發(fā)布時(shí)間：2020-03-27 03:50

【摘要】：水力壓裂技術(shù)為保證油氣田高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)發(fā)揮了不可替代的作用。但壓裂作業(yè)完成后的壓裂返排液的排放給周圍的生態(tài)環(huán)境帶來危害,對其進(jìn)行高效處理已經(jīng)成為油氣田環(huán)保的重要內(nèi)容之一。本文系統(tǒng)分析了壓裂液的體系組成,壓裂返排液(污水)的來源、組成性質(zhì)、污染物成分以及產(chǎn)生的環(huán)境污染問題和目前主要的處理方法。提出了綠色氧化劑K2Fe O4降解壓裂返排液中特征污染物瓜爾膠溶液,及其協(xié)同電化學(xué)方法處理的過程,并對進(jìn)行了熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)計(jì)算,提出了降解的主要機(jī)理。同時(shí)研究了用K2Fe O4處理油田壓裂返排液,確定了絮凝預(yù)處理-K2Fe O4氧化-二次絮凝-電化學(xué)法深度處理的方案。研究結(jié)果表明,通過配置0.3‰的瓜爾膠溶液來模擬壓裂返排液,經(jīng)過充分溶脹后,采用氧化劑K2Fe O4對瓜爾膠進(jìn)行降解處理,當(dāng)K2Fe O4用量為0.5 g/L,反應(yīng)溫度30℃,反應(yīng)體系p H為12.0時(shí),溶液黏度降低率可達(dá)89.27%,COD去除率為36.27%,且反應(yīng)產(chǎn)物為三價(jià)鐵離子,綠色無污染。通過對瓜爾膠降解進(jìn)行動(dòng)力學(xué)研究和熱力學(xué)計(jì)算,并結(jié)合紅外和電鏡表征分析結(jié)果,初步提出了降解的反應(yīng)機(jī)理。采用“絮凝-高鐵酸鉀氧化-二次絮凝-電化學(xué)法”四步協(xié)同調(diào)控的方法處理壓裂返排液。(1)經(jīng)過與PAC(聚合氯化鋁)、PFS(聚合硫酸鐵)、PAM(聚丙烯酰胺)等絮凝劑進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)采用PAC進(jìn)行絮凝預(yù)處理時(shí)效果最佳,在p H為7.0、絮凝劑使用量為0.4 g/L、絮凝溫度25℃、絮凝時(shí)間30 min條件下,污水的濁度降低18.5%、固體懸浮物去除率為68.9%,COD去除率29.4%;(2)過濾后再采用K2Fe O4對其進(jìn)行氧化處理,與常用水處理劑KMn O4、H2O2、Na Cl O、Cl O2等進(jìn)行比較其效果更好且無二次污染,當(dāng)K2Fe O4在溫度25℃、p H為11.0、使用量3.0 g/L、氧化時(shí)間40 min時(shí),COD去除率提高到68.69%,黏度值降低到2.58 m Pa·s。但處理后污水的色度和濁度明顯升高,因此需要進(jìn)行二次絮凝處理,既可以加速污泥沉淀,同時(shí)還可以降低濁度、色度。(3)通過優(yōu)化篩選,二次絮凝采用PAM效果較好,最佳處理?xiàng)l件為:陽離子PAM添加量為0.1 g/L,絮凝20 min后。經(jīng)過該工藝處理后水質(zhì)明顯改善,COD去除率提高到73.74%。(4)最后采用電解法進(jìn)行深度氧化處理,采用DSA電極為陽極、鈦片為陰極,處理?xiàng)l件為電解電壓8.0 V、電解時(shí)間90 min,最終處理后COD去除率為95.61%、污水黏度值為0.925、濁度、SS值均達(dá)到了國家綜合污水(GB-8978-1996)第二類污染物最高排放標(biāo)準(zhǔn)。
【圖文】：

圖 1.1 油田壓裂作業(yè)原理圖種類、組成及性質(zhì)液按在壓裂過程中所起的作用分為：前置液，攜砂液和后置有黏度高、濾失量少、摩阻低、對地層無傷害、配置簡便、[5]。體系及其性能紀(jì) 50 年代壓裂液首次用于構(gòu)造地層裂縫增產(chǎn)以來到發(fā)展至系已經(jīng)發(fā)生了顯著的改變。最早期在現(xiàn)場使用的壓裂液是在成分復(fù)雜的液體然后復(fù)配而成，于是將其稱為油基壓裂液；井的井深和井溫也逐漸增加，，需要采用耐溫性更好、黏度更了采用以天然植物膠、纖維素、合成聚合物等起到增黏作用

東北石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文2圖 1.1 油田壓裂作業(yè)原理圖1.2 壓裂液種類、組成及性質(zhì)可將壓裂液按在壓裂過程中所起的作用分為：前置液，攜砂液和后置液。一種好的壓裂液應(yīng)該具有黏度高、濾失量少、摩阻低、對地層無傷害、配置簡便、材料來源廣、成本低等特點(diǎn)[5]。1.2.1 壓裂液體系及其性能自從上世紀(jì) 50 年代壓裂液首次用于構(gòu)造地層裂縫增產(chǎn)以來到發(fā)展至現(xiàn)在使用的壓裂液，整個(gè)體系已經(jīng)發(fā)生了顯著的改變。最早期在現(xiàn)場使用的壓裂液是在汽油中加入具有增黏作用的成分復(fù)雜的液體然后復(fù)配而成，于是將其稱為油基壓裂液；隨著油層開采力度加大，鉆井的井深和井溫也逐漸增加，需要采用耐溫性更好、黏度更大的壓裂液。于是研發(fā)出來了采用以天然植物膠、纖維素、合成聚合物等起到增黏作用的稠化劑而發(fā)展起來的水基壓裂液；在 20 世紀(jì) 80 年代研發(fā)出的泡沫壓裂液在現(xiàn)場應(yīng)用時(shí)發(fā)現(xiàn)其對地層傷害較小，于是慢慢開始廣泛應(yīng)用；20 世紀(jì) 90 年代，科研人員又研發(fā)出一種新型具有粘彈性的壓裂液體系，其特點(diǎn)是在壓裂過程中僅依靠自身的黏度來攜帶支撐劑，無需使用其他各種化學(xué)添加劑，對地下巖層的傷害和破壞小，因此稱為清潔壓裂液。于是壓裂液體系從最開始的單一油基壓裂液逐漸發(fā)展到了現(xiàn)在多種壓裂液體系的局面，有利的促進(jìn)了石油開采事業(yè)的繁榮發(fā)展，但在油田應(yīng)用較廣的以水基壓裂液為主[6-7]。圖 1.2 為各種壓裂液發(fā)展的趨勢。
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TE357.12

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2602419