页岩压裂返排液的预处理及絮凝剂的溶液结构

doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2346

化工进展 ›› 2022, Vol. 41 ›› Issue (9): 5109-5114.DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2346

页岩压裂返排液的预处理及絮凝剂的溶液结构

钟传蓉¹^,²(), 冯明石¹(), 曾光玉², 黄晶晶², 何希高²

^1.成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川成都 610059
^2.成都理工大学能源学院，四川成都 610059

收稿日期:2021-11-16 修回日期:2022-02-07 出版日期:2022-09-25 发布日期:2022-09-27
通讯作者: 冯明石
作者简介:钟传蓉（1968—），女，博士，教授，博士生导师，研究方向为油田化学。E-mail：zhchr@cdut.edu.cn。
基金资助:
四川省应用基础重点研究项目(2019YJ0406)

Pre-treatment of the fracturing flow-back fluid of shale and solution structures of a flocculant

ZHONG Chuanrong¹^,²(), FENG Mingshi¹(), ZENG Guangyu², HUANG Jinging², HE Xigao²

^1.State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation，Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, Sichuan, China
^2.College of Energy, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, Sichuan, China

Received:2021-11-16 Revised:2022-02-07 Online:2022-09-25 Published:2022-09-27
Contact: FENG Mingshi

摘要/Abstract

摘要：

页岩压裂返排液因含有多种有机添加剂，其化学需氧量较高。本文研究了新型无机复合混凝剂聚硅酸铝铁（PCM）对废水的混凝效果及与其复配使用的梳型絮凝剂（4-乙烯苄基辛基酚聚氧乙烯醚）-丙烯酰胺-（2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠）共聚物（PAVA）的絮凝能力，以提高页岩压裂返排液的预处理效率。结果显示，PCM在其加量0.3g/L时的浊度和COD去除率分别为96.1%和71.4%，明显高于常用的聚合氯化铝PAC的水处理性能值；PCM与5mg/L PAVA复配使用后，其用量明显降低，但处理效果更好，加量为0.2g/L时的浊度和COD去除率分别为90.0%和86.1%；PAVA的架桥絮凝能力强于常用的阴离子、阳离子高分子絮凝剂；返排液中ξ电位的绝对值越高，混凝剂的混凝效果越好。

关键词: 废水, 混凝, 絮凝, 页岩, 压裂返排液

Abstract:

The chemical oxygen demand value is high for the fracturing flow-back solution of shale containing a few organic additives. This paper studied the coagulation effect of a novel inorganic compound coagulant polysilicate aluminum ferric (PCM) and the flocculation properties of a comb-like polymer flocculant poly[(p-vinyl benzyl po1yoxyethylene octylphenol ether)-acrylamide-(sodium 2-acrylamido-2-methylpropane sulphonate)] (PAVA) combined with PCM. The objective was to enhance the pre-treating efficiency for fracturing flow-back fluid of shale. Then some results were obtained. When the dosage of PCM alone was at 0.3g/L, the removal efficiencies of turbidity and COD were 96.1% and 71.4%, respectively. These data were obviously higher than those using the typical polyaluminum chloride (PAC). When PCM was used together with PAVA at 5mg/L, the PCM dosage decreased markedly but the treating efficiency was higher. For example, when the dosage of PCM was at 0.2g/L, the removal efficiencies of turbidity and COD were up to 90.0% and 86.1%, respectively. The bridging flocculation effect was stronger for PAVA than for typical anionic and cationic polymer flocculants. The higher the ξ-potential value was in the flow-back fluid, the higher the coagulation efficiency was.

Key words: waste water, coagulation, flocculation, shale, fracturing flow-back fluid

中图分类号:

TB39

钟传蓉, 冯明石, 曾光玉, 黄晶晶, 何希高. 页岩压裂返排液的预处理及絮凝剂的溶液结构[J]. 化工进展, 2022, 41(9): 5109-5114.

ZHONG Chuanrong, FENG Mingshi, ZENG Guangyu, HUANG Jinging, HE Xigao. Pre-treatment of the fracturing flow-back fluid of shale and solution structures of a flocculant[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2022, 41(9): 5109-5114.

图/表 13

表1 页岩压裂液的水质

项目	长宁1号	长宁2号	威远1号
ρ（K⁺）/mg·L^–1	288	273	274
ρ（Na⁺）/mg·L^–1	8.72×10³	8.28×10³	1.13×10⁴
ρ（Mg²⁺/mg·L^–1	51.3	64.3	73.1
ρ（Ca²⁺）/mg·L^–1	353	441	577
ρ（Br^-）/mg·L^–1	54.3	56.6	104.0
ρ（Ba²⁺）/mg·L^–1	145	143	175
ρ（HCO₃^-）/mg·L^–1	559	454	591
ρ（Cl^-）/mg·L^–1	1.59×10⁴	1.57×10⁴	2.04×10⁴
ρ（Sr²⁺）/mg·L^–1	80.9	85.0	187.0
ρ（SO₄^2-）/mg·L^–1	8.02	6.95	4.68
TDS/mg·L^–1	2.71×10⁴	2.43×10⁴	3.34×10⁴
SS/mg·L^–1	78.1	111.7	442.3
TD/NTU	91.8	256.0	582.0
COD/mg·L^–1	2373.2	633.4	978.9
pH	6.3	6.5	6.8
ξ电位/mV	-19.37	-41.60	-54.85
颜色	浅黄色	黄色	深黄色

图1 混凝剂加量对浊度和浊度去除率的影响

图2 混凝剂加量对吸光度和脱色率的影响

图3 混凝剂加量对化学需氧量及其去除率的影响

图4 PAVA的分子结构

图5 加入聚合物时PCM加量对浊度和浊度去除率的影响

图6 加入聚合物时PCM加量对吸光度和脱色率的影响

图7 加入聚合物时PCM加量对COD及其去除率的影响

图8 PCM/CPAM对压裂返排液的絮凝示意图

图9 加入PAVA时PCM加量对浊度和浊度去除率的影响

图10 加入PAVA时PCM加量对化学需氧量及其去除率的影响

图11 0.3g/L PAVA在水溶液中的SEM图

图12 长宁1号水样经PCM/PAVA处理后絮体的SEM（3000倍）图

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页岩压裂返排液的预处理及絮凝剂的溶液结构

Pre-treatment of the fracturing flow-back fluid of shale and solution structures of a flocculant

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