論頁巖氣井壓裂反排污水處理設(shè)備應(yīng)用范文

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摘要：頁巖氣開發(fā)過程中，處理壓裂作業(yè)伴生污水的設(shè)備需要滿足較好的移動運輸性、實用性、能根據(jù)現(xiàn)場水質(zhì)要求對處理流程進(jìn)行調(diào)整等要求。從水處理流程工藝方案確定角度出發(fā)，介紹設(shè)備的主要組成以及功能，并詳細(xì)分析不同的組塊和流程，為頁巖氣井壓裂反排污水處理設(shè)備的研制與應(yīng)用研究提供參考。

關(guān)鍵詞：頁巖氣開發(fā)；壓裂作業(yè)；伴生污水

0引言

目前國內(nèi)常規(guī)壓裂污水主要采用管網(wǎng)輸送至水處理基站進(jìn)行集中處理，該方式適用于大多數(shù)地勢平坦、管網(wǎng)建設(shè)投資充裕的地區(qū)。由于一體化處理設(shè)備的體積較大，通常需要采用低平板拖車進(jìn)行轉(zhuǎn)移和運輸，因此僅適用于運輸條件好、通過性強的地區(qū)，并且處理后的水質(zhì)僅能達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)。延長頁巖井開發(fā)區(qū)多處于山區(qū)地形中，存在單井距離較遠(yuǎn)，井位間溝壑較多的狀況，因此該地區(qū)不適合建設(shè)管網(wǎng)系統(tǒng)。同時，井區(qū)多為臨時開通的簡易道路，有坡陡轉(zhuǎn)彎半徑小的特點，底平板拖車在該地區(qū)無法使用。目前，延長井區(qū)常規(guī)壓裂作業(yè)使用水罐車從基地送上清水并拉走污水，工業(yè)用水成本較大，因此該地區(qū)污水處理優(yōu)先考慮廢水重復(fù)利用。

1水處理流程工藝方案確定

結(jié)合現(xiàn)場取樣分析，對該地區(qū)壓裂作業(yè)伴生污水進(jìn)行室內(nèi)工藝試驗，可初步確定污水處理工藝核心思想包括3部分：首先，工藝設(shè)備在應(yīng)用時具有經(jīng)濟性和實施性；其次，設(shè)備操作簡便，后期維護(hù)便捷；最后，通過結(jié)合物理和化學(xué)處理方法，并有效融合精密處理和常規(guī)處理手段。針對儲存池中的污水處理，通常利用提升裝置將其運輸?shù)焦艿阑旌舷到y(tǒng)當(dāng)中，并依照規(guī)范的工藝順序和要求加入預(yù)先配比好的凝縮聚合氯化鋁、聚丙烯酰胺藥劑，并根據(jù)具體情況添加pH調(diào)節(jié)劑和檸檬酸等藥劑。藥劑在管道混合系統(tǒng)中與污水充分混合后，進(jìn)入強化絮凝沉降系統(tǒng)，反應(yīng)產(chǎn)生沉淀進(jìn)行出初步分離，并取清液進(jìn)入氣浮裝置。氣浮裝置為粗—精兩級浮選除雜工藝，為后續(xù)袋芯精密過濾系統(tǒng)和膜過濾系統(tǒng)提供穩(wěn)定的入水條件。其中，膜過濾系統(tǒng)為可選擇性流程，如果產(chǎn)水要求過高，可進(jìn)行選配。

2設(shè)備的主要組成以及功能

依照山區(qū)地貌實際情況，壓裂反排污水處理設(shè)備設(shè)計為適合當(dāng)?shù)剡\輸車輛的模塊化撬裝式結(jié)構(gòu)，模塊之間采用膠管由壬進(jìn)行快速連接。根據(jù)工藝流程，該設(shè)備整合成沉降模塊、加藥混合過濾模塊、多級浮選模塊及膜過濾模塊4個基礎(chǔ)單元，用戶可根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場工藝流程需求進(jìn)行模塊的增減應(yīng)用。

2.1沉降模塊由于作為沉淀分離使用的沉降模塊所占空間較大，因此設(shè)計為單獨模塊。沉降模塊主要包括是3個工藝過程，分別為強化分離、初級化學(xué)反應(yīng)、污水整合提升。加藥反應(yīng)后的液體在沉降罐里加速強化分層，后續(xù)流程通過抽取分層液中的上清液部分進(jìn)行過濾。目前，傳統(tǒng)技術(shù)手段使用的是多套（3～4套）自然沉降罐，多罐輪流沉淀，過濾流程抽取沉淀分離后的上清液層進(jìn)行下一步的處理。該方式主要以自然沉降方法為主，通過將藥加入到污水當(dāng)中來得到礬花絮凝物，并能夠沉入水底，實現(xiàn)有效的分離。如果應(yīng)用傳統(tǒng)技術(shù)手段，則需要使用矩形罐體結(jié)構(gòu)，缺少相應(yīng)的附屬裝置，導(dǎo)致沉淀性能比較弱，沉降時間過長。改進(jìn)后裝置采用了淺池原理制作的斜管沉降池。淺池理論原理發(fā)展形成的斜管沉淀池在石油水處理方面也有所應(yīng)用，但是作為移動設(shè)備沉降罐裝置的實際應(yīng)用還比較少。淺池理論原理理論上是平流式沉淀池工作能力的3～5倍。在實施水力設(shè)計以及計算過程中，通過靜止浮生法能夠?qū)λ|(zhì)以及油滴粒徑分布情況進(jìn)行了解，并對需要去除的油滴性質(zhì)進(jìn)行確定，從而獲取相關(guān)設(shè)備的組數(shù)、角度以及直徑，確保其能夠達(dá)到最優(yōu)的應(yīng)用效果，必要時依照測算結(jié)果來對有關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

2.2加藥混合過濾模塊加藥混合過濾模塊主要由管混、過濾提升泵、袋—芯式濾罐組、紫外線殺菌儀以及加藥裝置組成的一個設(shè)備組。模塊主要完成過濾殺菌工藝，斜管沉淀池分離后的上清液經(jīng)過袋—芯式過濾罐過濾，然后液體經(jīng)過紫外線殺菌儀進(jìn)行殺菌。應(yīng)用袋—芯式過濾罐時，其濾料主要通過金屬網(wǎng)支撐，濾袋能有效攔截雜質(zhì)，應(yīng)用的紫外線殺菌儀需要進(jìn)行封閉使用，紫外線殺菌儀為管道封閉式設(shè)備，主要工作原理是通過紫外線光子對水中的致病脫氧核糖核酸細(xì)菌、不同病毒以及細(xì)菌進(jìn)行破壞，使得脫氧核糖核酸中的結(jié)構(gòu)鍵斷裂，最終以光化學(xué)聚合反應(yīng)的方式達(dá)到滅菌目的。該設(shè)備的優(yōu)勢在于能夠消滅各種病毒以及細(xì)菌（理論上可以達(dá)到99%的殺菌效果），并且整個過程能夠瞬間完成。同時，該設(shè)備能夠依照額定消毒水范圍、依照不同的水質(zhì)來進(jìn)行操作，整個過程不會改變水的性質(zhì)，不會出現(xiàn)其他任何的副產(chǎn)物，具有噪聲小、設(shè)備體積小、操作簡單以及運行費用低等特點。

2.3多級浮選模塊多級浮選模塊應(yīng)用的設(shè)備在二級或二級以上，通過串聯(lián)方式來分離殘余浮油和雜質(zhì)。由于油田污水水質(zhì)內(nèi)部情況復(fù)雜多變，并且涉及黏稠油類，因此要通過渦凹式氣浮機來實施。該設(shè)備應(yīng)用時不涉及精密元件，結(jié)構(gòu)簡單容易操作，后期維護(hù)比較方便。在處理固體懸浮物和石油類懸浮物時，處理效果不低于80%，COD（ChemicalOxygenDemand，化學(xué)需氧量）以及BOD（BiochemicalOxygenDemand，生化需氧量或生化耗氧量）處理效果不低于60%，能夠以好氧方式解決臭氣。多級浮選模塊的設(shè)置主要為后續(xù)精密過濾和膜過濾提供穩(wěn)定入水水質(zhì)。在實際應(yīng)用中，其COD去除率為50%～70%，BOD去除率為80%，SS（SuspendedSubstance，懸浮物）去除率在95%以上，能有效降低膜過濾模塊的處理負(fù)載，延長袋芯過濾系統(tǒng)的濾材更換周期。

2.4膜過濾模塊膜過濾模塊主要采用橫向流膜過濾技術(shù)，即超濾技術(shù)。主要技術(shù)是利用膜表面的孔來進(jìn)行物理篩分，使得溶質(zhì)粒子和溶劑能夠通過膜進(jìn)入低壓側(cè)，最終得到的為濾液，并有效截留微粒和大分子組分。現(xiàn)場使用的管式超濾污水處理設(shè)備運行近一年時間，使用效果穩(wěn)定。該裝置抗沖擊能力強，出水完全滿足低滲透油藏對注入水質(zhì)的要求。從現(xiàn)場運行來看，只要能夠保證膜過濾設(shè)備的入水水質(zhì)要求，就可以降低常規(guī)膜過濾設(shè)備在石油污水處理過程中反清洗周期短的缺點。

3結(jié)束語

延長地區(qū)頁巖氣井壓裂污水處理設(shè)備目前還處于試驗摸索階段，外排為目的的處理液和重復(fù)利用為目的的處理液在水質(zhì)指標(biāo)上有較大差異，造成設(shè)備的處理能力和處理流程調(diào)整均有不同方案。因此，在設(shè)計設(shè)備時，主要思想是根據(jù)處理后液體的使用目的確定處理過程的精細(xì)程度和流程長短。

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作者：趙耀瑋 單位：中國石化中原油田分公司采油氣工程服務(wù)中心