用要求。确定其处理工艺为“气浮除油-氧化破胶和阳离子去除-混凝脱稳-板框压滤-水质净化”联合工艺,SS去除率高达99.5%,COD去除率超过90%,处理后的水对再配压裂液性能影响降至最小,表明工艺效果较为突出。

海上油田压裂返排废水COD处理实验研究

油田压裂返排废水体系稳定,成分复杂,有机物含量高,COD处理达标排放是一项难题。采用絮凝预处理+电絮凝氧化组合法处理海上压裂返排废水,结果表明,Fenton氧化去除COD能力有限,对于较低COD含量的水样去除率31.2%,无法满足达标排放。絮凝预处理可去除废水中含油,电絮凝处理采用铝极板,在极板间距50 mm,电流稳定6 A时,处理45 min后污水COD去除率达到85.9%,处理55 min后达到432~510 mg/L,废水中有机大分子污染物减少,被氧化降解为小分子,COD去除效果显著,满足排海控制指标要求,组合处理工艺可实现压裂返排废水的高效快速处理。