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水处理系统

页岩水处理



页岩储层厚度薄,渗透率低,水平井加多级压裂是目前美国页岩气开发应用广泛的方式。目前常用的技术有多级压裂、清水压裂、水力喷射压裂、重复压裂和同步压裂等。在美国页岩气开发中使用过的储层改造技术还有氮气泡沫压裂和大型水力压裂,氮气泡沫压裂目前还使用在某些特殊条件的页岩压裂作业中,大型水力压裂由于成本太高,对地层伤害大已经停止使用。

目前页岩气试气作业主要运用长水平井分段压裂工艺技术,该技术是将大量的压裂液(5 000~30 000 m3)注入井内,以实现开采天然气。该方法带来油气产量的同时,井内剩余压裂液、天然水随着气体一同回到地表。返排出的压裂液数量大并混有烃类和其他化学物质,污染物含量高。压裂返排液对环境的危害较大,由于其内在污染物成分复杂且较稳定,在自然力(如氧气)的作用下很难被降解,废液处理是页岩气井勘探开发面临的主要问题这一。为了解决这一难题,根据压裂返排液特点,优选破乳—絮凝—氧化处理工艺,通过大量实验室试验,确定了高效、低成本的破乳剂、混凝剂和氧化剂以及佳药剂配方。

由于压裂返排液具有成分复杂、废水稳定性强、可生化性差等特点,仅采用一种简单的处理方法一般难以达到处理要求。选取破乳-絮凝沉降-氧化法联用 

技术路线为:破乳-絮凝-沉淀-固液分离-氧化-调节pH 值-过滤-排放

使压裂返排液经理后达标排放,消除了其对井场土地和地下水的污染,有较大环境效益和一定经济效益。

2.1 水处理需要考虑的因素

(1)总溶解固体(也称总矿化度,TDS):高盐度会影钻井液中某些降阻剂的效力,产生不利的沉淀析出。大多数情况下,回流水和生成水的总溶解固体浓度高于新压裂液的理想浓度。

(2)总悬浮固体颗粒(TSS):回流水的处理程度应使悬浮固体不会导致注入系统结垢或孔隙堵塞。

(3)金属含量:应对成垢化学品水平(包括钡、钙、镁)进行限制,防止其对设备和基础设施造成负面影响。

(4)微生物含量:应控制生物的生长,防止对管材的腐蚀。

(5)自然带有的放射性物质(NORM)

2.2水处理方法 

2.2.1 过滤

用于去除废水中的悬浮固体(TSS)。过滤方法种类繁多,包括类似于家用的简单过滤,以及更有效、且设计精良的昂贵过滤器。基本的过滤技术属于较低端的处理技术,例如筒式过滤器和媒体吸收装置。用于页岩气业的过滤装置是一个孔径尺寸从0.04微米到3微米不等的过滤器,捕获废水中所有悬浮固体,生产清洁水。但是,该过程不能降低废水中的总溶解固体浓度。处理后,水通常被运往新井与淡水混合,这一过程旨在稀释过滤水中的剩余污染物,以用于压裂。

2.2.2 化学沉淀法

化学沉淀法主要用于去除钙、镁、钡、锶、铁和锰等成垢物质;也可以利用它来去除其他金属。处理化学品和/或将pH值添加到生成水中,以形成可沉淀的颗粒。然后将已处理水倒入另一个容器,以除去这些颗粒,同时形成污泥。之后,可在进一步运营中对生成水进行再利用,或用于其它目的(只要盐度水平可以接受),或在有限的应用中排出。

2.2.3 热技术

用于总溶解固体浓度(TDS)较高废水的脱盐处理。包括热蒸馏、蒸发和结晶。这些技术使用不同的能源,将水加热到接近沸点温度,以生成清洁的蒸馏水、浓盐水或结晶盐。然后将蒸馏水进行收集以再利用,或直接蒸发,以实现零水排放(ZWD)。比较有代表性的蒸馏技术是美国Fountain Quail公司正利用MVR蒸馏技术处理压裂返排液。该公司通过撬装设备首先回收蒸发或浓缩过程中损失的热量,然后再将回收的热量用来为另外的蒸发过程提供燃料,这样可以提高能源效率。其他提供热技术的水处理供应商包括雅尔普(AquaPure)、阿塔拉(Altela Rain)、莱恩、奥科和通用电气。如在美国东部马塞勒斯页岩区,一定要有处理极高含盐量压裂废水的能力。西门子水技术公司和GE 电力和水处理公司,能在原地进行水处理并回用,不仅能减缓当地水资源的紧缺、降低成本,还可以降低将废水输送到远处的封存井或水处理装置过程中产生的温室气体排放。西门子采用浮选/过滤技术,而GE 则采用蒸发技术。

2.2.4 膜过滤技术

膜过滤技术具有许多优点:

(1)一般不发生相变,能耗低;

(2)分离效率高,效果好;

(3)通常在室温下工作,操作、维护简便,可靠性高;

(4)设备的体积较小,占地面积少。膜过滤技术用于废水处理耐酸碱,不造成二次污染,而且能部分回收废水中的有用组分,因而受到普遍重视。

通过孔径很小的膜过滤产出水,可以阻隔比膜孔尺寸较大的悬浮颗粒和溶解颗粒。如果总溶解固体浓度水平高于35,000 ppm到45,000 ppm,那么反渗透等膜过滤技术则达不到预期效果,因此,该技术在页岩气生产中的使用很有限。 从微滤到反渗透,所使用膜的孔径大小各不相同。目前膜过滤技术在废水处理领域的应用研究主要集中在实验室,存在的主要问题是膜组件的昂贵和使用过程中膜的污染和通量下降。膜滤反渗透处理染料废水的效率高,但膜污染比较严重,治理成本过高,导致应用推广困难。

2.2. 5电凝技术

即在铝、铁等金属板间通上电流,通过水解、聚合及氧化作用除去废水中的乳化油、重金属和悬浮固体和细菌

电凝处理原理

电凝技术反应器设备简单,操作容易,设备不需要移动,维护费用少,运行中遇到的问题很容易解决,污水处理后清澈、无色、无味,出水的可溶解性颗粒(TDS)比化学法低,存在的电场,促进了小颗粒的去除,无须额外的化学药剂,减少了二次污染,在缺电的偏远山区,太阳能电池板也足够提供能源。但是,电凝技术需要污水一定的电导率,设备阳极电解消耗大,阴极可能形成致密的氧化层,导致处理效率降低,需要经常更换,且用电费用高昂。

2.2. 6 灭菌技术

为了减少套管腐蚀,压裂液中含有杀菌剂。杀菌剂对水构成污染。代替添加杀菌剂的方法:UV灭菌:UV灭菌技术是指用紫外线控制压裂液中的细菌生长。臭氧杀菌:使用臭氧处理法对压裂返排液或产出水的地处理和循环利用,处理能力达到120桶/分钟(14方/分),成本比普通废水处理方法低90%。

2.2. 7 硅藻净水

Origin Oil利用硅藻生产石油的过程,清除废水中的有机质和TSS。在电脉冲的作用下。藻类会聚块并絮凝;Origin Oil的EWS石油系统降低总有机物化学需氧量(COD)98%,降TSS高达98.5。OriginOil 技术公司今年4 月在第三方独立测试中,其藻类收获过程仅在段可从西德克萨斯油井压裂返回水的试样中去除98%的烃类。据美国能源部称,平均3桶受污染的水可产出1桶石油。一些能源公司支付每桶3~12美元来处理所产生的废水,这意味着潜在的世界市场价值每年在3000 亿~1 万亿美元之间。

2.2. 8 二氧化硅吸附技术( Osorb )

该技术主要通过改性的二氧化硅对地层水中的挥发性有机质进行吸附;可以有效去除溶解在水中的烃类、减阻剂和聚合物。混合了无机和有机的纳米工程材料,吸附有机质后,材料会快速膨胀到其干燥体积的8倍。


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