移动式井下作业返排液/残液处理装置及施工现场处理方法与流程

本发明涉及油气田开发领域，尤其是一种移动式井下作业返排液/残液处理装置及施工现场处理方法。

背景技术：

井下作业是油气田勘探开发过程中的重要环节。在试油、修井、酸化、压裂等多种施工作业中常伴随返排液/残液产生，其组成主要包括：地层水、含油污水、压井液、压裂液、残酸、漏失泥浆以及上述多种液体的混合物等，这些返排液/残液种类多样、成分复杂且交替变化，其处理难度大，是油田较难处理的残液之一。目前国内对其采取的处理方法主要分为三大类：物理、化学和生物方法。物理方法主要是对附体悬浮颗粒状油脂进行去除，但存在难以去除可溶性有害物质的缺点。化学方法是经过混凝法、氧化还原法、铁/碳电解法等进行处理，混凝法不能很好的处理cod；氧化还原法在反应同时引入大量离子，进而可能对液体产生二次污染；铁/碳电解法主要是各种方法的集合，包括絮凝、氧化、还原、络合和电沉积等，其存在需要酸化水降低ph值，增加处理成本，且填料表面长时间使用后容易产生钝化或板结现象，导致装置处理能力逐渐下降，污染负荷增大。生物学方法是通过使用微生物技术处理废水，具有有机污染物完全降解，微生物来源充分，环境适应能力强等优点，但其缺点是不能单独使用该方法，需要结合化学工艺来完成，并且所需时间较长，同时优势菌种的寻找也是一个难题。随着我国石油开发技术的进步和国家新环保法的深入推行，返排残液的处理限制了原有开采的进程。而针对井下作业领域所涉及的“措施返排废液、高矿化度地层水和含油污水等”尚未开展系统化、专业化的环保型处理技术研究。

技术实现要素：

针对上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种移动式井下作业返排液/残液处理装置及施工现场处理方法，使返排液/残液无害排放。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种移动式井下作业返排液/残液处理装置，包括泵送装置、电絮凝单元、联合降解单元和蒸发结晶单元，处理装置动力来源由施工现场发电机提供，各单元之间通过工艺连接管汇相连接，工艺连接管汇均由管道/管路与阀门组成，所有设备和控制单元采用整体模块化结构设计，共同橇装式安装于运输平板上；

所述泵送装置用于将井下作业返排液/残液泵送至电絮凝单元；

所述电絮凝单元包括依次连接的电絮凝装置、叠螺式压滤机和固废收集装置，所述电絮凝装置用于将泵送装置泵送的返排液/残液中的胶态杂质、悬浮杂质凝聚沉淀，同时使带电污染物颗粒被电极中和而脱稳聚沉；叠螺式压滤机用于将电絮凝装置中形成的絮凝沉淀物进行压缩脱水，得到固体废物；固废收集装置用于将经过叠螺式压滤机的固体废物进行沉淀分离和脱水；

所述联合降解单元包括超声波空化装置、电氧化降解装置；超声波空化装置接收电絮凝装置经电絮凝沉淀后的液体和叠螺式压滤机脱出的水分，利用超声波空化，除去返排液/残液中的有机污染物，再经电氧化降解装置电氧化处理，将有机物分解为co2和h2o，处理后的液体进入后续蒸发结晶单元，处理后形成的含水微固相沉淀返回叠螺式压滤机将联合降解装置中形成的微固相沉淀物经叠螺式压滤机进行压缩脱水，叠螺式压滤机脱出的水分再循环到超声波空化装置，得到固体废物进入固废收集装置；

所述蒸发结晶单元包括依次连接的换热器、低温蒸发结晶装置和结晶盐收集装置，换热器接收经电氧化降解装置电氧化处理后的液体，对液体进行预加热；低温蒸发结晶装置对预加热的液体通过热水和冷空气的直接接触，实现气体的加热增湿、液体蒸发变为蒸汽、无机盐结晶；结晶盐收集装置用于收集经低温蒸发结晶装置处理后产生的复合无机盐盐结晶。

所述叠螺式压滤机采用含水絮凝沉淀物在前进的过程中，随着滤缝及螺距的逐渐变小被不断挤压，达到脱水。

所述电絮凝装置采用电絮凝原理，在电场的作用下，阳极产生电子形成微絮凝剂——铁或铝的氢氧化物，废水中悬浮的颗粒、胶体污染物在絮凝剂作用下失去稳定性，脱稳后的污染物颗粒和微絮凝剂之间相互碰撞，不投加任何氧化剂或还原剂，结合成肉眼可见的大絮体。

上述移动式井下作业返排液/残液处理装置的施工现场处理方法，包括以下步骤：

步骤一：施工现场连接管线，并启动动力系统，打开管道阀门；

步骤二：井下作业施工过程中产出的各种返排液/残液，通过管道与阀门的控制，经过工艺连接管汇，由泵送装置输送至电絮凝单元，将井下作业返排液/残液通过泵送装置输送至电絮凝单元；

步骤三：在电絮凝单元中，返排液/残液中的胶态杂质、悬浮杂质凝聚沉淀，同时使带电污染物颗粒被电极中和而脱稳聚沉，经电絮凝沉淀后的液体进入后续联合降解单元，形成的多种含水沉淀物进入叠螺式压滤机，随着滤缝及螺距的逐渐变小被不断挤压，达到充分脱水的目的，被脱出的水分进入联合降解单元，脱水后得到的固体废物进入固废收集装置；

步骤四：在联合降解单元中，液体通过超声波空化装置和电氧化降解装置，在超声波空化作用和电氧化作用的联合作用下，最大限度地提高液体中有机物的降解反应强度和反应速率，将有机物分解为co2和h2o，处理后的液体进入后续蒸发结晶单元，处理后形成的含水微固相沉淀进入叠螺式压滤机，在前进的过程中，随着滤缝及螺距的逐渐变小被不断挤压，达到充分脱水的目的，被脱出的水分再次进入联合降解单元，脱水后得到的固体废物进入固废收集装置；

步骤五：在蒸发结晶单元中，液体首先流经换热器得到预加热，再进入低温蒸发结晶单元装置，利用空气在不同温度下饱和含湿量不同的特征，通过热水和冷空气的直接接触在液体和空气之间建立传质传热关系，实现气体的加热增湿、液体蒸发、无机盐结晶，得到的蒸汽进行空放处理，得到的复合结晶盐则由结晶收集装置进行收集；

步骤六：做好固废收集和结晶收集的集中处理收尾工作。

所述步骤二中井下作业是指试油作业、修井作业、酸化作业或压裂作业。

本发明的有益效果是：本发明通过电絮凝技术、联合降解技术和低温蒸发结晶技术实现井下作业返排液/残液高效绿色环保处理，整体处理过程中无化学药剂添加，不形成二次化学污染，且可实现现场废液零排放，去除彻底，处理成本低，只需一次性对设备进行设备投资，处理能力能够达到30m³/d。此外，移动式井下作业施工现场返排液/残液处理装置采用撬装式设计，实现设备的灵活机动调运，占地面积小，设备简单，设备维护简单，只需要改变电场的外加电压就能控制运行条件的改变，很容易实现自动化控制，特别适用于野外作业现场。

附图说明

图1是本发明移动式井下作业返排液/残液处理装置及处理流程示意图。

图中：ⅰ—泵送装置、ⅱ—电絮凝单元、ⅲ—联合降解单元、ⅳ—蒸发结晶单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明的移动式井下作业返排液/残液处理装置，包括泵送装置ⅰ、电絮凝单元ⅱ、联合降解单元ⅲ和蒸发结晶单元ⅳ，处理装置动力来源由施工现场发电机提供，各单元之间通过工艺连接管汇相连接，工艺连接管汇均由管道/管路与阀门组成，所有设备和控制单元采用整体模块化结构设计，共同橇装式安装于运输平板上；方便运输，适用于野外作业现场使用。

所述泵送装置ⅰ用于将井下作业返排液/残液泵送至电絮凝单元ⅱ；

所述电絮凝单元ⅱ包括依次连接的电絮凝装置1、叠螺式压滤机2和固废收集装置3，所述电絮凝装置1用于将泵送装置ⅰ泵送的返排液/残液中的胶态杂质、悬浮杂质凝聚沉淀，同时使带电污染物颗粒被电极中和而脱稳聚沉；叠螺式压滤机2用于将电絮凝装置1中形成的絮凝沉淀物进行压缩脱水，得到固体废物；固废收集装置3用于将经过叠螺式压滤机2的固体废物进行沉淀分离和脱水；

所述联合降解单元ⅲ包括超声波空化装置4、电氧化降解装置5；超声波空化装置4接收电絮凝装置1经电絮凝沉淀后的液体和叠螺式压滤机2脱出的水分，利用超声波空化，除去返排液/残液中的有机污染物，再经电氧化降解装置5电氧化处理，将有机物分解为co2和h2o，处理后的液体进入后续蒸发结晶单元ⅳ，处理后形成的含水微固相沉淀返回叠螺式压滤机2将联合降解装置中形成的微固相沉淀物经叠螺式压滤机2进行压缩脱水，叠螺式压滤机2脱出的水分再循环到超声波空化装置4，得到固体废物进入固废收集装置3；

所述蒸发结晶单元ⅳ包括依次连接的换热器6、低温蒸发结晶装置7和结晶盐收集装置8，换热器6接收经电氧化降解装置5电氧化处理后的液体，对液体进行预加热；低温蒸发结晶装置7对预加热的液体通过热水和冷空气的直接接触，实现气体的加热增湿、液体蒸发变为蒸汽、无机盐结晶；结晶盐收集装置8用于收集经低温蒸发结晶装置7处理后产生的复合无机盐盐结晶。

所述叠螺式压滤机2采用含水絮凝沉淀物在前进的过程中，随着滤缝及螺距的逐渐变小被不断挤压，达到脱水。

所述电絮凝装置1采用电絮凝原理，在电场的作用下，阳极产生电子形成微絮凝剂——铁或铝的氢氧化物，废水中悬浮的颗粒、胶体污染物在絮凝剂作用下失去稳定性，脱稳后的污染物颗粒和微絮凝剂之间相互碰撞，不投加任何氧化剂或还原剂，结合成肉眼可见的大絮体。

上述移动式井下作业返排液/残液处理装置的施工现场处理方法，包括以下步骤：

步骤一：施工现场连接管线，并启动动力系统，控制系统，打开管道阀门；

步骤二：井下作业施工过程中产出的各种返排液/残液，通过管道与阀门的控制，经过工艺连接管汇，由泵送装置ⅰ输送至电絮凝单元ⅱ，将井下作业返排液/残液通过泵送装置输送至电絮凝单元ⅱ；

步骤三：在电絮凝单元ⅱ中，返排液/残液中的胶态杂质、悬浮杂质凝聚沉淀，同时使带电污染物颗粒被电极中和而脱稳聚沉，经电絮凝沉淀后的液体进入后续联合降解单元ⅲ，形成的多种含水沉淀物进入叠螺式压滤机2，随着滤缝及螺距的逐渐变小被不断挤压，达到充分脱水的目的，被脱出的水分进入联合降解单元ⅲ，脱水后得到的固体废物进入固废收集装置3；

步骤四：在联合降解单元ⅲ中，液体通过超声波空化装置4和电氧化降解装置5，在超声波空化作用和电氧化作用的联合作用下，最大限度地提高液体中有机物的降解反应强度和反应速率，将有机物分解为co2和h2o，处理后的液体进入后续蒸发结晶单元ⅳ，处理后形成的含水微固相沉淀进入叠螺式压滤机2，在前进的过程中，随着滤缝及螺距的逐渐变小被不断挤压，达到充分脱水的目的，被脱出的水分再次进入联合降解单元ⅲ，脱水后得到的固体废物进入固废收集装置3；

步骤五：在蒸发结晶单元ⅳ中，液体首先流经换热器6得到预加热，再进入低温蒸发结晶单元装置7，利用空气在不同温度下饱和含湿量不同的特征，通过热水和冷空气的直接接触在液体和空气之间建立传质传热关系，实现气体的加热增湿、液体蒸发、无机盐结晶，得到的蒸汽进行空放处理，得到的复合结晶盐则由结晶收集装置8进行收集；

步骤六：做好固废收集和结晶收集的集中处理收尾工作。

所述步骤二中井下作业是指试油作业、修井作业、酸化作业或压裂作业。

具体地说，施工现场由发电机提供系统动力，井下作业包括试油、修井、酸化、压裂等多种作业施工过程中产出的各种返排液/残液，通过管道与阀门的控制，经过工艺连接管汇，由泵送装置ⅰ输送至电絮凝单元ⅱ，返排液/残液中的胶态杂质、悬浮杂质凝聚沉淀，同时使带电污染物颗粒被电极中和而脱稳聚沉，经过电絮凝装置1沉淀后的液体进入后续联合降解单元ⅲ，形成的多种含水沉淀物进入叠螺式压滤机2中前进，随着滤缝及螺距的逐渐变小被不断挤压，达到充分脱水的目的，被脱出的水分进入联合降解单元ⅲ，脱水后得到的固体废物进入固废收集装置3；在联合降解单元ⅲ中，液体通过超声波空化装置4的超声波空化作用和电氧化降解装置5的电氧化作用，可最大限度地提高液体中有机物的降解反应强度和反应速率，将有机物分解为co2和h2o，经联合降解单元ⅲ处理后的液体进入后续蒸发结晶单元ⅳ，处理后形成的含水微固相沉淀进入叠螺式压滤机2，在前进的过程中，随着滤缝及螺距的逐渐变小被不断挤压，达到充分脱水的目的，被脱出的水分再次进入联合降解单元ⅲ，脱水后得到的固体废物进入固废收集装置3；在蒸发结晶单元ⅳ中，液体首先流经换热器6得到预加热，再进入低温蒸发结晶单元装置7，实现气体的加热增湿、液体蒸发、无机盐结晶，得到的蒸汽进行空放处理，得到的复合结晶盐则由结晶收集装置8进行收集，最终实现现场无害排放。

所述电絮凝装置1利用电絮凝原理，在电场的作用下，阳极产生电子形成“微絮凝剂”——铁或铝的氢氧化物，废水中悬浮的颗粒、胶体污染物在絮凝剂作用下失去稳定性，脱稳后的污染物颗粒和微絮凝剂之间相互碰撞，不需要投加任何氧化剂或还原剂，结合成肉眼可见的大絮体，所述电絮凝装置1用于将返排液/残液中的胶态杂质、悬浮杂质凝聚沉淀，同时使带电污染物颗粒被电极中和而脱稳聚沉；叠螺式压滤机2用于将电絮凝装置中形成的沉淀物进行压缩脱水，进而得到固体废物；固废收集装置3用于将返排液/残液中的各种杂质和固体颗粒物进行沉淀分离和脱水，使分离后得到的液体中的固体悬浮物浓度降低至一定标准，同时降低液体后续处理能耗。

所述超声波空化装置4利用超声波空化原理，超声波作用于返排液/残液时，对其产生空化作用，液体内无数微小气泡在极短时间内0.1μs的生长和湮灭，在分子层面表现为具有强大冲击力的微射流速度约为110m/s，同时产生局部高温5000k、高压180mpa和强力震荡作用，即通过超声波空化的化学效应和热效应最终造成高分子有机物化学键断裂，进而降解为co2和h2o，除去返排液/残液中的有机污染物；所述电氧化装置5利用电氧化原理，通过直接电化学反应和间接电氧化连锁自由基反应，电极在电场作用下，分解h2o，产生具有强氧化能力且对有机物无选择性的羟基自由基--oh，从而使许多有机污染物，特别是生物难降解的有机物迅速完全降解为co2和h2o，除去返排液/残液中的有机污染物；所述电氧化装置5使有机物叠螺式压滤机2用于将联合降解装置中形成的沉淀物进行压缩脱水，进而得到固体废物；固废收集装置3通过超声波空化作用和电氧化作用的联合作用，极大地提高有机物降解反应强度和反应速率，用于去除返排液/残液中的有机物，使联合降解后得到的液体中的有机物含量降低至一定标准，同时降低液体后续处理能耗。

所述换热器6对来源液体进行加热；低温蒸发结晶装置7利用空气在不同温度下饱和含湿量不同的特征，在蒸发结晶室中，利用低温蒸发结晶原理，通过热水和冷空气的直接接触在液体和空气之间建立传质传热关系，实现气体的加热增湿、液体蒸发变为蒸汽、无机盐结晶；结晶盐收集装置8用于收集经低温蒸发结晶装置7处理后产生的复合无机盐盐结晶，最终实现现场废液零排放。

所述换热器6对进入低温蒸发结晶装置的液体进行预加热，以满足加热液体在低温蒸发单元中的反应需求。所述叠螺式压滤机2使含水絮凝沉淀物在叠螺式压滤机前进的过程中，随着滤缝及螺距的逐渐变小被不断挤压，达到充分脱水的目的。所述固废收集装置3用于收集经叠螺式压滤机脱水后产生的固体废弃物。所述移动式井下作业返排液/残液无害排放的高效绿色环保处理系统的返排液/残液处理能力可达到30m³/d。

综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，相同领域内的有识之士可以在本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的范围之内。