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川东地区页岩气压裂返排液处理试验研究

范红良  
【摘要】:本文以川东地区页岩气压裂返排液为研究对象,对其进行处理试验研究,以防止对土壤、地下水、地表水甚至人类健康造成伤害。基于该地区返排液水质特征和本研究返排液处置目标(本文以返排液处理后回注和重新配制成滑溜水压裂液而回用为目标),并结合混凝、Fenton氧化工艺的工艺特点及其主要用途,决定采用混凝-Fenton氧化工艺处理该地区返排液。在混凝和Fenton氧化处理试验中,均先后进行正交试验和单因素轮换试验。正交试验用来确定各个影响污染物去除效率的因素的主次顺序及其初步优组合。正交试验结束后,按照正交试验结果(影响因素的主次顺序及其初步优组合),逐一进行单因素轮换试验,以确定每个工艺各影响因素的适宜数值。在混凝试验中,选择混凝剂种类、混凝剂用量、助凝剂PAM用量、进水pH值和静沉时问为混凝处理效果的影响因素,对返排液原液进行了5因素、5水平L25(56)正交试验。正交试验结果显示,影响因素的主次顺序为:混凝剂用量混凝剂种类进水pH值静沉时间助凝剂PAM用量,初步优组合为:混凝剂PAC用量为100mg/L、助凝剂PAM用量为20mg/L、进水pH值为8、静沉时间为90min。正交试验后,按照正交试验结果,对该返排液原液逐一进行单因素轮换试验,确定了混凝工艺处理该返排液的影响因素的适宜数值,结果为:混凝剂PAC用量为80mg/L、助凝剂PAM用量为15mg/L、进水pH值为8、静沉时间为60min。在Fenton氧化试验中,选择进水pH值、H202用量、Fe2+用量、反应温度和搅拌时间为Fenton氧化处理效果的影响因素,对混凝处理出水进行5因素、5水平L25(56)正交试验。正交试验结果显示,影响因素的主次顺序为:进水pH值H202用量Fe2_用量搅拌时问反应温度,初步优组合为:进水pH值为3、H202用量为6ml/L、Fe2+用量为15mmol/L、搅拌时间为150min,反应温度为40℃。正交试验后,按照正交试验结果,对混凝工艺出水逐一进行单因素轮换试验,确定了Fenton氧化工艺处理混凝工艺出水的影响因素的适宜数值,结果为:进水pH值为3.5、H202用量为6m1/L、Fe2+用量为15mmol/L、搅拌时间为90min、反应温度为40℃。此外,H202投加方式(次数)对Fenton氧化处理效果也有一定的影响,综合考虑投加的可操作性和COD去除率,H202的投加次数定为4次。对川东地区页岩气压裂返排液经混凝-Fenton氧化工艺处理后的出水进行回注适应性评价,发现该出水与地层水的配伍性良好,且满足《气田水回注方法》(SY/T 6596-2004)中气田水回注推荐水质指标要求,表明该出水能够按照回注地层与回注井的评选要求被回注至地层中。将川东地区页岩气压裂返排液经混凝-Fenton氧化工艺处理后的出水重新配制成滑溜水压裂液,并对该滑溜水压裂液进行回用适应性评价,结果发现该滑溜水压裂液的性能满足《压裂用滑溜水体系技术规范》 (DB 61/T 575-2013)中滑溜水压裂液相关性能要求,表明该压裂液能够被用于接下来的压裂施工作业。


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