磁性椰壳炭制备及对页岩气压返液中有机物的吸附研究

利用沉淀法制备了椰壳生物炭(CSB)与Fe3O4的复合物磁性椰壳生物炭(MCSB),并将其用于页岩气压裂返排液的研究。对MCSB进行结构表征,以TOC去除率作为评价指标,考察其对压返液的吸附效果。通过研究改性前后CSB的结构形貌、表面化学基团等物理结构,结果表明改性后的CSB依然具有多孔结构并且孔结构增多,其表面变得粗糙,表面积增大;且Fe-O键成功负载于表面,改性成功。MCSB制备最优条件为浸渍比率0.15,热解温度150℃,保留时间30 min,且对于MCSB吸附有机物的影响表现为:浸渍比率>保留时间>热解温度。通过响应面分析法优化吸附条件,获得MCSB处理压返液的最佳工艺条件:吸附时间90 min,搅拌强度104 r/min,吸附剂用量9 g/L。该条件下TOC去除率为61.00%,相较于CSB的TOC去除率增加23.00%。MCSB在处理废水后,经五次试验后依然具有最佳去除率的75.0%,MSCB通过外加磁场从水中分离并重复使用,可作为一种吸附剂有效去除水中的有机污染物,应用前景广阔。

页岩气井筒异常返液成分跟踪技术

针对WY23平台井大规模压裂中,WY39-7HF井钻井过程中出现异常返液,导致井筒内油基钻井液受污染的复杂情况,采用红外光谱、扫描电镜能谱、离子色谱、钻井液常规分析等多种方法对返出液进行了大量测试,分析判断该返出液体来源。结果表明,红外光谱能够追踪液体中特征功能基团,扫描电镜能谱可以判断液体中特征元素,两者结合形成一种页岩气井钻井异常返液成分跟踪技术,通过该技术快速判断出WY39-7HF井返出液体为邻井压裂施工渗流的压裂液。

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)。

返排液重配压裂液性能研究及现场应用

随着非常规油气资源大规模开发,产生大量的压裂返排液,将压裂后的返排液进行重复利用,不仅能保护环境,还可以节约水资源,降低成本。本文针对鄂尔多斯盆地某区块设计一套压裂返排液初级处理工艺,研究处理后的压裂返排液重配进行施工,室内研究表明,该W-1压裂液各项性能良好:在170 s^(-1)、60℃,剪切120 min,黏度为224.500 mPa·s;50℃下破胶2 h,破胶液黏度在1.460 mPa·s;表面张力为21.791 mN/m、界面张力为0.769 mN/m;防膨率85.10%;在60℃下,压裂液冻胶体系静态悬砂时间为60 min,表明了该压裂液有较好的携砂性能;岩心基质渗透率伤害率为14.12%。该井现场施工情况表明,压裂液性能良好,施工压力稳定。压后1 h快速放喷返排,返排效果良好,压后增产效果显著。

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。

页岩气中甲烷在返排液中溶解度的研究进展

天然气在清洁能源市场中占据越来越重要的地位,在“碳达峰”与“碳中和”的战略背景下,非常规天然气—页岩气开采行业正面临甲烷逸散治理的严峻挑战。压裂、生产过程中甲烷大量无规则的逸散不仅浪费资源,更对周边环境乃至全球生态系统都构成了巨大的威胁。如何精确了解甲烷排放速率,是构建页岩气排放评估体系把控手段中重要的一环。甲烷溶解度的变化直接影响甲烷的逸散速率与总量,因此,对其规律的探索成为当前研究的重中之重。本文在前人实验的基础上,对影响甲烷溶解度的温度、压力以及矿化度等因素进行了深入论述,有助于构建排放评估体系、优化工艺设计,为实现减排目标提供理论支持。

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。

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。

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)。

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。

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。

消泡-吸收法处理酸化返排液技术研究及应用

酸化返排液中伴有大量氯化氢及泡沫,现场处理难度较大。采用消泡、填料塔吸收、碱液喷淋中和等技术对其处理,开展了吸收塔设计选型,优化了喷淋时间、喷淋量等工艺参数,并针对返排液泡沫量大等问题进行了消泡剂优选、消泡反应时间优化等。研究表明:当GX-2消泡剂用量为125 mg/L,反应时间为1.4 min,碱液喷淋时间为1.2 min,喷淋量为7.5 m^(3)/h时,处理效果较好。现场试验结果表明:当酸化返排液中氯化氢含量为300~720 mg/m3时,可调节消泡剂用量为100~125 mg/L,喷淋量为6.5~9.5 m3/h,处理后酸化返排液中氯化氢含量降低至5.7 mg/m^(3)以下,处理效果较好。该技术在现场完成了14 000 m^(3)酸液处理,处理后液体回用率为95%,具有良好的环保效应。

威远地区页岩气压裂返排液水质特征及化学絮凝处理技术研究

研究了威远地区页岩气压裂返排液的水质特征,并探讨了化学絮凝处理技术在处理该类废水中的应用。通过对威远地区页岩气压裂返排液样品的采集和分析,发现其中含有高浓度的悬浮颗粒物、油脂和重金属等污染物质。因此,采用化学絮凝处理技术能够有效地去除这些污染物,使得返排液水质符合国家环保标准。实验结果表明,采用FECL3和PFECL3作为絮凝剂的组合处理方法,能够显著提高废水的处理效果。

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。

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。