一种用于页岩气井压裂作业返排压力液的再利用处理装置.pdf

1、(10)申请公布号 CN 104261587 A (43)申请公布日 2015.01.07 CN 104261587 A (21)申请号 201410500724.2 (22)申请日 2014.09.26 C02F 9/04(2006.01) C02F 9/06(2006.01) (71)申请人 海天水务集团股份公司 地址 610000 四川省成都市高新区一环路南 三段 66 号 (72)发明人 潘志成 彭玉梅 李慧强 杨平 邱恋 费功全 罗荣林 李勇 陈春阳 杨开虎 (74)专利代理机构 成都君合集专利代理事务所 ( 普通合伙 ) 51228 代理人 代平 (54) 发明名称 一种用于页岩气

2、井压裂作业返排压力液的再 利用处理装置 (57) 摘要 本发明公开了一种用于页岩气井压裂作业返 排压力液的再利用处理装置， 包括通过管道顺次 连接的废水池、 调节池、 复合混凝反应装置、 沉降 池、 固液分离装置和清水池， 复合混凝反应装置包 括通过管道依次连接的快速搅拌池、 慢速搅拌池 和氧化池， 调节池、 快速搅拌池、 慢速搅拌池、 氧化 池上端均通过恒流泵连接有相应的加药装置， 固 液分离装置包括通过管道依次连接的粗滤器和双 滤料设备， 粗滤设备通过第四阀门与双滤料设备 均与污泥泵连接， 污泥泵与污泥脱水机连接， 所述 调节池、 快速搅拌池、 慢速搅拌池、 氧化池的底部 均设有搅拌器，

3、可有效解决页岩气开发所带来的 水资源挑战问题， 达到资源化循环利用， 可真正实 现页岩气压裂返排液的零排放。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 (10)申请公布号 CN 104261587 A CN 104261587 A 1/1 页 2 1. 一种用于页岩气井压裂作业返排压力液的再利用处理装置， 其特征在于 ： 包括通过 管道顺次连接的废水池 （1） 、 调节池 （2） 、 复合混凝反应装置 （3） 、 沉降池 （5） 、 固液分离装 置 （6） 和清水池

4、 （7） ， 复合混凝反应装置 （3） 包括通过管道依次连接的快速搅拌池 （14） 、 慢 速搅拌池 （15） 和氧化池 （18） ， 调节池 （2） 上端通过第一恒流泵 （13-1） 与调节剂加药装置 （12-1） 连接， 快速搅拌池 （14） 通过第二恒流泵 （13-2） 与絮凝剂加药装置 （12-2） 连接， 慢 速搅拌池 （15） 通过第三恒流泵 （13-3） 与助凝剂加药装置 （12-3） 连接， 氧化池 （18） 通过第 四恒流泵 （13-4） 与氧化剂加药装置 （12-4） 连接， 固液分离装置 （6） 包括通过管道依次连 接的粗滤器 （6-1） 和双滤料设备 （6-2） ， 粗

5、滤设备 （6-1） 通过第四阀门 （9-4） 与双滤料设备 （6-2） 均与污泥泵 （10-3） 连接， 污泥泵 （10-3） 与污泥脱水机 （16） 连接， 所述调节池 （2） 、 快 速搅拌池 （14） 、 慢速搅拌池 （15） 、 氧化池 （18） 的底部均设有搅拌器 （17） 。 2. 根据权利要求 1 所述的一种用于页岩气井压裂作业返排压力液的再利用处理装置， 其特征在于 ： 所述调节池 （2） 通过第一阀门 （9-1） 与快速搅拌池 （14） 连接， 调节池 （2） 通过 第二阀门 （9-2） 依次与电絮凝反应装置 （4） 、 过滤池 （20） 连接， 过滤池 （20） 分别与快速

6、搅拌 池 （14） 、 沉降池 （5） 连接， 过滤池 （20） 与沉降池 （5） 之间设有第三阀门 （9-3） 。 3. 根据权利要求 2 所述的一种用于页岩气井压裂作业返排压力液的再利用处理装置， 其特征在于 ： 所述废水池 （1） 与调节池 （2） 之间依次设有第一取样口 （8-1） 、 第一提升泵 （10-1） 和流量计 （11） 。 4. 根据权利要求 3 所述的一种用于页岩气井压裂作业返排压力液的再利用处理装置， 其特征在于 ： 所述沉降池 （5） 与固液分离装置 （6） 之间设有第二提升泵 （10-2） 、 第四取样口 （8-4） 。 5.根据权利要求2至4任一项所述的一种用于页

7、岩气井压裂作业返排压力液的再利用 处理装置， 其特征在于 ： 所述第四提升泵 （10-2） 通过一条管道均与粗滤设备 （6-1） 、 双滤料 设备 （6-2） 连接， 第四提升泵 （10-2） 与粗滤设备 （6-1） 之间设有第五阀门 （9-5） ， 第四提升 泵 （10-2） 与双滤料设备 （6-2） 之间设有第六阀门 （9-6） 。 6. 根据权利要求 5 所述的一种用于页岩气井压裂作业返排压力液的再利用处理装置， 其特征在于 ： 所述电絮凝反应装置 （4） 与过滤池 （20） 之间设有第二取样口 （8-2） 。 7. 根据权利要求 6 所述的一种用于页岩气井压裂作业返排压力液的再利用处理

8、装置， 其特征在于 ： 所述沉降池 （19） 的底部连接有离心器 （19） 。 8. 根据权利要求 7 所述的一种用于页岩气井压裂作业返排压力液的再利用处理装置， 其特征在于 ： 所述污泥泵 （10-3） 与粗滤设备 （6-1） 之间设有第五取样口 （8-5） 、 第四阀门 （9-4） ， 所述污泥泵 （10-3） 与双滤料设备 （6-2） 之间设有第六取样口 （8-6） 。 9. 根据权利要求 8 所述的一种用于页岩气井压裂作业返排压力液的再利用处理装置， 其特征在于 ： 所述絮凝剂加药装置 （12-2） 为聚合氯化铝加药装置。 10. 根据权利要求 8 所述的一种用于页岩气井压裂作业返排压

9、力液的再利用处理装 置， 其特征在于 ： 所述助凝剂加药装置 （12-3） 为活性硅酸加药装置。 权 利 要 求 书 CN 104261587 A 2 1/5 页 3 一种用于页岩气井压裂作业返排压力液的再利用处理装置 技术领域 0001 本发明属于废液处理领域， 具体是指一种用于页岩气井压裂作业返排压力液的再 利用处理装置。 背景技术 0002 页岩气是一种重要的非常规能源， 近年来我国正处于开发页岩气的热潮中， 国家 在页岩气 “十二五” 规划中明确要求推进页岩气等非常规油气资源的开发利用， 增加天然气 资源供应， 缓解我国天然气供需矛盾， 调整能源结构， 促进节能减排。 0003 较常规

10、天然气相比， 由于页岩地层渗透率较低， 开发难度很大。因此， 水力压裂时 开发页岩气的主要手段， 但压裂施工后返排液的处理却难以达到环保要求。 0004 返排压力液具有粘度大、 稳定性高、 悬浮物多、 矿物度高和成分复杂等特点。若不 进行妥善处理， 对页岩气开发的长远发展将造成不可估量的损失。 因此， 研究页岩气压裂返 排液处理技术， 对于缓解开发区块的环境问题显得格外重要， 同时对于保障页岩气的正常 生产和可持续生产发展具有重要意义。 0005 国外对压裂返排液的处理方法主要是重复利用， 根据国外的技术资料显示， 他们 从水力压裂技术的生产成本和环境保护要求考虑， 认为水资源的重复利用将是未

11、来发展的 趋势。 因此提高现有水资源的重复利用率， 从而减少对淡水资源的依赖性， 这种利用方式不 仅降低了处理压裂返排液的成本， 而且还减少了相关污染物的排放。 0006 国内的压裂返排液的处理方法主要是自然风干和化学处理， 自然风干是将压裂返 排液储存在专门的返排液池中， 采取自然蒸发的方法进行干化， 最后直接填埋， 这种方式不 仅耗费大量时间， 而且填埋后的污泥快依然会渗滤出油、 重金属、 醛、 酚等污染物， 存在严重 的二次污染。 0007 化学处理是将返排液集中进行加药絮凝、 过滤预处理， 然后将返排液回注到地层 中， 这种方法的处理工艺流程复杂， 应用范围有一定的局限性。 由于国内页

12、岩气的开发地区 均属于新开发区块， 附近没有合适的回注井， 需要运输至较远的井场， 此方式将无形中增加 了处理成本。 0008 由此看出， 目前国内对页岩气压裂返排液的处理还没有形成系统的有效解决方 案。 为了保护生态环境的需要， 促进页岩气更好更快地发展， 因此研究返排压力液液处理的 新技术势在必行。 发明内容 0009 本发明的目的在于 ： 提供一种用于页岩气井压裂作业返排压力液的再利用处理装 置， 使经过处理返排压力液出水能够达到页岩气压裂液回用水质要求， 解决页岩气开发带 来的水资源挑战问题。 0010 本发明通过下述技术方案实现 ： 一种用于页岩气井压裂作业返排压力液的再利用 处理装

13、置， 包括通过管道顺次连接的废水池、 调节池、 复合混凝反应装置、 沉降池、 固液分离 说 明 书 CN 104261587 A 3 2/5 页 4 装置和清水池， 复合混凝反应装置包括通过管道依次连接的快速搅拌池、 慢速搅拌池和氧 化池， 调节池上端通过第一恒流泵与调节剂加药装置连接， 快速搅拌池通过第二恒流泵与 絮凝剂加药装置连接， 慢速搅拌池通过第三恒流泵与助凝剂加药装置连接， 氧化池通过第 四恒流泵与氧化剂加药装置连接， 固液分离装置包括通过管道依次连接的粗滤器和双滤料 设备， 粗滤设备通过第四阀门与双滤料设备均与污泥泵连接， 污泥泵与污泥脱水机连接， 所 述调节池、 快速搅拌池、 慢

14、速搅拌池、 氧化池的底部均设有搅拌器。 0011 本发明的工作原理 ： 页岩气井压裂作业产生的返排压力液进行再次利用处理时， 被储存在废水池中， 经过调节池， 通过投加调节剂调节返排压力液的 PH 值， 并进一步通过 快速搅拌池， 其中絮凝剂聚合氯化铝加入的量， 搅拌器的转速及絮凝剂的投加量均根据处 理的返排压力液体积进行设定， 位于快速搅拌池底部的搅拌器再加入絮凝剂时充分搅拌， 经过快速搅拌池处理后进入慢速搅拌池， 慢速搅拌池内在加入助凝剂的同时， 位于底部的 搅拌器开始搅拌， 实现返排压力液与助凝剂的充分反应， 且连接快速搅拌池、 慢速搅拌池的 管道为管道一端深入至快速搅拌池内， 且位于快

15、速搅拌池的上部， 慢速搅拌池与氧化池连 接的管道， 管道一端深入至慢速搅拌池内， 且位于慢速搅拌池的上部， 经过慢速搅拌池的处 理后， 返排压力液进入氧化池中， 通过氧化剂加入装置加入氧化剂， 边加边搅拌， 然后进入 沉降池， 静置， 进入固液分离装置对返排压力液进行进一步的处理， 实现固液分离， 在固液 分离装置内依次进入粗滤设备， 对粒径较大的悬浮物， 进行进一步处理， 经过粗滤设备处理 后， 再次经过双滤料设备处理进一步降低返排压力液中重金属离子含量， 悬浮物含量等， 经 过固液分离装置处理后， 进入清液池， 此时返排压力液中悬浮物、 COD、 重金属离子等含量达 到处理标准， 可用于配

16、制压裂液体系， 满足压裂施工要求。 0012 进一步地， 为更好的实现本发明， 所述调节池通过第一阀门与快速搅拌池连接， 调 节池通过第二阀门依次与电絮凝反应装置、 过滤池连接， 过滤池分别与快速搅拌池、 沉降池 连接， 过滤池与沉降池之间设有第三阀门， 根据检测的返排压力液中悬浮物、 COD、 重金属离 子等的含量， 进一步确定， 是否通过进行电絮凝反应、 过滤后， 再进入复合混凝反应装置中 进入处理， 可实现有效降低返排压力液中悬浮物、 COD、 重金属离子等的含量。 0013 进一步地， 为更好的实现本发明， 所述废水池与调节池之间依次设有第一取样口， 第一提升泵和流量计， 通过第一取样

17、口的设置， 主要是对废水池中的返排压力液进行取样， 并对其成分进行分析， 以确定在利用处理流程 ； 通过第一提升泵的设置， 主要是通过第一提 升泵将废水池中的返排压力液输送至调节池中进行处理， 通过流量计可根据返排压力液处 理流程中装置的处理量， 设置单位时间内对返排压力液的处理量。 0014 进一步地， 为更好的实现本发明， 所述沉降池与固液分离装置之间设有第二提升 泵、 第四取样口。 0015 进一步地， 为更好的实现本发明， 所述第四提升泵通过一条管道均与粗滤设备、 双 滤料设备连接， 第四提升泵与粗滤设备之间设有第五阀门， 第四提升泵与双滤料设备之间 设有第六阀门， 可根据对沉降池中返

18、排压力液的取样分析结果， 确定处理流程是否均需通 过粗滤设备和双滤料设备的处理， 实现对工艺装置的合理利用， 且在提高处理效率的同时， 保证对返排压力液的处理效果。 0016 进一步地， 为更好的实现本发明， 所述电絮凝反应装置与过滤池之间设有第二取 样口， 通过第二取样口的设置， 实现对经过电絮凝反应装置处理后的返排压力液的分析， 以 说 明 书 CN 104261587 A 4 3/5 页 5 进一步确定后续的处理流程。 0017 进一步地， 为更好的实现本发明， 所述沉降池的底部连接有离心器， 所述离心器主 要是对沉降池底部的废渣进行离心， 离心后离心器中的上层处理液儿可进入过滤池中继续

19、 进行处理， 少量废渣排出离心器。 0018 进一步地， 为更好的实现本发明， 所述污泥泵与粗滤设备之间设有第五取样口， 第 四阀门， 所述污泥泵与双滤料设备之间设有第六取样口， 通过第五取样口与第六取样口的 设置， 实现对粗滤设备、 双滤料设备处理返排压力液的处理效果进行监控。 0019 进一步地， 为更好的实现本发明， 所述絮凝剂加药装置为聚合氯化铝加药装置， 这 里优选聚合氯化铝加药装置。 0020 进一步地， 为更好的实现本发明， 所述助凝剂加药装置为活性硅酸加药装置， 这里 优选活性硅酸加药装置。 0021 本发明与现有技术相比， 具有以下优点及有益效果 ： （1） 本发明通过采用物

20、化处理、 高级氧化处理位置， 化学处理为辅的联合处理工艺， 有 效降低了返排压力液中悬浮物、 COD、 重金属离子等的含量， 使页岩气返排压力液出水水质 达到回用水质量标准， 用于压裂液配制 ； （2） 本发明提供的用于页岩气井压裂作业返排压力液的再利用处理装置可有效解决页 岩气开发所带来的水资源挑战问题， 达到资源化循环利用， 可真正实现页岩气压裂返排液 的零排放。 附图说明 0022 图 1 为本发明的结构示意图 ； 其中 ： 1废水池、 2调节池、 3复合混凝反应装置、 4电絮凝反应装置、 5沉降池、 6固液分离装置、 6-1粗滤设备、 6-2双滤料设备、 7清水池、 8-1第一取样口、

21、 8-2 第二取样口、 8-4第四取样口、 8-5第五取样口、 8-6第六取样口、 9-1第一阀门、 9-2第二阀门、 9-3第三阀门、 9-4第四阀门、 9-5第五阀门、 9-6第六阀门、 10-1 第一提升泵、 10-2第二提升泵、 10-3污泥泵、 11流量计、 12-1调节剂加药装置、 12-2絮凝剂加药装置、 12-3助凝剂加药装置、 12-4氧化剂加药装置、 13-1第一恒流 泵、 13-2第二恒流泵、 13-3第三恒流泵、 13-4第四恒流泵、 14快速搅拌池、 15慢速 搅拌池、 16污泥脱水机、 17搅拌器、 18氧化池、 19离心器、 20过滤池。 具体实施方式 0023

22、下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明， 但本发明的实施方式不限于此。 0024 实施例 1 ： 如图 1 所示， 一种用于页岩气井压裂作业返排压力液的再利用处理装置， 包括通过管 道顺次连接的废水池 1、 调节池 2、 复合混凝反应装置 3、 沉降池 5、 固液分离装置 6 和清水池 7， 复合混凝反应装置 3 包括通过管道依次连接的快速搅拌池 14、 慢速搅拌池 15 和氧化池 18， 调节池 2 上端通过第一恒流泵 13-1 与调节剂加药装置 12-1 连接， 快速搅拌池 14 通过 第二恒流泵 13-2 与絮凝剂加药装置 12-2 连接， 慢速搅拌池 15 通过第三恒流泵 13-3

23、与助 凝剂加药装置 12-3 连接， 氧化池 18 通过第四恒流泵 13-4 与氧化剂加药装置 12-4 连接， 固 说 明 书 CN 104261587 A 5 4/5 页 6 液分离装置6包括通过管道依次连接的粗滤器6-1和双滤料设备6-2， 粗滤设备6-1通过第 四阀门 9-4 与双滤料设备 6-2 均与污泥泵 10-3 连接， 污泥泵 10-3 与污泥脱水机 16 连接。 0025 本发明的工作原理 ： 页岩气井压裂作业产生的返排压力液进行再次利用处理时， 被储存在废水池1中， 经过调节池2， 通过投加调节剂调节返排压力液的PH值， 处理后， 并进 一步通过快速搅拌池 14， 通过根据

24、返排压力液处理体积进行设定加入絮凝剂聚合氯化铝的 量， 搅拌器 17 转速及絮凝剂的投加量， 同时位于快速搅拌池 14 底部的搅拌器 17 在加入絮 凝剂时充分搅拌， 经过快速搅拌池14处理后进入慢速搅拌池15， 慢速搅拌池15内在加入助 凝剂的同时， 位于底部的搅拌器 17 开始搅拌， 实现返排压力液与助凝剂的充分反应， 且连 接快速搅拌池14、 慢速搅拌池15的管道为管道一端深入至快速搅拌池14内， 且位于快速搅 拌池14的上部， 慢速搅拌池15与氧化池18连接的管道， 管道一端深入至慢速搅拌池15内， 且位于慢速搅拌池 15 的上部， 经过慢速搅拌池 15 的处理后， 返排压力液进入氧化

25、池 18 中， 通过氧化剂加药装置 12-4 加入氧化池中， 边加边搅拌， 然后进入沉降池 5， 静置， 进入固液 分离装置6对返排压力液进行进一步的处理， 实现固液分离， 在固液分离装置6内依次进入 粗滤设备， 对粒径较大的悬浮物， 进行处理， 经过粗滤设备 6-1 处理后， 进入双滤料设备 6-2 处理， 进一步降低返排压力液中重金属离子含量， 悬浮物含量等， 经过固液分离装置 6 处理 后， 进入清液池 7， 此时返排压力液中悬浮物、 COD、 重金属离子等含量达到处理标准， 可用于 配制压裂液体系， 满足压裂施工要求。 0026 实施例 2 ： 本实施例在实施例 1 的基础上进一步限定

26、， 所述调节池 2 通过第一阀门 9-1 与快速搅 拌池 14 连接， 调节池 2 通过第二阀门 9-2 依次与电絮凝反应装置 4、 过滤池 20 连接， 过滤 池 20 分别与快速搅拌池 14、 沉降池 5 连接， 过滤池 20 与沉降池 5 之间设有第三阀门 9-3， 根据需要检测出返排压力液中悬浮物、 COD、 重金属离子等的含量， 可通过进行电絮凝反应、 过滤后， 再进入复合混凝反应装置 3 中进入处理， 能够实现有效降低返排压力液中悬浮物、 COD、 重金属离子等的含量。本实施例的其他结构与实施例 1 相同， 不再赘述。 0027 实施例 3 ： 本实施例在上述实施例的基础上进一步限

27、定， 所述废水池 1 与调节池 2 之间依次设有 第一取样口 8-1、 第一提升泵 10-1 和流量计 11。通过第一取样口 8-1 的设置， 主要是对废 水池中的返排压力液进行取样， 并对其成分进行分析， 以确定后续的处理流程 ； 通过第一提 升泵 10-1 的设置， 主要是通过第一提升泵 10-1 将废水池中的返排压力液输送至调节池 2 中进行处理， 通过流量计 11 可根据返排压力液处理流程中装置的处理量， 设置单位时间内 对返排压力液的处理量 ； 所述沉降池 5 与固液分离装置 6 之间设有第二提升泵 10-2、 第四 取样口 8-4， 本实施例的其他结构与上述实施例相同， 不再赘述。

28、 0028 实施例 4 ： 本实施例在上述实施例的基础上， 进一步限定， 所述第四提升泵 10-2 通过一条管道均 与粗滤设备6-1、 双滤料设备6-2连接， 第四提升泵10-2与粗滤设备6-1之间设有第五阀门 9-5， 第四提升泵 10-2 与双滤料设备 6-2 之间设有第六阀门 9-6。可根据对沉降池 5 中返 排压力液的取样分析结果， 确定处理流程是否均需通过粗滤设备 6-1 和双滤料设备 6-2 的 处理， 实现对工艺装置的合理利用， 且在提高处理效率的同时， 保证对返排压力液的处理效 果。本实施例的其他结构与上述实施例相同， 不再赘述。 说 明 书 CN 104261587 A 6

29、5/5 页 7 0029 实施例 5 ： 本实施例在上述实施例的基础上， 进一步限定， 所述电絮凝反应装置 4 与过滤池 20 之 间设有第二取样口 8-2， 通过第二取样口的设置， 实现对经过电絮凝反应装置 4 处理后的返 排压力液进行进一步分析， 以确定后续的处理流程。本实施例的其他结构与上述实施例相 同， 不再赘述。 0030 实施例 6 ： 本实施例在上述实施例的基础上， 进一步限定所述沉降池 5 的底部连接有离心器 19， 所述离心器 19 主要是对沉降池 5 底部的废渣进行离心， 离心后离心器 19 的上层处理液可 进入过滤池 20 中继续进行处理， 少量废渣排出离心器。实施例的其

30、他结构与上述实施例相 同， 不再赘述。 0031 实施例 7 ： 本实施例在上述实施例的基础上， 进一步限定， 所述污泥泵 10-3 与粗滤设备 6-1 之间 设有第五取样口 8-5、 第四阀门 9-4， 所述污泥泵 10-3 与双滤料设备 6-2 之间设有第六取样 口 8-6， 通过第五取样口 8-5 与第六取样口 8-6 的设置， 实现对粗滤设备 6-1、 双滤料设备 6-2处理返排压力液的处理效果进行监控。 本实施例的其他结构与上述实施例相同， 不再赘 述。 0032 实施例 8 ： 本实施例在上述实施例的基础上， 进一步限定所述絮凝剂加药装置 12-2 为聚合氯化 铝加药装置， 所述助凝剂加药装置 12-3 为活性硅酸加药装置。本实施例的其他结构与上述 实施例相同， 不再赘述。 0033 以上所述， 仅是本发明的较佳实施例， 并非对本发明做任何形式上的限制， 凡是依 据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、 等同变化， 均落入本发明的保护 范围。 说 明 书 CN 104261587 A 7 1/1 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 104261587 A 8