压裂返排液的处理方法和处理得到的压裂返排液及其应用

摘要

压裂返排液的处理方法和处理得到的压裂返排液及其应用。本发明公开了一种压裂返排液的处理方法，该方法包括以下步骤：(1)将待处理的压裂返排液的pH值调节为9.8-11.5；(2)在压裂返排液中加入絮凝剂进行絮凝沉降处理；(3)将絮凝沉降处理完毕后的压裂返排液进行紫外杀菌处理；(4)在紫外杀菌处理完毕后的压裂返排液中加入水质稳定剂。本发明还公开了该方法处理得到的压裂返排液及其应用。本发明的处理方法能够有效保存压裂返排液的有用成分，延长处理后的压裂返排液的保存时间，且处理成本低，处理效果好，处理后的压裂返排液能有效被循环利用，且用于压裂配液用水时能够大幅节约减阻剂的用量。

说明书

技术领域

本发明涉及废水处理领域，具体地，涉及一种压裂返排液的处理方法和 处理得到的压裂返排液及其应用。

背景技术

随着世界经济的发展，世界各国对于能源的需求在不断增加，而常规油 气资源却日益枯竭，近年来以页岩油气为代表的非常规油气资源的开发得到 了长足的发展，成为了世界能源供应的新的增长点。

页岩气等非常规油气资源的开发通常需要采用大型水平井多级分段压 裂技术，因而需要采用大量的压裂液。现有的压裂用的压裂液主要分为水基 压裂液、油基压裂液和泡沫压裂液等，而水基压裂液由于效果好、成本低是 目前使用最为普遍的压裂液。根据地质条件的不同，水基压裂液体系又分为 滑溜水(清水压裂)体系、线性胶体系和冻胶体系。在页岩气的开采过程中， 由于很多页岩气藏都是低渗透地层，因而对地层伤害作用小的滑溜水体系被 广泛使用。

由于现有的页岩气藏的压裂开发过程具有用液量大、返排液量大的特 点，由此产生的大量压裂废液，成分复杂，悬浮物和油含量高，水质波动大， 处理困难，对环境污染严重，已成为当前非常规(油)气开发中无可回避的 技术瓶颈之一。

将压裂返排液处理后重新利用，既可以节约宝贵的水资源，又能减少污 染物的排放，是一举两得的好方法，越来越得到大家的重视。如专利申请 CN102520133A提出了一种压裂返排液资源化评价方法及分析处理系统。

然而，现有技术中对冻胶体系的压裂返排液的研究较多，对滑溜水体系 的压裂返排液的研究则较少。在滑溜水体系的压裂返排液的实际处理回用过 程中，现场多采用在聚铝、聚铁等絮凝剂处理压裂返排液后，将压裂返排液 直接与部分清水(自来水)混掺，从而将压裂返排液重复利用。但是，这种 常规滑溜水体系的压裂返排液的处理回用过程中，压裂返排液处理完后需要 马上回用，否则存放几天后水就会变臭，导致无法回用，同时该方法还存在 处理过程中压裂返排液的有用成分损失大、浪费资源的问题。因此，研发一 种既能有效保存压裂返排液的有用成分，又能延长处理后的压裂返排液保存 时间的压裂返排液的处理方法，具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术方法在滑溜水体系的压裂返排液的 实际处理回用过程中，压裂返排液的有用成分损失大且保存时间短的缺陷， 提供一种压裂返排液的处理方法和处理得到的压裂返排液及其应用，该方法 能有效保存压裂返排液的有用成分，延长处理后的压裂返排液的保存时间， 且处理成本低，处理效果好，处理后的压裂返排液能有效被循环利用，且用 于压裂配液用水时能够大幅节约减阻剂的用量。

本发明的发明人在研究中意外发现，在处理压裂返排液时，通过将待处 理的压裂返排液的pH值调节为9.8-11.5，然后在压裂返排液中加入絮凝剂进 行絮凝沉降处理，将絮凝沉降处理完毕后的压裂返排液进行紫外杀菌处理， 在紫外杀菌处理完毕后的压裂返排液中加入水质稳定剂的方法，能够有效保 存压裂返排液的有用成分，延长处理后的压裂返排液的保存时间，且处理成 本低，处理效果好，处理后的压裂返排液能有效被循环利用，且用于压裂配 液用水时能够大幅节约减阻剂的用量。

因此，为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种压裂返排液的 处理方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将待处理的压裂返排液的pH值调节为9.8-11.5；

(2)在压裂返排液中加入絮凝剂进行絮凝沉降处理；

(3)将絮凝沉降处理完毕后的压裂返排液进行紫外杀菌处理；

(4)在紫外杀菌处理完毕后的压裂返排液中加入水质稳定剂。

第二方面，本发明提供了上述方法处理得到的压裂返排液。

第三方面，本发明还提供了上述压裂返排液在作为压裂配液用水中的应 用。

与现有技术相比，本发明的压裂返排液的处理方法先通过选择一定的絮 凝条件和加入絮凝剂，有效去除了细菌以及钙、镁等高价金属离子，再通过 紫外杀菌处理及加入水质稳定剂，能够有效保留压裂返排液的有用成分，且 能够延长压裂返排液的保存时间。另外，与清水配液相比，本发明方法处理 后的压裂返排液用于压裂配液用水时能大幅节省药剂(如减阻剂)的用量， 且本发明的方法简单易行，处理成本低。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描 述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

第一方面，本发明提供了一种压裂返排液的处理方法，该方法包括以下 步骤：

(1)将待处理的压裂返排液的pH值调节为9.8-11.5；

(2)在压裂返排液中加入絮凝剂进行絮凝沉降处理；

(3)将絮凝沉降处理完毕后的压裂返排液进行紫外杀菌处理；

(4)在紫外杀菌处理完毕后的压裂返排液中加入水质稳定剂。

本发明方法中，为了能够更加有效的保留压裂返排液的有用成分并进一 步延长处理后的压裂返排液的保存时间，优选情况下，步骤(1)中，将待 处理的压裂返排液的pH值调节为10-11.3，进一步优选为10.5-10.9。

本发明方法中，对于调节待处理的压裂返排液的pH值的方法没有特别 的限定，只要能够将待处理的压裂返排液的pH值调节至上述范围即可。例 如，可以通过加入氢氧化钠、氢氧化钾和氨水中的一种或多种来进行调节。

本发明方法中，对于絮凝剂没有特别的限定，可以为本领域常用的各种 絮凝剂，为了能够更加有效的保留压裂返排液的有用成分并进一步延长处理 后的压裂返排液的保存时间，优选情况下，絮凝剂为阴离子聚丙烯酰胺、聚 合氯化铝、聚合硫酸铁和聚合硫酸铝中的一种或多种，进一步优选为阴离子 聚丙烯酰胺。对于阴离子聚丙烯酰胺没有特别的限定，可以为本领域常用的 各种阴离子聚丙烯酰胺，优选情况下，阴离子聚丙烯酰胺的分子量为800万 -1200万。

本发明中，分子量均指粘均分子量。

本发明方法中，为了能够更加有效的保留压裂返排液的有用成分并进一 步延长处理后的压裂返排液的保存时间，优选情况下，相对于每升压裂返排 液，絮凝剂的投加量为1-100mg，进一步优选为2-50mg，更优选为5-20mg。

本发明方法中，对于絮凝沉降处理的时间没有特别的限定，只要能保证 絮凝沉淀反应完全即可，优选情况下，絮凝沉淀处理的时间为50-100min。

本发明方法中，为了能够更加有效的保留压裂返排液的有用成分并进一 步延长处理后的压裂返排液的保存时间，优选情况下，紫外杀菌处理的条件 包括：紫外线的波长为200-300nm，杀菌时间为2-90s，优选为3-30s。

本发明方法中，对于水质稳定剂没有特别的限定，可以为本领域常用的 各种水质稳定剂，但本发明的发明人在研究中发现，水质稳定剂包括杀菌剂 和离子去除剂，杀菌剂为季铵盐和季磷盐的混合物，离子去除剂为羟基乙叉 二膦酸四钠和乙二胺四乙酸二钠的混合物时，能够更加有效的保留压裂返排 液的有用成分并进一步延长处理后的压裂返排液的保存时间。因此，为了能 够更加有效的保留压裂返排液的有用成分并进一步延长处理后的压裂返排 液的保存时间，优选情况下，水质稳定剂包括杀菌剂和离子去除剂，杀菌剂 为季铵盐和季磷盐的混合物，离子去除剂为羟基乙叉二膦酸四钠和乙二胺四 乙酸二钠的混合物。进一步优选地，季铵盐为十二烷基苄基氯化铵、十四烷 基苄基氯化铵和十二烷基苄基溴化铵的一种或多种，季磷盐为十四烷基三丁 基氯化磷和/或十四烷基三丁基溴化磷。

本发明方法中，为了能够更加有效的保留压裂返排液的有用成分并进一 步延长处理后的压裂返排液的保存时间，优选情况下，相对于每升压裂返排 液，杀菌剂的投加量为2-25ppm，进一步优选为10-20ppm；季铵盐与季磷盐 的投加重量比优选为1：0.1-10，进一步优选为1：2-5。

本发明方法中，为了能够更加有效的保留压裂返排液的有用成分并进一 步延长处理后的压裂返排液的保存时间，优选情况下，相对于每升压裂返排 液，离子去除剂的投加量为1-50ppm，进一步优选为5-30ppm；羟基乙叉二 膦酸四钠与乙二胺四乙酸二钠的投加重量比优选为1：0.1-1，进一步优选为 1：0.2-0.5。

本发明方法中，优选情况下，待处理的压裂返排液为采用滑溜水体系的 压裂液所产生的压裂返排液。其中，对于压裂液中使用的减阻剂没有特别的 限定，可以为本领域常用的各种减阻剂，优选情况下，减阻剂为植物胶，进 一步优选为羟丙基瓜胶。优选地，待处理的压裂返排液中的悬浮物含量为 0-3000ppm，进一步优选为10-1500ppm。

第二方面，本发明提供了上述方法处理得到的压裂返排液。本发明处理 得到的压裂返排液中的悬浮物含量可以达到0-30ppm。

第三方面，本发明还提供了上述压裂返排液在作为压裂配液用水中的应 用。

对于将上述压裂返排液作为压裂配液用水进行回用的方法没有特别的 限定，可以为本领域常用的各种压裂配液用水的使用方法，例如可以包括在 上述压裂返排液中加入减阻剂。对于减阻剂没有特别的限定，可以为本领域 常用的各种减阻剂，优选情况下，减阻剂为植物胶，进一步优选为羟丙基瓜 胶。对于在压裂返排液中加入的减阻剂的量没有特别的限定，只要能够使配 液满足压裂要求即可，本领域技术人员可以根据具体的油井作出具体的选 择，此为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。

实施例

以下的实施例将对本发明作进一步的说明，但并不因此限制本发明。

以下实施例和对比例中：

悬浮物的测定采用重量法(GB11901-89)，油含量的测定采用《油田采 出水中含油量测定方法(SY/T0530-2011)》。

减阻剂为羟丙基瓜胶，购自东营市信德化工有限责任公司，牌号为鑫德。

实施例1

本实施例用于说明本发明的压裂返排液的处理方法和处理得到的压裂 返排液及其应用。

待处理的压裂返排液为重庆巫家坝页岩气井产生的压裂返排液(为采用 滑溜水体系的压裂液所产生的压裂返排液)，压裂返排液中的悬浮物含量为 78ppm。先用氢氧化钠将压裂返排液的pH值调节为10.7，然后相对于每升 压裂返排液，加入10mg的阴离子聚丙烯酰胺(购自北京林华水质稳定剂厂， 分子量为800万)絮凝沉降60min；再采用300W、紫外线波长为250nm的 紫外灯对压裂返排液杀菌30秒，然后相对于每升压裂返排液，加入3mg的 十二烷基苄基氯化铵、12mg的十四烷基三丁基氯化磷、15mg的羟基乙叉二 膦酸四钠和5mg的乙二胺四乙酸二钠，混匀，保存。

处理后的压裂返排液中悬浮物含量为18ppm。

将处理后的压裂返排液放置不同的天数后，作为压裂配液用水回用，在 第30天时仍能满足压裂要求。其中，相对于每升清水配液，需加入1000mg 减阻剂，而相对于每升处理后的压裂返排液，在放置第2天、第10天、第 20天和第30天时需分别加入470mg、490mg、530mg和550mg减阻剂，具 体结果见表1。

表1

放置时间(天) 配液性能 与清水配液相比节省的减阻剂/％ 2 配液满足压裂要求 53 10 配液满足压裂要求 51 20 配液满足压裂要求 47 30 配液满足压裂要求 45

实施例2

本实施例用于说明本发明的压裂返排液的处理方法和处理得到的压裂 返排液及其应用。

待处理的压裂返排液为重庆巫家坝页岩气井产生的压裂返排液(为采用 滑溜水体系的压裂液所产生的压裂返排液)，压裂返排液中的悬浮物含量为 78ppm。先用氢氧化钾将压裂返排液的pH值调节为10.5，然后相对于每升 压裂返排液，加入5mg的阴离子聚丙烯酰胺(购自北京林华水质稳定剂厂， 分子量为800万)絮凝沉降100min；再采用300W、紫外线波长为200nm 的紫外灯对压裂返排液杀菌90秒，然后相对于每升压裂返排液，加入3.33mg 的十二烷基苄基溴化铵、6.67mg的十四烷基三丁基溴化磷、4.17mg的羟基 乙叉二膦酸四钠和0.83mg的乙二胺四乙酸二钠，混匀，保存。

处理后的压裂返排液中悬浮物含量为17ppm。

将处理后的压裂返排液放置不同的天数后，作为压裂配液用水回用，在 第30天时仍能满足压裂要求。其中，相对于每升清水配液，需加入1000mg 减阻剂，而相对于每升处理后的压裂返排液，在放置第2天、第10天、第 20天和第30天时需分别加入500mg、510mg、540mg和570mg减阻剂，具 体结果见表2。

表2

放置时间(天) 配液性能 与清水配液相比节省的减阻剂/％ 2 配液满足压裂要求 50 10 配液满足压裂要求 49 20 配液满足压裂要求 46 30 配液满足压裂要求 43

实施例3

本实施例用于说明本发明的压裂返排液的处理方法和处理得到的压裂 返排液及其应用。

待处理的压裂返排液为重庆巫家坝页岩气井产生的压裂返排液(为采用 滑溜水体系的压裂液所产生的压裂返排液)，压裂返排液中的悬浮物含量为 78ppm。先用氨水将压裂返排液的pH值调节为10.9，然后相对于每升压裂 返排液，加入20mg的阴离子聚丙烯酰胺(购自北京林华水质稳定剂厂，分 子量为800万)絮凝沉降50min；再采用300W、紫外线波长为300nm的紫 外灯对压裂返排液杀菌2秒，然后相对于每升压裂返排液，加入3.33mg的 十四烷基苄基氯化铵、16.67mg的十四烷基三丁基氯化磷、20mg的羟基乙 叉二膦酸四钠和10mg的乙二胺四乙酸二钠，混匀，保存。

处理后的压裂返排液中悬浮物含量为19ppm。

将处理后的压裂返排液放置不同的天数后，作为压裂配液用水回用，在 第30天时仍能满足压裂要求。其中，相对于每升清水配液，需加入1000mg 减阻剂，而相对于每升处理后的压裂返排液，在放置第2天、第10天、第 20天和第30天时需分别加入480mg、500mg、540mg和560mg减阻剂，具 体结果见表3。

表3

放置时间(天) 配液性能 与清水配液相比节省的减阻剂/％ 2 配液满足压裂要求 52 10 配液满足压裂要求 50 20 配液满足压裂要求 46 30 配液满足压裂要求 44

实施例4

按照实施例1的方法，不同的是，将待处理的压裂返排液的pH值调节 为10。

处理后的压裂返排液中悬浮物含量为15ppm。

将处理后的压裂返排液放置不同的天数后，作为压裂配液用水回用，在 第30天时已不能满足压裂要求。其中，相对于每升清水配液，需加入1000mg 减阻剂，而相对于每升处理后的压裂返排液，在放置第2天、第10天和第 20天时需分别加入480mg、550mg和750mg减阻剂，具体结果见表4。

表4

放置时间(天) 配液性能 与清水配液相比节省的减阻剂/％ 2 配液满足压裂要求 52 10 配液满足压裂要求 45 20 配液满足压裂要求 25 30 变质无法回用

实施例5

按照实施例1的方法，不同的是，将阴离子聚丙烯酰胺替换为等量的聚 合氯化铝(购自北京林华水质稳定剂厂)。

处理后的压裂返排液中悬浮物含量为55ppm。

将处理后的压裂返排液放置不同的天数后，作为压裂配液用水回用，在 第30天时已不能满足压裂要求。其中，相对于每升清水配液，需加入1000mg 减阻剂，而相对于每升处理后的压裂返排液，在放置第2天、第10天和第 20天时需分别加入770mg、870mg和950mg减阻剂，具体结果见表5。

表5

放置时间(天) 配液性能 与清水配液相比节省的减阻剂/％ 2 配液满足压裂要求 23 10 配液满足压裂要求 13 20 配液满足压裂要求 5 30 变质无法回用

实施例6

按照实施例1的方法，不同的是，相对于每升压裂返排液，不加入季磷 盐，加入的十二烷基苄基氯化铵的量为15mg。

处理后的压裂返排液中悬浮物含量为18ppm。

将处理后的压裂返排液放置不同的天数后，作为压裂配液用水回用，在 第30天时已不能满足压裂要求。其中，相对于每升清水配液，需加入1000mg 减阻剂，而相对于每升处理后的压裂返排液，在放置第2天、第10天和第 20天时需分别加入580mg、690mg和790mg减阻剂，具体结果见表6。

表6

放置时间(天) 配液性能 与清水配液相比节省的减阻剂/％ 2 配液满足压裂要求 42 10 配液满足压裂要求 31 20 配液满足压裂要求 21 30 变质无法回用

实施例7

按照实施例1的方法，不同的是，相对于每升压裂返排液，不加入羟基 乙叉二膦酸四钠，加入的乙二胺四乙酸二钠的量为20mg。

处理后的压裂返排液中悬浮物含量为18ppm。

将处理后的压裂返排液放置不同的天数后，作为压裂配液用水回用，在 第30天时仍能满足压裂要求。其中，相对于每升清水配液，需加入1000mg 减阻剂，而相对于每升处理后的压裂返排液，在放置第2天、第10天、第 20天和第30天时需分别加入620mg、740mg、820mg和960mg减阻剂，具 体结果见表7。

表7

放置时间(天) 配液性能 与清水配液相比节省的减阻剂/％ 2 配液满足压裂要求 38 10 配液满足压裂要求 26 20 配液满足压裂要求 18 30 配液满足压裂要求 4

对比例1

按照实施例1的方法，不同的是，将待处理的压裂返排液的pH值调节 为8。

处理后的压裂返排液中悬浮物含量为10ppm。

将处理后的压裂返排液放置不同的天数后，作为压裂配液用水回用，在 第10天时已不能满足压裂要求。其中，相对于每升清水配液，需加入1000mg 减阻剂，而相对于每升处理后的压裂返排液，在放置第2天时需加入670mg 减阻剂，具体结果见表8。

表8

放置时间(天) 配液性能 与清水配液相比节省的减阻剂/％

2 配液满足压裂要求 33 10 变质无法回用

将实施例1与对比例1比较可知，将待处理的压裂返排液的pH值调节 为9.8-11.5，能够明显延长处理后的压裂返排液的保存时间，且将处理后的 压裂返排液作为压裂配液用水回用时，能够大幅节省减阻剂的用量。

将实施例1与实施例4比较可知，将待处理的压裂返排液的pH值调节 为10.5-10.9，能够进一步延长处理后的压裂返排液的保存时间，且将处理后 的压裂返排液作为压裂配液用水回用时，能够进一步节省减阻剂的用量。

将实施例1与实施例5比较可知，采用阴离子聚丙烯酰胺作为絮凝剂时， 能够进一步延长处理后的压裂返排液的保存时间，且将处理后的压裂返排液 作为压裂配液用水回用时，能够进一步节省减阻剂的用量。

将实施例1与实施例6比较可知，水质稳定剂中杀菌剂为季铵盐和季磷 盐的混合物时，能够进一步延长处理后的压裂返排液的保存时间，且将处理 后的压裂返排液作为压裂配液用水回用时，能够进一步节省减阻剂的用量。

将实施例1与实施例7比较可知，水质稳定剂中离子去除剂为羟基乙叉 二膦酸四钠和乙二胺四乙酸二钠的混合物时，将处理后的压裂返排液作为压 裂配液用水回用，能够进一步节省减阻剂的用量。

本发明的方法能有效保存压裂返排液的有用成分，延长处理后的返排液 的保存时间，且本发明的方法简单易行，处理成本低，处理效果好，处理后 的压裂返排液能有效被循环利用。与清水配液相比，本发明方法处理后的压 裂返排液用于压裂配液用水时能大幅节省减阻剂的用量。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实 施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方 案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特 征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必 要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其 不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。