页岩气压裂返排液浓缩结晶实验研究

页岩气压裂返排液浓缩结晶实验研究

李永胜;王远;温冬;肖泽仪

【摘要】对四川长宁页岩气田压裂返排液进行水样分析,其具有含盐量高、成分复杂的特点.探究利用机械蒸汽再压缩技术处理压裂返排液,通过蒸发结晶分离水和盐.实验研究了两种压裂返排液的浓缩结晶特性:返排液介稳区宽度和过饱和度对浓缩结晶的影响.实验结果表明:返排液介稳区随温度升高而减小,但结晶速率随温度升高而增大.温度从60 ℃增加到80 ℃,结晶平均粒径增长了56%左右;返排液结晶的主要成分为氯化钠.%Water quality analysis of shale gas field fractured flow-back fluids in Changning of Sichuan showed that it had the characteristics of high salt content and complicated composition. The mechanical vapor recompression technology was explored to deal with fracturing flow-back fluid, then water and salts were separated by evaporation crystallization. The concentration and crystallization properties of two kinds of fracturing flow-back liquids were studied, including the meta-stable zone width and the influence of supersaturation on the concentration and crystallization. The experimental results showed that the meta-stable zone decreased with the increase of temperature, while the crystallization rate increased. The average particle size increased by about 56%, when the temperature from 60 ℃ to 80 ℃. Besides, the main component of flow-back fluids crystallization was sodium chloride.

【期刊名称】《广州化工》

【年(卷),期】2018(046)002

【总页数】4页(P82-84,127)

【关键词】压裂返排液;浓缩结晶;机械蒸汽再压缩蒸发;结晶速率

【作者】李永胜;王远;温冬;肖泽仪

【作者单位】四川大学化学工程学院,四川成都 610065;四川大学化学工程学院,四川成都 610065;四川大学化学工程学院,四川成都 610065;四川大学化学工程学院,四川成都 610065

【正文语种】中文

【中图分类】TE992.2

页岩气作为非常规的天然气资源，已成为我国能源市场的重要支柱。我国页岩气储量丰富，分布面积广，具有较大的开发潜力。然而页岩气开发过程中水平井钻井和水力压裂耗水量巨大，四川长宁-威远区块单井平均用水在25000 m3以上，其中50%～70%的水需要返排到地面[1-2]。压裂返排液含有随返排液带出的地下水、压裂液以及钻屑等，含盐量高、有机物难降解，无法直接排放到环境中[3-4]。返排液废水处理的关键在于盐水分离，进而实现废水的循环利用和无机盐的回收。国内外处理返排液的方法主要有物理法、化学法、生物法以及联合工艺等。新型的返排液处理技术包括机械蒸汽再压缩(Mechanical Vapor Recompresson，简称MVR)技术，“智能海绵”吸附技术和OPUS技术等[5]。MVR技术利用压缩机回收二次蒸汽潜热并作为蒸发器的热源，在处理高浓度含盐废水领域具有提高系统能源利用效率，降低成本，占地面积小等优势，其越来越多的用于高浓度含盐废水的处理[6-9]。

蒸发过程中溶液浓度不断增大，蒸发器等设备传热效率降低、易结垢等。影响蒸发

浓缩结晶速率的主要因素有过饱和度、温度、pH、杂质和搅拌速率[10-11]。而目前对于返排液结晶特性的研究很少，为了采用MVR工艺处理返排液、蒸发浓缩使盐结晶析出、实现溶盐完全分离并生产工业盐产品[12]，需要对返排液进行浓缩结晶实验研究。

1 返排液水质分析

1.1 返排液预处理

压裂返排液除了含有少量的有机溶剂和泥沙等，还含有大量的可溶性盐(TDS)。返排液预处理采用离心沉降过滤的方法除去其中的悬浮物和沉淀。6000 r/min离心20 min，预处理效果如图1，采用离心沉降处理具有较好的效果，可除去大多数

不溶杂质。

图1 压裂返排液预处理前后对比Fig.1 Comparison of fracturing flow-back fluid pretreatment before and after

1.2 返排液水质检测

由于不同开采地区、不同时间返排等因素造成水质差异大，因此需要对返排液进行水质检测。两种返排液的水质检测结果见表1。两种压裂返排液的含盐率在2%～6%之间，均属于高含盐废水，无机盐以钠离子、氯离子为主，占总可溶性盐的90%左右。

表1 返排液水质组成Table 1 The composition of flow-back fluid参数名称返

排液A返排液BpH(T=20℃)7.06.9色度(Co-Pt比色法)/度

70035TSS/(mg/L)19164TDS/(mg/L)2623558940Na+/(mg/L)984017600K+/( mg/L)204561Ca2+/(mg/L)4391474Mg2+/(mg/L)47.7137Cl-

/(mg/L)1580035100SO2-4/(mg/L)<100<100

注：返排液A、返排液B，均取自四川长宁页岩气田201#平台。

2 实验