一种油气田压裂废液的处理方法及处理装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种油气田压裂废液的处理方法及处理装置，属于油气田环保工程技术领域，能够满足压裂废液不同处理目的的需求。该处理方法包括以下步骤：将压裂废液依次进行化学氧化、电絮凝和粗滤处理；将粗滤处理后的废液进行三维电催化氧化处理；将三维电催化氧化处理的废液进行精滤处理，得到符合压裂液配液标准的液体。本发明所提供的油气田压裂废液的处理方法可应用于油气田压裂废液的处理过程中。
【专利说明】
一种油气田压裂废液的处理方法及处理装置
技术领域
[0001] 本发明涉及油气田环保工程技术领域，特别涉及一种油气田压裂废液的处理方法 及处理装置。
【背景技术】
[0002] 压裂是一项油气井增产的主要措施，为各油气田广泛采用，特别是低渗透油藏开 发过程中。压裂施工过程中会产生大量的废液，废液中既有从地层带出的粘土颗粒，还有原 油及压裂液中的添加剂等污染物，其中主要成分是固体悬浮物（包括地层微粒、压裂支撑 剂、破胶残渣及机械杂质）、原油、溶解性有机物、无机盐、细菌等，是一种组成复杂、稳定的 多相分散体系。压裂废液或返排液，通常具有粘度高、组成复杂、污染物浓度高、化学需氧量 高、污染物难降解、矿化物及机械杂质高等特点，严重危害环境安全。并且，由于压裂废液总 量很大，如直接进入油气田水处理系统，将会严重影响水集输与处理系统的正常运行，干扰 油气田的正常生产。目前能达到排放标准或者能循环回用的极少，提出的处理工艺流程或 难达标或实际不可行或处理成本较高。
[0003] 目前，压裂废液的处理多采用联合工艺方法，已经公开的如CN 104045179 A的"化 学氧化-絮凝-沉降分离"、CN 105064970 A的"氧化-絮凝-液固离心分离-离子置换树脂过 滤"、CN 104140173 A的"絮凝-电化学氧化-氧化剂高级氧化-超滤膜过滤"、CN 105217850 A "絮凝预处理-芬顿和铁碳初级氧化-惰性协同电解高级氧化-活性炭吸附"、CN 104556486 A的"絮凝分离-高温高压（260-340°C、8-15MPa)化学氧化"等方法。其中，"化学氧化-絮凝-沉降分离"方法中沉降分离时间较长不适宜工业应用；"氧化-絮凝-液固离心分离-离子置 换树脂过滤"方法中"液固离心分离后直接进入离子置换树脂过滤"实际操作可能性不大； "絮凝-电化学氧化-氧化剂高级氧化-超滤膜过滤"方法中"经化学高级氧化后直接超滤膜 过滤"实际操作可能性较小；"絮凝预处理-芬顿和铁碳初级氧化-惰性协同电解高级氧化-活性炭吸附"方法中"芬顿和铁碳初级氧化"均需在较低的pH下进行，过程中需用到酸，因此 对设备的腐蚀性较大，且铁碳氧化法使得材料易板结，工艺过程复杂；"絮凝分离-高温化学 氧化"方法中需在高温高压条件下进行，不仅存在安全问题，而且处理成本也非常高。
[0004] 综上，现有的压裂废液处理方法虽有一定的处理效果，但存在或无可实际操作性， 或成本太高、或灵活性不足不能满足压裂液处理后或回注、或外排、或重新配液的要求。
【发明内容】
[0005] 本发明针对现有技术的不足，提供一种油气田压裂废液的处理方法及处理装置， 以满足压裂废液不同处理目的的需求。
[0006] 本发明的一方面提供了一种油气田压裂废液的处理方法，包括以下步骤：
[0007] 将压裂废液依次进行化学氧化、电絮凝和粗滤处理；
[0008] 将粗滤处理后的废液进行三维电催化氧化处理；
[0009] 将三维电催化氧化处理的废液进行精滤处理，得到符合压裂液配液标准的液体。
[0010]作为优选方案，在精滤处理后，还包括对精滤后的废液进行离子交换处理的步骤。 [0011]在本发明的上述技术方案中，在化学氧化处理中，所使用的氧化剂为臭氧、双氧 水、次氯酸和高铁酸钾中的至少一种。
[0012] 可选的，所述氧化剂的加入量为500-3000mg/L。
[0013] 在本发明的上述技术方案中，在电絮凝处理中，所使用的电絮凝阳极极板为可溶 性的铝或铁极板，槽电压为1-20V，电流密度为20-200A · πΓ2,处理温度为5-70°C。
[0014] 在本发明的上述技术方案中，在粗滤处理中，利用核桃壳和石英砂进行两级过滤。 [0015]在本发明的上述技术方案中，在三维电催化氧化处理中，所使用的电极板为过渡 金属纳米涂层惰性电极，所述电极板的间距为〇.5-l〇 Cm，槽电压为1-20V，电流密度为30_ 100A · m-2,处理温度为5-70°C。
[0016] 在本发明的上述技术方案中，在精滤处理中，利用滤芯孔径为1_5μπι的陶瓷烧结管 进行过滤。
[0017] 在本发明的上述技术方案中，在离子交换处理中，所使用的离子交换树脂为大孔 弱酸离子交换树脂。
[0018] 本发明的另一方面提供了一种实施如上述技术方案所述的油气田压裂废液处理 方法的处理装置，包括依次连接的预处理单元、三维电催化氧化单元、精滤单元和精细处理 单元，其中，
[0019] 所述预处理单元用于对压裂废液依次进行化学氧化、电絮凝和粗滤处理；
[0020] 所述精细处理单元用于对所述精滤单元精滤后的废液进行离子交换处理，得到符 合压裂液配液标准的液体。
[0021] 本发明提供了一种油气田压裂废液的处理方法及装置，与现有的处理方法相比， 本方法先利用化学氧化、电絮凝和粗滤步骤对压裂废液进行预处理，其中，电絮凝处理可将 易于被絮凝方法除去的以及不易于被絮凝方法除去的污染物被有效去除，从而可提高三维 电催化氧化的处理效率，进一步提高油气田压裂废液的处理效率。此外，本方法在进行电催 化氧化时，所采用的是三维电催化氧化处理，相比于二维电催化氧化处理而言能够提供更 大的反应表面，进一步提高处理效率。并且，本发明所提供的处理方法对废水的pH值适应范 围宽，一般不需调节废水的pH值，因此具有很强的可实际操作性，可满足压裂废液处理后重 新配制符合压裂液配液标准的液体的要求。
【具体实施方式】
[0022] 下面将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。
[0023]本发明实施例的一方面提供了一种油气田压裂废液的处理方法，包括以下步骤： [0024] S1:将压裂废液依次进行化学氧化、电絮凝和粗滤处理；
[0025] 在本步骤中，主要是对压裂废液进行预处理，在预处理步骤中，主要分为三个阶 段，即化学氧化、电絮凝和粗滤，其中，由于电絮凝的絮凝剂为原位或即时生成，因此活性较 高，絮凝效果好，而且电絮凝兼具絮凝及气浮功能，在对机械杂质进行絮凝去除的同时，可 将絮凝产生的絮渣上浮去除，经粗滤处理后，可使压裂废水中的机械杂质达到较低含量，这 样再进入三维电催化氧化单元，就可以提高三维电催化氧化单元的处理效率。
[0026] S2:将粗滤处理后的废液进行三维电催化氧化处理；
[0027]在本步骤中，通过三维电催化氧化对粗滤处理后的废液进行处理，所谓的三维电 催化氧化所采用的电极是三维电极，即在传统的二维电极板间填充颗粒状或碎肩状的工作 电极材料，并使所填充的电极材料表面带电而成为第三电极，从而在其表面发生电化学反 应。相比于二维电催化氧化，三维电催化氧化能够提供的反应表面更大，处理效率更高。 [0028] S3:将三维电催化氧化处理的废液进行精滤处理，得到符合压裂液配液标准的液 体。
[0029]在本步骤中，对三维电催化氧化处理的废液进行精滤处理，这样可过滤除去粒径 更小的杂质，得到符合压裂液配液标准的液体，从而可满足后续不同处理目的的需要。
[0030] 本发明实施例提供的油气田压裂废液的处理方法与现有的处理方法相比，先利用 化学氧化、电絮凝和粗滤步骤对压裂废液进行预处理，其中，电絮凝处理可将易于被絮凝方 法除去的以及不易于被絮凝方法除去的污染物被有效去除，从而可提高三维电催化氧化的 处理效率。此外，本方法在进行电催化氧化时，所采用的是三维电催化氧化处理，相比于二 维电催化氧化处理而言能够提供更大的反应表面，进一步提高处理效率。并且，本发明所提 供的处理方法对废水的pH值适应范围宽，一般不需调节废水的pH值，因此具有很强的可实 际操作性，可使压裂废液处理后重新配制的液体符合压裂液配液标准的要求。
[0031] 在本发明的一优选实施例中，在精滤处理后，还包括S4:对精滤后的废液进行离子 交换处理的步骤。在本实施例中，为了能够得到符合后续要求的液体，还可对精滤后的废液 进行进一步的处理，作为优选方法，本实施例中对精滤后的废液进行了离子交换处理，这样 可使离子交换后的液体进一步符合压裂液配液的标准或其它液体标准，从而可有效重复利 用该液体，达到环境保护的目的。
[0032] 在本发明的一实施例中，在化学氧化处理中，所使用的氧化剂为臭氧、双氧水、次 氯酸和高铁酸钾中的至少一种。在本实施例中，所选用的氧化剂均为强氧化剂，但可以理解 的是，本实施例中可使用的氧化剂并不局限于上述所列举的，还可以是本领域所熟知的其 它氧化剂，只要能够将压裂废液充分氧化即可。
[0033]在本发明的一优选实施例中，所述氧化剂的加入量为500-3000mg/L。在本实施例 中，所加入的氧化剂的量只要符合上述范围即可满足实用需求，具体的可以是上述范围内 的任一点值，例如，1 〇〇〇mg/L、1500mg/L、2000mg/L、2500mg/L 等。
[0034] 在本发明的一实施例中，在电絮凝处理中，所使用的电絮凝阳极极板为可溶性的 铝或铁极板，槽电压为1-20V，电流密度为20-200A · nf2，处理温度为5-70 °C。在本实施例中， 给出了电絮凝处理中所需的参数，本领域技术人员可根据实际处理的压裂废液的情况对上 述参数在给出的范围内进行相应的调整。在可选的实施例中，槽电压可为5￥、1(^、15￥，电流 密度可为50A · m-2、100A · m-2、150A · m-2,处理温度可为 10°C、20°C、30°C、40°C、50°C、60°C。
[0035] 在本发明的一实施例中，在粗滤处理中，利用核桃壳和石英砂进行两级过滤。在本 实施例中，需对电絮凝处理后的废液进行粗滤，正如之前所提到的，电絮凝兼具絮凝及气浮 功能，在对机械杂质进行絮凝去除的同时，还可将絮凝产生的絮渣上浮，这样通过粗滤可将 这部分上浮的絮渣加以去除，因此可有效提高后续三维电催化氧化的处理效率。在本实施 例中，所使用的过滤介质为核桃壳和石英砂，可以理解的是，本实施例并不局限于此，还可 以使用本领域中能够与核桃壳或石英砂进行相互替代的其它介质进行粗滤。
[0036] 在本发明的一实施例中，在三维电催化氧化处理中，所使用的电极板为过渡金属 纳米涂层惰性电极，所述电极板的间距为0.5-lOcm，槽电压为1-20V，电流密度为30-100A· πΓ2,处理温度为5-70Γ。在本实施例中，给出了三维电催化氧化处理中所需的参数，本领域 技术人员可根据实际处理的压裂废液的情况对上述参数在给出的范围内进行相应的调整。 在可选的实施例中，电极板的间距可为lcm、2cm、3cm、4cm、5cm、6cm、7cm、8cm、9cm;槽电压可 为 5￥、10￥、15￥，电流密度可为5(^.111-2、7(^.111-2、9(^.111- 2，处理温度可为10°(：、20°(：、30°(：、 40。。、50。(：、60。(：。
[0037] 在本发明的一实施例中，在精滤处理中，利用滤芯孔径为1_5μπι的陶瓷烧结管进行 过滤。在本实施例中，在将三维电催化氧化处理后得到的液体进行离子交换之前，还对其进 行了精滤处理，这样可确保后续进入离子交换处理的液体中不含或仅含有相当少的粒径小 于1Μ1的杂质，从而有利于离子交换的处理，也避免堵塞后续所使用的离子交换树脂。可以 理解的是，所使用的滤芯孔径还可为2Μ?、3μπι、4μπι的陶瓷烧结管。还可以理解的是，本实施 例并不局限于此，还可以使用本领域中能够与陶瓷烧结管进行相互替代的其它介质作为滤 芯。
[0038] 在本发明的一实施例中，在离子交换处理中，所使用的离子交换树脂为大孔弱酸 离子交换树脂。在本实施例中，所使用的离子交换树脂为大孔弱酸离子交换树脂，这样可有 利于后续处理得到的液体符合压裂液的配液标准，从而能够在处理后得以有效运用。
[0039]本发明实施例的另一方面提供了一种油气田压裂废液的处理装置，包括依次连接 的预处理单元、三维电催化氧化单元、精滤单元和精细处理单元，其中，
[0040] 所述预处理单元用于对压裂废液依次进行化学氧化、电絮凝和粗滤处理；
[0041] 所述精细处理单元用于对所述精滤单元精滤后的废液进行离子交换处理，得到符 合压裂液配液标准的液体。
[0042] 本发明实施例还提供了一种油气田压裂废液的处理装置，与现有的处理装置相 比，本实施例提供的装置包括多个模块单元，各个模块单元相互分工，通过不同单元之间的 相互协作作用，可有效地对油气田压裂废液进行处理，从而使整个装置在应用上具有很强 的可实际操作性，并且最后可处理得到满足压裂废液处理后重新配制符合压裂液配液标准 的液体。
[0043] 为了能够更详细地描述本发明实施例所提供的气田压裂废液的处理方法及处理 装置，下面将结合具体实施例进行说明。
[0044] 实施例1
[0045]按500mg/L计量将氧化剂双氧水加入某油井压裂废液并经管道混合器混合均匀后 栗入氧化罐中进行氧化l〇min后，进入电絮凝单元处理lOmin后，电絮凝单元出水经核桃壳 与金刚砂两级过滤后，进入三维电催化氧化单元，处理15min后，栗入精滤单元经微孔过滤 器过滤后水，并入油田回注水系统回注。
[0046] 实施例2
[0047]按1000mg/L计量将氧化剂高铁酸钾加入某油井压裂废液并经管道混合器混合均 匀后栗入氧化罐中进行氧化15_20min后，进入电絮凝单元处理lOmin后，电絮凝单元出水经 核桃壳与金刚砂两级过滤后，进入三维电催化氧化单元，处理15min后，栗入精滤单元经微 孔过滤器过滤后水进入精细处理单元进行离子交换处理，离子交换出水重新用于压裂液的 配制。
[0048] 实施例3
[0049]按3000mg/L计量将氧化剂次氯酸加入某油井压裂废液并经管道混合器混合均匀 后栗入氧化罐中进行氧化l〇min后，进入电絮凝单元处理20min后，电絮凝单元出水经核桃 壳与金刚砂两级过滤后，进入三维电催化氧化单元，处理15min后，栗入精滤单元经微孔过 滤器过滤后水，并入油田水处理系统回注。
[0050] 对比例
[0051] 按1000mg/L计量将氧化剂双氧水加入某油井压裂废液并经管道混合器混合均匀 后栗入氧化罐中进行氧化l〇min后，在氧化管出口出将絮凝剂按1000mg/L加入水中经管道 混合器混合后，进入核桃壳与金刚砂两级过滤后，进入二维电催化氧化单元，处理15min后， 栗入精滤单元经微孔过滤器过滤后水，并入油田回注水系统回注。
[0052]性能测试
[0053]将上述实施例1、3中的经精滤单元微孔过滤器过滤后的液体以及实施例2中的经 精滤单元微孔过滤器过滤后、再进入精细处理单元进行离子交换处理后的液体与对比例中 的经精滤单元微孔过滤器过滤后的液体进行比较，参见表1。
[0054]表1实施例1 -3以及对比例中经处理后的液体的相关指标的对比
[0056]结果可发现，相较于对比例，在实施例1-3最后得到的液体中，每升液体中的Ca2+、 1%2+及3+及2+、油悬浮物彼）、化学需氧量(〇)0)均有所减少，液体的水质得到有效改善，且 实施例2中的经精滤单元微孔过滤器过滤后、再进入精细处理单元进行离子交换处理后的 液体的水质更是得到显著改善，满足了油气田压裂废液在处理后可用于后续不同处理目的 的需求。
【主权项】
1. 一种油气田压裂废液的处理方法，其特征在于，包括以下步骤： 将压裂废液依次进行化学氧化、电絮凝和粗滤处理； 将粗滤处理后的废液进行三维电催化氧化处理； 将三维电催化氧化处理的废液进行精滤处理，得到符合压裂液配液标准的液体。2. 根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，在精滤处理后，还包括对精滤后的废 液进行离子交换处理的步骤。3. 根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，在化学氧化处理中，所使用的氧化剂 为臭氧、双氧水、次氯酸和高铁酸钾中的至少一种。4. 根据权利要求3所述的处理方法，其特征在于，所述氧化剂的加入量为500-3000mg/ L〇5. 根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，在电絮凝处理中，所使用的电絮凝阳 极极板为可溶性的铝或铁极板，槽电压为1-20V，电流密度为20-200A · πΓ2,处理温度为5-70 Γ。6. 根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，在粗滤处理中，利用核桃壳和石英砂 进行两级过滤。7. 根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，在三维电催化氧化处理中，所使用的 电极板为过渡金属纳米涂层惰性电极，所述电极板的间距为0.5-10cm，槽电压为1-20V，电 流密度为30-100A · m-2,处理温度为5-70°C。8. 根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，在精滤处理中，利用滤芯孔径为1_5μπι 的陶瓷烧结管进行过滤。9. 根据权利要求2所述的处理方法，其特征在于，在离子交换处理中，所使用的离子交 换树脂为大孔弱酸离子交换树脂。10. -种实施如权利要求2所述的油气田压裂废液处理方法的处理装置，其特征在于， 包括依次连接的预处理单元、三维电催化氧化单元、精滤单元和精细处理单元，其中， 所述预处理单元用于对压裂废液依次进行化学氧化、电絮凝和粗滤处理； 所述精细处理单元用于对所述精滤单元精滤后的废液进行离子交换处理，得到符合压 裂液配液标准的液体。
【文档编号】C02F1/78GK106045145SQ201610620479
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月29日
【发明人】赵瑞玉, 朱成君, 李宁峰, 罗贵林, 朱晓菲, 王泽礼
【申请人】中国石油大学(华东)