[发明专利]一种低成本页岩气压裂返排液处理系统及处理方法

说明书

本发明公开了一种低成本页岩气压裂返排液处理系统及处理方法，包括破胶除杂系统、高压纳滤膜系统和高压反渗透膜系统，破胶除杂系统的输入端接通压裂返排液输送管路，其输出端接通高压纳滤膜系统，高压纳滤膜系统的产水输出端接通高压反渗透膜系统，其浓水输出端接通固化系统，高压反渗透膜系统的产水输出端接通回用水输送管路，其浓水输出端接通蒸发系统。本发明的处理系统及处理方法能够对压裂返排液中高含量的有机物、钙镁、盐分等污染物进行有效处理，不仅保护了水资源环境，而且与现有的处理方式相比，处理费用低，产水回收率高，最终产生的NaCl盐满足《工业盐》(GB/T5462－2015)干盐一级品标准，可资源化利用，解决了页岩气开采企业的环保问题。

技术领域

本发明涉及页岩气开采过程中的压裂返排液处理工程技术领域，特别涉及一种低成本页岩气压裂返排液处理系统及处理方法。

背景技术

页岩气是赋存于页岩层中的天然气，属于非常规天然气，主要通过水力压裂的方法进行开采。水力压裂是借助高压将压裂液打入地下，对地层进行液压破碎，从而将其中的石油或天然气储备释放出来的开采方法。水力压裂施工结束后，会有一部分液体返排回地面，这些返排回地面的液体称为压裂返排液。单口页岩气井压裂往往耗水量可达到2万m3以上，完井前返排10％－50％，进入生产阶段仍以每天十到几十方量返排，持续整个气井生命周期。

由于压裂过程中加入了大量的化学药剂，因此返排到地面的压裂返排液主要有以下特点：(1)含有大量有机物、盐分、细菌等物质，尤其是胍胶及其分解后的高分子聚合物等；(2)黏度大，乳化严重。由于压裂液中的增黏物胍胶未被完全分解，产生的返排液仍具有较高的黏度，其黏度一般可达到120～300mPa·s。压裂液配方中通常添加少量的表面活性剂，受地下高温、污油及自身黏度影响，致使返排液乳化严重。(3)水质波动大。压裂作业属于间歇性、分散性及地层结构不一的工作，而且返排液的返排时间和返排规律也不同，有自喷返排液和抽吸返排液，水质波动很大。由此可见，压裂返排液成分复杂、浓度高、黏度大，处理难度大，已成为制约页岩气开采发展的主要问题之一。

压裂返排液的常规处理方法是处理后回注或外排，但返排液产生量往往大于实际回注的接纳能力，且长期回注对地层有一定影响。随着国家环保要求越来越高，页岩气压裂返排液零排放处理已成为当前页岩气开采发展的必然趋势。

中国发明专利申请号201910711767.8公开了一种页岩气压裂返排液处理方法及系统装置，该专利技术是将返排液静置、混凝沉淀、澄清、过滤、电渗析处理、反渗透膜浓缩分离，产生的淡水回用，浓缩后的浓水进入蒸发浓缩，经蒸发浓缩产生结晶盐和冷凝液淡水。该技术可对页岩气压裂返排液中高浓度的盐类及有机物进行处理，实现了淡水资源的最大程度的回收，达到污水的近零排放，但由于返排液中的钙镁硬度物质含量很高，在混凝沉淀破胶除杂过程中，需要投加大量化学药剂，不仅使得运行成本极高，而且投加化学药剂后，使得返排液中的盐分增高，从而导致膜系统运行压力增加，系统整体回收率降低。

发明内容

本发明针对现有的压裂返排液处理方法所存在的成本高、回收率低的技术问题，提供一种低成本页岩气压裂返排液处理系统及处理方法，本发明的处理系统及处理方法能够将压裂返排液中高含量的有机物、钙镁、盐分等污染物进行有效处理，同时提高水的回收利用率，不仅保护了水资源环境，而且降低了处理费用，促进了页岩气开采企业的稳定发展，克服了现有技术所存在的不足。

本发明采用的技术方案如下：一种低成本页岩气压裂返排液处理系统，其特征在于，它包括：

破胶除杂系统，破胶除杂系统的输入端接通返排液输送管路，其输出端接通高压纳滤膜系统，破胶除杂系统包括破胶反应器和除杂膜装置，破胶除杂系统通过破胶反应器和除杂膜装置对返排液进行破胶除杂处理；

高压纳滤膜系统，高压纳滤膜系统的产水输出端接通高压反渗透膜系统，其浓水输出端接通固化系统，高压纳滤膜系统包括高压纳滤膜组件，高压纳滤膜系统通过高压纳滤膜组件对来自破胶除杂系统的返排液进行高压纳滤膜处理；