页岩气田污水处理研究

【摘要】：页岩气是一种重要的非常规能源,是从页岩层中开采出来的天然气。我国的页岩气可采储量达260000亿立方米,关于页岩气的开采目前正处是一种蓬勃发展的上升期。页岩气具有开采寿命长以及生产周期长的优点,但页岩气的储集层渗透率相对较低,开采难度大。几乎所有的页岩气井都需要实施储层压裂改造进行开采。水力压裂为页岩气开采的主要压裂技术,已成为提高页岩气产量的关键技术之一。然而其在促进页岩气发展的同时,也带来了严重的环境和能源问题。水力压裂用水量巨大,虽然不同的地质条件会对水力压裂用水量产生很大的影响,但据统计,目前多数页岩气井的单口用水量仍可达到1.9万立方米。页岩气的开采对水资源的浪费引起了人们的对此的广泛关注。因此对水资源的回收利用,及有效的处理页岩气田返排液变得势在必行。本文主要针对页岩气田返排压裂液及采出液产生的污水,对其进行净化处理。使页岩气田污水可以用来二次压裂或达到国家标准进行外排。本文开展的工作如下:(1)设计了一套适用于目前我国页岩气田返排液及采出液污水的净化处理工艺,该工艺不仅去除了污水中固相的泥沙,同时也将其中的悬浮物、烃类物质、以及各种真菌及金属离子进行了分离和处理,且工艺中单个处理模块均为撬装设计,可搬运与不同页岩气田间,进行多功能多位置处理。(2)对我国现有污水处理工艺中的沉降分离法进行了数值模拟和效果评估。针对目前应用较广的斜板式沉降罐进行了流场分析,总结了该种分离方法的利弊。得出其在保证较好的分离效率时,具有沉降时间长、效率低、且一旦增大其处理量,具有设备体积庞大,不适宜搬运等限制。不适用于页岩气田污水的处理速率及便携移动的要求。(3)设计了一种新型撬装式多级污水处理装置,以此装置来代替工艺中的斜板式沉降罐。该装置不仅可以随时适应不同来液量,对其进行高效处理,并且移动方便可拖动便于在不同页岩气田以及污水池间流动式处理。同时对其内部具体结构以及旋流器的组合排布方式进行了数值模拟。并对其流场进行分析,最终确定了分离效率高、分离速率快,适用于页岩气田污水处理的优质三相分离方式。 【关键词】：页岩气 返排液 处理工艺 三相分离
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X741
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 页岩气简介9-12
• 1.1.1 形成原因9-10
• 1.1.2 我国页岩气的储量及分布10-11
• 1.1.3 页岩气的开发现状11-12
• 1.2 研究目的及意义12-13
• 1.3 国内外研究现状13-16
• 1.3.1 页岩气田污水简介13-15
• 1.3.2 污水处理现状15-16
• 1.4 旋流器在油田污水处理方面的使用情况16-17
• 1.5 主要研究内容及应用17-19
• 第二章 页岩气田污水处理工艺19-31
• 2.1 页岩气田污水国内处理工艺19-20
• 2.2 美国页岩气田污水处理工艺20-22
• 2.3 其他污水处理技术22-24
• 2.3.1 机械蒸汽压缩22
• 2.3.2 膜蒸馏技术22-23
• 2.3.3 反渗透与正渗透技术23-24
• 2.4 页岩气田污水处理新工艺24-30
• 2.4.1 加药模块24-26
• 2.4.2 絮凝处理模块26-27
• 2.4.3 污水分离模块27-28
• 2.4.4 过滤模块28-29
• 2.4.5 臭氧催化氧化处理模块29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第三章 页岩气田污水处理装置性能分析31-37
• 3.1 斜板沉降池污水处理31
• 3.2 斜板沉降池工作性能模拟31-32
• 3.2.1 数值模型建立及网格划分32
• 3.3 斜板沉降池数值模拟结果32-35
• 3.4 斜板沉降池分析结论35-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第四章 撬装式多级污水处理装置的模块设计及优化37-48
• 4.1 旋流分离技术的应用37-39
• 4.1.1 旋流分离原理37-38
• 4.1.2 旋流器的串、并联应用38-39
• 4.2 撬装式多级污水处理装置的设计39-40
• 4.3 工作原理40-41
• 4.4 模拟分析及结构优化41-47
• 4.4.1 物理模型的建立42
• 4.4.2 页岩气田物性参数42-43
• 4.4.3 页岩气田污水运行条件43
• 4.4.4 新型处理装置的有限元模型43
• 4.4.5 数学模型的选择及数值方法43-44
• 4.4.6 新型装置的模拟结果分析44-47
• 4.5 本章小结47-48
• 结论48-49
• 参考文献49-53
• 作者简介、发表文章及研究成果目录53-54
• 致谢54-55

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