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非常规压裂返排液无害化处理技术研究

郭威  
【摘要】:油气井在压裂过程中产生的废液主要是压裂施工作业完成后返排至地面的废液。目前,国内许多油田属于孔隙度低、渗透率低的非常规层状油气藏。开采非常规油气藏所使用的水力压裂技术使得其压裂返排液具有高粘度、高CODcr值、高含油量、高色度和固体悬浮物含量高等特点。这些废液若不经处理直接排放,将会带来严重的环境污染。论文系统地阐述了非常规压裂返排液的来源、组成、污染物特征和处理方法的研究现状。针对非常规压裂液的特点,采用新的制备方法合成了处理药剂K2FeO4,并制定了新的处理工艺,即氧化破胶—磁分离—深度氧化处理—混凝沉降。 论文采用Fe(NO3)3和Ca(ClO)2作为原料,采用化学湿法中的两步法合成了K2FeO4,采用重量法和亚铬酸盐滴定法进行了定量分析,得到合成的K2Fe04产率为67.63%,纯度为93.41%。并采用红外光谱、X衍射和扫描电镜对其进行了定性分析。将合成的K2Fe04作为非常规压裂返排液的氧化破胶剂。通过单因素实验和正交实验对氧化破胶工艺进行了优化,确定了K2Fe04的最适加量为3000mg/L,体系的pH为13.0,反应时间为40mmin;采用扫描电镜的方法,对K2Fe04去除废液中的主要污染物胍胶进行了机理分析。 采用磁分离技术对破胶后的非常规压裂返排液进行了泥水分离,并通过单因素试验对磁种的加量,高分子絮凝剂的种类及加量和搅拌强度进行了考察。确定纳米级磁粉的加量为4000mg/L,阴离子絮凝剂P-2加量为200mg/L,搅拌强度为300r/min。 采用电裂解催化氧化联合Fenton试剂氧化的方法作为非常规压裂返排液的深度氧化工艺。通过单因素实验确定了电裂解催化氧化的最佳工艺条件,确定最佳氧化电压为10.0V,电流密度为16mA/cm2,pH为11.0,并在快速搅拌的作用下,反应60min。通过正交实验对Fenton试剂氧化工艺进行了优化,确定H202的加量为2500mg/L、Fe2+的加量为2000mg/L、pH为3.0、反应时间为90mmin。混凝沉降采用自制的混凝剂AMN,并确定其最适加量为2500mg/L。 在优化工艺条件下,采用设计的新型处理工艺对非常规压裂返排液进行处理。处理后的非常规压裂返排液表观粘度由原始的12.7mPa·s降低到1.4mPa·s,基本接近纯水的表观粘度1.0mPa·s。 CODcr、SS、油含量和色度的去除率分别为95.6%、97.4%、97.5%、100.0%。各项指标均达到GB8978-1996的一级排放标准。


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