高铁酸钾氧化—电化学协同处理压裂返排液的研究

发布时间：2020-03-27 03:50

【摘要】：水力压裂技术为保证油气田高产稳产发挥了不可替代的作用。但压裂作业完成后的压裂返排液的排放给周围的生态环境带来危害,对其进行高效处理已经成为油气田环保的重要内容之一。本文系统分析了压裂液的体系组成,压裂返排液(污水)的来源、组成性质、污染物成分以及产生的环境污染问题和目前主要的处理方法。提出了绿色氧化剂K2Fe O4降解压裂返排液中特征污染物瓜尔胶溶液,及其协同电化学方法处理的过程,并对进行了热力学和动力学计算,提出了降解的主要机理。同时研究了用K2Fe O4处理油田压裂返排液,确定了絮凝预处理-K2Fe O4氧化-二次絮凝-电化学法深度处理的方案。研究结果表明,通过配置0.3‰的瓜尔胶溶液来模拟压裂返排液,经过充分溶胀后,采用氧化剂K2Fe O4对瓜尔胶进行降解处理,当K2Fe O4用量为0.5 g/L,反应温度30℃,反应体系p H为12.0时,溶液黏度降低率可达89.27%,COD去除率为36.27%,且反应产物为三价铁离子,绿色无污染。通过对瓜尔胶降解进行动力学研究和热力学计算,并结合红外和电镜表征分析结果,初步提出了降解的反应机理。采用“絮凝-高铁酸钾氧化-二次絮凝-电化学法”四步协同调控的方法处理压裂返排液。(1)经过与PAC(聚合氯化铝)、PFS(聚合硫酸铁)、PAM(聚丙烯酰胺)等絮凝剂进行对比实验发现采用PAC进行絮凝预处理时效果最佳,在p H为7.0、絮凝剂使用量为0.4 g/L、絮凝温度25℃、絮凝时间30 min条件下,污水的浊度降低18.5%、固体悬浮物去除率为68.9%,COD去除率29.4%;(2)过滤后再采用K2Fe O4对其进行氧化处理,与常用水处理剂KMn O4、H2O2、Na Cl O、Cl O2等进行比较其效果更好且无二次污染,当K2Fe O4在温度25℃、p H为11.0、使用量3.0 g/L、氧化时间40 min时,COD去除率提高到68.69%,黏度值降低到2.58 m Pa·s。但处理后污水的色度和浊度明显升高,因此需要进行二次絮凝处理,既可以加速污泥沉淀,同时还可以降低浊度、色度。(3)通过优化筛选,二次絮凝采用PAM效果较好,最佳处理条件为:阳离子PAM添加量为0.1 g/L,絮凝20 min后。经过该工艺处理后水质明显改善,COD去除率提高到73.74%。(4)最后采用电解法进行深度氧化处理,采用DSA电极为阳极、钛片为阴极,处理条件为电解电压8.0 V、电解时间90 min,最终处理后COD去除率为95.61%、污水黏度值为0.925、浊度、SS值均达到了国家综合污水(GB-8978-1996)第二类污染物最高排放标准。
【图文】：

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图 1.1 油田压裂作业原理图种类、组成及性质液按在压裂过程中所起的作用分为：前置液，携砂液和后置有黏度高、滤失量少、摩阻低、对地层无伤害、配置简便、[5]。体系及其性能纪 50 年代压裂液首次用于构造地层裂缝增产以来到发展至系已经发生了显著的改变。最早期在现场使用的压裂液是在成分复杂的液体然后复配而成，于是将其称为油基压裂液；井的井深和井温也逐渐增加，，需要采用耐温性更好、黏度更了采用以天然植物胶、纤维素、合成聚合物等起到增黏作用

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东北石油大学硕士研究生学位论文2图 1.1 油田压裂作业原理图1.2 压裂液种类、组成及性质可将压裂液按在压裂过程中所起的作用分为：前置液，携砂液和后置液。一种好的压裂液应该具有黏度高、滤失量少、摩阻低、对地层无伤害、配置简便、材料来源广、成本低等特点[5]。1.2.1 压裂液体系及其性能自从上世纪 50 年代压裂液首次用于构造地层裂缝增产以来到发展至现在使用的压裂液，整个体系已经发生了显著的改变。最早期在现场使用的压裂液是在汽油中加入具有增黏作用的成分复杂的液体然后复配而成，于是将其称为油基压裂液；随着油层开采力度加大，钻井的井深和井温也逐渐增加，需要采用耐温性更好、黏度更大的压裂液。于是研发出来了采用以天然植物胶、纤维素、合成聚合物等起到增黏作用的稠化剂而发展起来的水基压裂液；在 20 世纪 80 年代研发出的泡沫压裂液在现场应用时发现其对地层伤害较小，于是慢慢开始广泛应用；20 世纪 90 年代，科研人员又研发出一种新型具有粘弹性的压裂液体系，其特点是在压裂过程中仅依靠自身的黏度来携带支撑剂，无需使用其他各种化学添加剂，对地下岩层的伤害和破坏小，因此称为清洁压裂液。于是压裂液体系从最开始的单一油基压裂液逐渐发展到了现在多种压裂液体系的局面，有利的促进了石油开采事业的繁荣发展，但在油田应用较广的以水基压裂液为主[6-7]。图 1.2 为各种压裂液发展的趋势。
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE357.12

【参考文献】