胍胶压裂返排液残渣净化处理技术

第38卷第5期2016年9月石油钻采工艺OILDRILLING&PRODUCTIONTECHNOLOGYVol.38No.5Sept.2016文章编号：1000–7393（2016）05–0689–04　　　DOI:10.13639/j.odpt.2016.05.027胍胶压裂返排液残渣净化处理技术林啸1　姚媛元1　陈果21.中国石油川庆钻探工程公司井下作业公司；2.中国石油西南油气田公司勘探开发研究院引用格式：林啸，姚媛元，陈果.胍胶压裂返排液残渣净化处理技术［J］.石油钻采工艺，2016，38（5）：689-692.摘要：常规胍胶压裂返排液残渣净化处理过程中，只考虑残渣的含量是否达到排放标准，并没有对净化处理后残渣粒径是否达到排放标准进行研究。以残渣粒径不大于1μm作为评价标准，采用“絮凝处理+活性炭处理”的方法进行压裂返排液净化处理实验。实验结果表明，明矾、聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸氯化铁铝（PAFCS）等3种常用絮凝剂处理后的残渣粒径处于1~2μm，其中PAFCS絮凝处理效果最好，其最优实验条件为：加量2.5g/L，粒径0.25~0.3mm，搅拌时间20min，静置时间30min；明矾、PAC、PAFCS絮凝处理后的液体中分别加入4.5g/L、4g/L、3.5g/L活性炭，净化处理后残渣粒径小于1μm，残渣粒径及残渣含量均达到国家排放标准。关键词：压裂返排液；净化处理；悬浮物含量；残渣粒径；絮凝剂；活性炭中图分类号：TE357.12　　　文献标识码：BPurificationofdischargedresidualguarfracturingfluidLINXiao1,YAOYuanyuan1,CHENGuo21.DownholeServiceCompanyofChuanqingDrillingEngineeringCo.Ltd.,CNPC,Chengdu,Sichuan610051,China;2.ExplorationandDevelopmentResearchInstitute,PetroChinaSouthwestOil&GasFieldCompany,Chengdu,Sichuan610051,ChinaCitation:LINXiao,YAOYuanyuan,CHENGuo.Purificationofdischargedresidualguarfracturingfluid［J］.OilDrilling&Produc-tionTechnology,2016,38(5):689-692.Abstract:Intheprocessofconventionalpurificationofdischargedresidualguarfracturingfluid,onlyresiduecontentisrequiredtomeetapplicabledischargingstandard,butnoconsiderationhasbeengiventogranulardiametersofsuchresiduesafterpurification.Takingtheresidualgraindiameterofnomorethan1μmasthebenchmarkforassessment,“flocculation+activecarbon”treatmentwasusedforpurificationofdischargedfracturingfluid.Testresultsshowthreeconventionalflocculants:alum,polymericaluminumchlo-ride(PAC)andpolymericaluminum-ferricchloridesulfate(PAFCS)canbeusedtoproduceresidueswithgraindiametersof1~2μm.Amongthem,PAFCSdisplaysthebestflocculationperformanceatoptimaltestconditionsasfollows,Volumeofagentis2.5g/L,graindiameteris0.25~0.3mm,stirringtimeis20min,settlingtimeis30min,activecarbonwithconcentrationof4.5g/L,4g/Land3.5g/L,respectively,wereaddedtothefluidproduceduponcompletionofflocculationinvolvingalum,PACandPAFCS.Aftercompletionofpurification,allresidueshavegraindiameterslessthan1μm,andbothgraindiameterandcontentofresiduesconformtoapplicabledischargingstandard.Keywords:dischargedfracturingfluid;purification;suspendsolidcontent;diameterofresidualgrain;flocculant;activecarbon第一作者：林啸（1988-），2011年毕业于西南石油大学石油工程专业，现从事油气田开发研究。通讯地址：（610051）四川省成都市成华区瑞丰巷6号。E-mail：[e-mail]水力压裂是改造储层、提高产量的行之有效的措施之一。目前，绝大多数压裂采用胍胶和羟丙基胍胶为主的水基压裂液。国内油田常规压裂施工作业后，压裂返排液体积为100~200m3，且返排液成分复杂，含多种添加剂，对环境污染严重［1］。因此，压裂返排液的有效净化处理是油田企业亟需解决的问题。目前，效果较好的压裂返排液处理方法一般为初步分离、氧化处理、絮凝、微电解、生化法、吸附石油钻采工艺　2016年9月（第38卷）第5期690等步骤不同次序组和而成的多步法处理工艺［2］，处理后液体的COD值、悬浮物含量等指标均低于标准值。其中悬浮物含量是压裂返排液排放的重要指标，多步法处理工艺中去除悬浮物的主要方法是絮凝处理和活性炭吸附。根据石油企业执行的GB18918—2002《污水综合排放标准》，悬浮物的最大排放量为50mg/L，因此大多数学者以净化处理后返排液的悬浮物含量作为评价指标［1，3］，使处理后液体中悬浮物含量低于标准值，并没有评价悬浮物粒径是否达到排放标准。目前，有部分学者对破胶液中胍胶残渣及固相颗粒粒径进行了测量［4-5］，其中胍胶残渣粒径达几十微米，但对净化处理过程中残渣粒径变化规律及处理后残渣粒径是否达到排放标准并没有报道。大庆油田针对低渗透油田提出了废水中残渣粒径需小于1μm的排放要求［6］，并按照该要求对废水进行处理。笔者以残渣粒径中值小于1μm作为悬浮物排放标准，优化絮凝处理及活性炭吸附过程中的各个实验条件，使处理后液体残渣粒径及残渣含量均达到污水排放要求。1　实验部分Tests1.1　仪器与试剂Instrumentsandagents广角激光光散射仪，美国布鲁克海文仪器公司；JB300-D型强力电动搅拌机，上海标本模型厂。羟丙基胍胶由昆山石油物质公司提供；有机硼交联剂、助排剂、黏土稳定剂、甲醛杀菌剂、过硫酸铵、明矾、聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸氯化铁铝（PAFCS）由成都科龙化工试剂厂提供；标准检验网，成都市企航仪器有限公司。1.2　实验方法Testmethod1.2.1　破胶液配制　取500mL实验用水置于烧杯中，向其加入2.5g羟丙基胍胶，以500r/min的搅拌速度进行搅拌，并加入一定量的助排剂、黏土稳定剂、杀菌剂，直至胍胶分散均匀。将搅拌后的溶液放置25℃恒温水浴锅一段时间，直至溶液黏度基本稳定。取一定量配制的0.5%胍胶溶液置于烧杯中，按0.5%交联比向其加入有机硼交联剂形成冻胶。取一定量冻胶，以500mg/L的比例向其加入一定量的过硫酸铵，80℃下破胶3h。1.2.2　絮凝处理　向多个烧杯中分别加入100mL破胶液，并加入不同量、不同粒径的絮凝剂，以200r/min的转速搅拌一定时间，形成絮体后，静置一段时间，取出上部液体并用激光光散射仪测试处理后液体中悬浮物的粒径。1.2.3　活性炭处理　取烧杯若干，向每个烧杯中分别加入100mL不同絮凝剂絮凝处理后的上清液，向上清液中加入不同量的活性炭，以200r/min的转速搅拌30min，用滤纸过滤，测定过滤后液体中悬浮物的粒径。2　结果与讨论Resultsanddiscussions2.1　絮凝剂用量对残渣粒径的影响Impactofflocculantvolumeonthegranulardiameterofresidues按照絮凝处理的实验流程，向返排液中加入不同量的未进行粒径分选处理的絮凝剂，以200r/min的转速搅拌10min，形成絮体后，静置10min，取出上部液体进行粒径测试，测试结果如图1所示。可以看出，相同加量下PAC和PAFCS絮凝处理效果相对较好，胍胶残渣粒径相对较小，明矾絮凝处理的效果较差，残渣粒径相对较大。这是因为PAC和PAFCS溶于水中能提供大量的络合离子，这些离子能够强烈吸附残渣微粒，致使PAC和PAFCS絮凝的效果优于明矾。进一步分析可知，明矾絮凝处理的体系中，残渣粒径随着絮凝剂加量的增加呈不断减小的趋势。当明矾加量为3.5g/L时，增加絮凝剂加量对残渣粒径的影响十分小，因此明矾最佳用量为3.5g/L。PAC和PAFCS处理的液体体系中，残渣粒径随絮凝剂加量的增加呈先减小后增加的趋势。这主要是因为PAC和PAFCS中络合离子主要是利用吸附、桥架、交联作用使残渣凝聚，当絮凝剂加量超过一定值后，架桥作用所必须的离子表面吸附活性点被絮凝剂包裹，使架桥作用变得困难，吸附效率降低［7］。由图1可知，PAC最佳用量为3g/L，PAFCS最佳用量为2.5g/L。0412161.01.52.02.53.03.54.0残渣粒径/μm絮凝剂加量/g·L−1明矾PACPAFCS8图1　絮凝剂量对残渣粒径的影响Fig.1Impactofflocculantvolumeonthegranulardiameterofresidues691林啸等：胍胶压裂返排液残渣净化处理技术2.2　絮凝剂粒径对残渣粒径的影响Impactofflocculantdiameteronthegranulardiameterofresidues按照絮凝处理的实验流程，在各絮凝剂最佳用量的条件下，加入不同粒径的絮凝剂进行絮凝处理。由图2可知，随着絮凝剂粒径由0.85~2mm减小至0.25~0.3mm，胍胶残渣粒径不断减小。这主要是因为随着絮凝剂粒径的不断减小，单位质量絮凝剂的比表面积不断增加，这有利于吸附更多的固相颗粒，致使残渣粒径不断减小。当絮凝剂粒径由0.25~0.3mm减小至0.15mm，胍胶残渣粒径不断增大。这主要是由于随着絮凝剂粒径的进一步减小，吸附颗粒沉降速率十分缓慢，絮体短时间沉降困难，导致上清液残渣粒径增大。通过以上分析可知，絮凝剂粒径为0.25~0.3mm时，3种絮凝剂絮凝处理后胍胶残渣粒径最小，絮凝处理效果最佳。012345670.85~20.425~0.60.25~0.30.18~0.2120.15残渣粒径/μm絮凝剂粒径/mm明矾PACPAFCS图2　絮凝剂粒径对残渣粒径的影响Fig.2Impactofflocculantdiameteronthegranulardiameterofresidues2.3　搅拌时间对残渣粒径的影响Impactofstirringtimeonthegranulardiameterofresidues按照絮凝处理的实验流程，在絮凝剂用量及絮凝剂粒径最佳的条件下，测试不同搅拌时间下3种絮凝剂的絮凝效果。1.52.02.53.03.5101520253035