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论页岩气井压裂反排污水处理设备应用

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摘要:页岩气开发过程中,处理压裂作业伴生污水的设备需要满足较好的移动运输性、实用性、能根据现场水质要求对处理流程进行调整等要求。从水处理流程工艺方案确定角度出发,介绍设备的主要组成以及功能,并详细分析不同的组块和流程,为页岩气井压裂反排污水处理设备的研制与应用研究提供参考。

关键词:页岩气开发;压裂作业;伴生污水

0引言

目前国内常规压裂污水主要采用管网输送至水处理基站进行集中处理,该方式适用于大多数地势平坦、管网建设投资充裕的地区。由于一体化处理设备的体积较大,通常需要采用低平板拖车进行转移和运输,因此仅适用于运输条件好、通过性强的地区,并且处理后的水质仅能达到回用标准。延长页岩井开发区多处于山区地形中,存在单井距离较远,井位间沟壑较多的状况,因此该地区不适合建设管网系统。同时,井区多为临时开通的简易道路,有坡陡转弯半径小的特点,底平板拖车在该地区无法使用。目前,延长井区常规压裂作业使用水罐车从基地送上清水并拉走污水,工业用水成本较大,因此该地区污水处理优先考虑废水重复利用。

1水处理流程工艺方案确定

结合现场取样分析,对该地区压裂作业伴生污水进行室内工艺试验,可初步确定污水处理工艺核心思想包括3部分:首先,工艺设备在应用时具有经济性和实施性;其次,设备操作简便,后期维护便捷;最后,通过结合物理和化学处理方法,并有效融合精密处理和常规处理手段。针对储存池中的污水处理,通常利用提升装置将其运输到管道混合系统当中,并依照规范的工艺顺序和要求加入预先配比好的凝缩聚合氯化铝、聚丙烯酰胺药剂,并根据具体情况添加pH调节剂和柠檬酸等药剂。药剂在管道混合系统中与污水充分混合后,进入强化絮凝沉降系统,反应产生沉淀进行出初步分离,并取清液进入气浮装置。气浮装置为粗—精两级浮选除杂工艺,为后续袋芯精密过滤系统和膜过滤系统提供稳定的入水条件。其中,膜过滤系统为可选择性流程,如果产水要求过高,可进行选配。

2设备的主要组成以及功能

依照山区地貌实际情况,压裂反排污水处理设备设计为适合当地运输车辆的模块化撬装式结构,模块之间采用胶管由壬进行快速连接。根据工艺流程,该设备整合成沉降模块、加药混合过滤模块、多级浮选模块及膜过滤模块4个基础单元,用户可根据生产现场工艺流程需求进行模块的增减应用。

2.1沉降模块由于作为沉淀分离使用的沉降模块所占空间较大,因此设计为单独模块。沉降模块主要包括是3个工艺过程,分别为强化分离、初级化学反应、污水整合提升。加药反应后的液体在沉降罐里加速强化分层,后续流程通过抽取分层液中的上清液部分进行过滤。目前,传统技术手段使用的是多套(3~4套)自然沉降罐,多罐轮流沉淀,过滤流程抽取沉淀分离后的上清液层进行下一步的处理。该方式主要以自然沉降方法为主,通过将药加入到污水当中来得到矾花絮凝物,并能够沉入水底,实现有效的分离。如果应用传统技术手段,则需要使用矩形罐体结构,缺少相应的附属装置,导致沉淀性能比较弱,沉降时间过长。改进后装置采用了浅池原理制作的斜管沉降池。浅池理论原理发展形成的斜管沉淀池在石油水处理方面也有所应用,但是作为移动设备沉降罐装置的实际应用还比较少。浅池理论原理理论上是平流式沉淀池工作能力的3~5倍。在实施水力设计以及计算过程中,通过静止浮生法能够对水质以及油滴粒径分布情况进行了解,并对需要去除的油滴性质进行确定,从而获取相关设备的组数、角度以及直径,确保其能够达到最优的应用效果,必要时依照测算结果来对有关参数进行调整。

2.2加药混合过滤模块加药混合过滤模块主要由管混、过滤提升泵、袋—芯式滤罐组、紫外线杀菌仪以及加药装置组成的一个设备组。模块主要完成过滤杀菌工艺,斜管沉淀池分离后的上清液经过袋—芯式过滤罐过滤,然后液体经过紫外线杀菌仪进行杀菌。应用袋—芯式过滤罐时,其滤料主要通过金属网支撑,滤袋能有效拦截杂质,应用的紫外线杀菌仪需要进行封闭使用,紫外线杀菌仪为管道封闭式设备,主要工作原理是通过紫外线光子对水中的致病脱氧核糖核酸细菌、不同病毒以及细菌进行破坏,使得脱氧核糖核酸中的结构键断裂,最终以光化学聚合反应的方式达到灭菌目的。该设备的优势在于能够消灭各种病毒以及细菌(理论上可以达到99%的杀菌效果),并且整个过程能够瞬间完成。同时,该设备能够依照额定消毒水范围、依照不同的水质来进行操作,整个过程不会改变水的性质,不会出现其他任何的副产物,具有噪声小、设备体积小、操作简单以及运行费用低等特点。

2.3多级浮选模块多级浮选模块应用的设备在二级或二级以上,通过串联方式来分离残余浮油和杂质。由于油田污水水质内部情况复杂多变,并且涉及黏稠油类,因此要通过涡凹式气浮机来实施。该设备应用时不涉及精密元件,结构简单容易操作,后期维护比较方便。在处理固体悬浮物和石油类悬浮物时,处理效果不低于80%,COD(ChemicalOxygenDemand,化学需氧量)以及BOD(BiochemicalOxygenDemand,生化需氧量或生化耗氧量)处理效果不低于60%,能够以好氧方式解决臭气。多级浮选模块的设置主要为后续精密过滤和膜过滤提供稳定入水水质。在实际应用中,其COD去除率为50%~70%,BOD去除率为80%,SS(SuspendedSubstance,悬浮物)去除率在95%以上,能有效降低膜过滤模块的处理负载,延长袋芯过滤系统的滤材更换周期。

2.4膜过滤模块膜过滤模块主要采用横向流膜过滤技术,即超滤技术。主要技术是利用膜表面的孔来进行物理筛分,使得溶质粒子和溶剂能够通过膜进入低压侧,最终得到的为滤液,并有效截留微粒和大分子组分。现场使用的管式超滤污水处理设备运行近一年时间,使用效果稳定。该装置抗冲击能力强,出水完全满足低渗透油藏对注入水质的要求。从现场运行来看,只要能够保证膜过滤设备的入水水质要求,就可以降低常规膜过滤设备在石油污水处理过程中反清洗周期短的缺点。

3结束语

延长地区页岩气井压裂污水处理设备目前还处于试验摸索阶段,外排为目的的处理液和重复利用为目的的处理液在水质指标上有较大差异,造成设备的处理能力和处理流程调整均有不同方案。因此,在设计设备时,主要思想是根据处理后液体的使用目的确定处理过程的精细程度和流程长短。

参考文献

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作者:赵耀玮 单位:中国石化中原油田分公司采油气工程服务中心

论页岩气井压裂反排污水处理设备应用责任编辑:陈老师    阅读:人次
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