期刊信息
 

刊名:工业水处理
主办:中海油天津化工研究设计院有限公司
主管:中海油天津化工研究设计院有限公司
ISSN:1005-829X
CN:12-1087/X
语言:中文
周期:月刊
影响因子:0.460700005292892
被引频次:93040
数据库收录:
文摘杂志;北大核心期刊(2004版);北大核心期刊(2008版);北大核心期刊(2011版);北大核心期刊(2014版);化学文摘(网络版);日本科学技术振兴机构数据库;中国科技核心期刊;期刊分类:环境与安全
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废水处理,水处理,循环冷却水,污水处理,絮凝剂,印染废水,废水,混凝,深度处理,阻垢剂,

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CaO/PAC/CPAM复配处理压裂返排液

来源:工业水处理 【在线投稿】 栏目:期刊导读 时间:2020-05-15 12:37

【作者】网站采编

【关键词】

【摘要】压裂是石油天然气开采过程中改造低渗透油层的技术之一,在国内各大油田普遍应用 〔1〕 。压裂施工结束后,往往有一部分压裂液返排到地面。由于压裂液含有助排剂、杀菌剂等表面

压裂是石油天然气开采过程中改造低渗透油层的技术之一,在国内各大油田普遍应用〔1〕。压裂施工结束后,往往有一部分压裂液返排到地面。由于压裂液含有助排剂、杀菌剂等表面活性剂类添加剂,对油水分离有较大影响〔2〕,溶解的胍胶、破胶后的胍胶碎片以及一些黏土颗粒增加了水中的悬浮物含量〔3〕,使得处理难度较大。此外,压裂返排液混入联合站处理系统后,对系统处理效果影响较大,因此常对其单独处理。

目前,油田压裂返排液的主要处理方法有物理法(重力分离、离心分离、过滤等)、化学法(絮凝沉降法、中和法、氧化还原法)、物理化学法(气浮法、吸附法)、生物法等。通常采用一种方法难以达到理想的处理效果,因此实际处理时可根据要求的不同,选择合适的组合工艺。何焕杰等〔4〕用絮凝—过滤—吸附净化工艺对涪陵页岩气示范区页岩气压裂液进行处理,实验结果表明,经该工艺处理后,压裂返排液水质达到《非常规油气井压裂液配制和返排液回收处理推荐作法》(Q/SH 0444—2011)的标准要求,重复利用率>93.5%。

CaO具有价格低、容易获得、污染小等特点,同时具有一定絮凝作用,被应用到工业废水处理中。张鑫等〔5〕用CaO絮凝沉淀—树脂吸附两步法处理制药废水,废水COD从最初的11000mg/L降至1 750 mg/L左右。大庆油田某采油厂的压裂返排液处理工艺为絮凝沉降达标(油<20 mg/L、悬浮物<20 mg/L)后混入联合站水处理系统再次处理回注。针对现场要求,笔者开展了CaO/PAC/CPAM复配处理压裂返排液的室内实验研究,探讨3种药剂对絮凝效果的影响,以期找到合适的药剂投加配比。

1 实验部分

1.1 实验试剂及仪器

试剂:聚合氯化铝(PAC,盐基度55%),工业级,巩义市富源净水材料有限公司;阳离子聚丙烯酰胺(CPAM,阳离子度50%,相对分子质量800万),工业级,巩义市富源净水材料有限公司;氧化钙(CaO),分析纯,天津石英钟厂霸州市化工厂,研磨成粉末,过100目(0.15 mm)筛后使用。

仪器:AL104分析天平,梅特勒-托利多仪器有限公司;玻璃砂芯过滤装置,如东东进玻璃仪器厂;722E分光光度计,上海光谱仪器有限公司。

实验水样为大庆油田某采油厂压裂返排液,其理化性质见表1。

表1 返排液理化性质

项目 黏度(布氏黏度)/(mPa·s)悬浮物/(mg·L-1)矿化度/(mg·L-1)水中含油/(mg·L-1) pH返排前期 6.3 627 6 742 20.3 8.2返排中期 9.2 2 940 7 595 150.3 7.0返排后期 8.7 5 418 7 146 226.5 7.1

从图1可见,CaO与PAC、CPAM复配对压裂返排液有一定絮凝效果。CaO投加量在200~800 mg/L范围内透光率相对较高,主要是由于CaO加入水中后产生Ca2+,对水中的胶体有压缩双电层、降低Zeta电位的作用,破坏了水中胶体的稳定性〔7〕。另外,CaO进一步水解可产生Ca(OH)2,与水中的碳酸根反应生成CaCO3,这些物质对水中的胶体有吸附和卷扫作用,使胶体发生聚集。

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1.2 实验方法

1.2.1 絮凝效果评价

由于返排中期压裂液排量较大,因此实验以返排中期压裂液为研究对象。压裂液的悬浮物含量较高,直接投入常规絮凝剂对絮凝药剂损耗量较大,因此采用CaO对返排液中的胶体、悬浮物稳定性进行初步破坏,再投加常规絮凝剂,以减少絮凝剂用量。

向烧杯中加入200 mL压裂返排液,加入一定量的絮凝剂,快速搅拌(300 r/min)1 min,再慢速搅拌(150 r/min)2 min,转入实验瓶,放置在 45 ℃水浴中1 h,取一定高度的水样进行测定。

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含油量和悬浮物的测定参照SY/T 5329—2012《碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法》,透光率测定参考文献〔6〕。

1.2.2 水质测定

2 结果与讨论

2.1 CaO投加量的筛选

CPAM是一种有机高分子絮凝剂,在水中主要通过吸附架桥作用进行絮凝,但其分子上的吸附点位数量一定,投加量较少时絮凝效果不明显,投加量过多,高分子化合物的一端吸附在同一固体颗粒表面,或环绕在固体颗粒周围,形成水化外壳,将固体颗粒完全包围起来,起到保护作用。因此,3种药剂对压裂返排液的絮凝作用存在最优组合。由表3可见,各因素的极差关系为RA>RB>RC,即 3种试剂对实验结果的影响为CaO>PAC>CPAM,最优组合为A1B2C2,水样透光率最高可达91.5%。

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图1 不同CaO投加量下水样的透光率

返排阶段不同,返排液中的物质含量也不同。从表1可以看出,返排后期返排液中的悬浮物和含油量均较返排前期和中期的含量高,这是因为随着时间的增加,压裂液中溶解的胍胶不断破碎析出,此外返排后期压裂液往往会带出地层中的少量油,因此返排后期返排液的含油量相对较高。

2.2 正交试验

研究表明,CaO、PAC、CPAM投加量对絮凝效果的影响不同,为节省时间参照文献〔8〕进行正交试验。选择3因素4水平的正交表L9(34)进行试验,正交因素与水平见表2,具体试验方案见表3。

表2 因素水平

水平CPAM 投加量(C)/(mg·L-1)1 200 400 10 2 400 500 15 3 600 600 20因素CaO 投加量(A)/(mg·L-1)PAC 投加量(B)/(mg·L-1)

表3 正交试验结果

序号 因素 透光率/%A B C 200 400 10 85.5 2 400 400 15 83.6 3 600 400 20 74.6 4 200 500 15 91.5 5 400 500 20 84.0 6 600 500 10 77.0 7 200 600 20 89.9 8 400 600 10 88.1 9 600 600 15 85.6 K1 266.9 243.7 250.6 K2 255.7 252.5 260.7 K3 237.2 263.6 248.5均K1 88.97 81.23 83.53均K2 85.23 84.17 86.9均K3 79.07 87.87 82.83 R 9.9 6.63 4.67 1

压裂返排液中的悬浮物含量较高,主要为压裂液破胶后产生的胍胶碎片,胍胶破碎后在水中的溶解度降低,但仍有一定黏性。CaO加入水中后产生Ca(OH)2和 CaCO3,可吸附一定黏度的胍胶碎片,使其聚集上浮。另外,由于CaO的加入,pH变为碱性,在碱性条件下向返排液中投加PAC后,会较快形成有较强絮凝效果的多核羟桥络离子。不同CaO投加量对溶液pH的影响不同,可影响PAC水解成有效絮凝成分的含量,进而影响絮凝效果。

取200 mL水样,在PAC投加量为800 mg/L、CPAM投加量为20 mg/L的条件下,CaO加量由50 mg/L依次增加到1 000 mg/L(加药顺序为CaO、PAC、CPAM),测定水样透光率随着CaO投加量的变化情况,如图1所示。

2.3 对比实验

通过前期试验得到3种试剂的最优组合为A1B2C2(CaO 投加量 200 mg/L、PAC 投加量 500 mg/L、CPAM投加量15 mg/L),对该最优组合进行验证,同时考察提高试剂投加量对絮凝效果的影响,实验方案及结果见表4、图2。

从表4、图2可见,最优组合下,处理后返排液中的悬浮物为40 mg/L,含油13.3 mg/L。此后增加试剂投加量,当CaO投加量为200 mg/L、PAC投加量为600 mg/L、CPAM投加量为15 mg/L时,水样透光率可达 95.1%,悬浮物为 18 mg/L,含油 7.62 mg/L,满足现场要求。

3 结论

(1)CaO对压裂返排液有一定絮凝效果,在PAC投加量为 800 mg/L,CPAM投加量为 20 mg/L的条件下,CaO投加量由50 mg/L依次增至1 000 mg/L,返排液水样的透光率存在最大值,说明CaO投加量对絮凝效果有较大影响。

(2)由正交试验结果可知,3种试剂对返排液絮凝效果的影响顺序为CaO>PAC>CPAM,最优组合为A1B2C2,水样透光率最高可达91.5%。

线粒体通透性改变采用rhodamine-123染色确定。Rhodamine-123对线粒体的细胞膜进行选择性染色,染色浓度为5 μg/mL,37 ℃与细胞孵育30 min,在共聚焦显微镜(Nikon EZ-C1)下以488 nm波长激发并观察线粒体细胞膜染色变化。

表4 实验方案

序号 CaO/(mg·L-1) PAC/(mg·L-1) CPAM/(mg·L-1)1 200 500 15 2 200 600 15 3 200 700 15 4 300 600 15 5 200 600 20

图2 投加量对絮凝效果的影响

(3)由对比实验可知,当CaO投加量为200mg/L,PAC投加量为600mg/L,CPAM投加量为15mg/L时,对压裂返排液的处理效果最好,出水中悬浮物为18 mg/L,含油 7.62 mg/L。

参考文献

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[2]高玺莹,王宝辉,彭宏飞,等.标准Fenton试剂处理压裂余液的实验研究[J].水资源与水工程学报,2010,21(2):139-141.

[3]李子旺.交联胍胶对油田污水处理的影响[D].大庆:东北石油大学,2016.

[4]何焕杰,位华,郑泽旭,等.页岩气压裂返排液重复利用技术[J].工业水处理,2017,37(2):91-94.

[5]张鑫,白玲玲,黄佳佳,等.CaO絮凝沉淀-树脂吸附两步法处理制药废水[J].化工进展,2011,30(3):671-680.

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[7]刘良.厌氧消化液氨氮吹脱和钙剂絮凝工艺研究[D].北京:中国农业大学,2015.

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Fracturing flow-back fluid treatment by mixing CaO/PAC/CPAM

Li Ziwang,Li Shigang,Wang Xinle,Zhang Yunhao,Wang Sheng,Huo Zhijian
(Safety&Environmental Sloution Sub-Co.,CNOOC Energy Technology&Service Ltd.,Co.,Tianjin 300547,China)

Abstract: The influence of CaO,PAC,CPAM on flocculation and the best complex combination of three flocculants are studied.The light transmission rate of the water is about 87.9%-92.0%,when the dosages of PAC,CPAM,and CaO are 20 mg/L,800 mg/L and 200-800 mg/L,respectively.It is proved that the sequence of effect is CaO>PAC>CPAM by orthogonal experiments.Comparative experiments have been carried out on the base of optimal results.It shows that the light transmission rate is 95.1%,the suspended solid content in water is 18 mg/L,and the oil in water is 7.62 mg/L,under the optimal combination of 200 mg/L CaO,600 mg/L PAC and 15 mg/L CPAM at 45℃ for an hour.

Key words: fracturing flow-back fluid;oilfield water treatment;flocculation

[中图分类号]X74

[文献标识码]A

[文章编号]1005-829X(2020)04-0101-03

DOI:10.11894/iwt.2019-0421

[作者简介] 李子旺(1989— ),硕士,工程师。E-mail:lizw7@cnooc.com.cn。

[收稿日期]2020-02-18(修改稿)

文章来源:《工业水处理》 网址: http://www.gysclzz.cn/qikandaodu/2020/0515/353.html

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