專利名稱：煤層氣田產(chǎn)出水的處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤層氣田產(chǎn)出水的處理方法。
背景技術(shù)：
隨著世界原油不斷減少，世界常規(guī)能源供給形勢(shì)日益嚴(yán)峻，國(guó)際上逐漸把發(fā)展非常規(guī)能源作為能源發(fā)展的主要議題。其中煤層氣可以成為石油和天然氣等常規(guī)能源的重要補(bǔ)充，有望成為接替煤炭、石油和天然氣等常規(guī)能源的新能源資源。煤層氣的開發(fā)具有熱值高、污染少、安全性高的特點(diǎn)。但是，開發(fā)煤層氣面臨一系列的挑戰(zhàn)，包括經(jīng)濟(jì)、地質(zhì)、后勤和作業(yè)各方面的問題，其中一個(gè)主要問題是產(chǎn)出水的處理。煤層產(chǎn)出水是煤層氣生產(chǎn)的副產(chǎn)品，是一種含有溶解鹽、溶解氣體、非水液體和固體顆粒等雜質(zhì)的多相體系。最常用的產(chǎn)出水處理方式是排入地表水系(例如河流)和注入深井，其它方法包括土地灌溉等。但是，在將產(chǎn)出水排放到河流或用于農(nóng)田灌溉之前一般需要對(duì)其進(jìn)行處理，否則可能對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不良影響。處理產(chǎn)出水的現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題是，一方面，能耗大；另一方面，產(chǎn)出水沒有得到有益的利用，造成水資源的浪費(fèi)。目前，煤層氣開采初期需要向地下的煤層氣田注入壓裂液。壓裂液的主要成分為氯化鉀、表面活性劑等。用于水力壓裂的壓裂液性能對(duì)壓裂起著重要作用，因此對(duì)壓裂液的性能如增粘性、懸浮性、濾失性、摩阻損失、穩(wěn)定性、地層傷害等方面均有嚴(yán)格的要求?；谏鲜銮闆r，現(xiàn)在仍然需要改進(jìn)的處理產(chǎn)出水的方法，該方法能耗小，并可以有效地利用產(chǎn)出水。同時(shí)，還需要改進(jìn)的配制壓裂液的方法，通過該方法配制的壓裂液具有與現(xiàn)有技術(shù)中的壓裂液相當(dāng)或更好的性能，并對(duì)地層或煤層傷害較小或沒有傷害。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種處理煤層氣田產(chǎn)出水的方法，該方法耗能少，對(duì)環(huán)境友好，并可充分利用廢水資源。本發(fā)明涉及以下各個(gè)方面1.煤層氣田產(chǎn)出水的處理方法，其特征在于將至少一部分產(chǎn)出水用作開采煤層氣所用的壓裂液。2.如前述1所述的煤層氣田產(chǎn)出水的處理方法，其中將至少一部分、直至全部產(chǎn)出水濃縮，將獲得的濃縮水用作開采煤層氣所用的壓裂液。3.如前述2的煤層氣田產(chǎn)出水的處理方法，其中所述濃縮通過選自蒸餾法、電滲析法和反滲透法中的至少一種方法進(jìn)行。4.如前述2的煤層氣田產(chǎn)出水的處理方法，其中所述濃縮通過反滲透法進(jìn)行。5.如前述2至4任一項(xiàng)所述的煤層氣田產(chǎn)出水的處理方法，其中濃縮水的礦化度是所述濃縮處理之前產(chǎn)出水的礦化度的至少3倍，或者濃縮水中氯化鉀的含量為15至40 毫克/升，優(yōu)選20至35毫克/升，更優(yōu)選20至30毫克/升。
6.如前述1至5任一項(xiàng)所述的煤層氣田產(chǎn)出水的處理方法，其中基于壓裂液的總重量，壓裂液包含0. 1至1.0重量(％、優(yōu)選0.3至0.7重量(％、例如0.5重量％的表面活性齊[J，和0.01至0. 1重量％、優(yōu)選0.01至0. 06重量％、例如0. 03重量％的殺菌劑。7.如前述6所述的煤層氣田產(chǎn)出水的處理方法，其中所述表面活性劑選自離子型、非離子型、兩性表面活性劑中的至少一種，所述殺菌劑選自有機(jī)化合物類殺菌劑中的至少一種。8.如前述6或7所述的煤層氣田產(chǎn)出水的處理方法，其中基于壓裂液的總重量，壓裂液包含0.4%至1.0%的增稠劑。9.如前述8所述的煤層氣田產(chǎn)出水的處理方法，其中所述增稠劑選自天然植物膠及其衍生物、纖維素衍生物和合成水溶性聚合物中的至少一種。10.如前述1至9任一項(xiàng)所述的煤層氣田產(chǎn)出水的處理方法，其中將所述壓裂液用于在本地的煤層氣開采。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及一種有效地處理煤層氣田產(chǎn)出水的方法，其中將至少一部分、例如高于50重量％、直至全部的產(chǎn)出水用作壓裂液，用于開采煤層氣。由于將至少一部分、直至全部產(chǎn)出水用作開采煤層氣時(shí)所用的壓裂液，因而減少了需要經(jīng)過處理然后才能排放的產(chǎn)出水的量，減輕了對(duì)處理設(shè)備和能量的依賴，還可以為壓裂液的配制提供了水源。在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，將至少一部分、例如高于50重量％、直至全部的產(chǎn)出水濃縮，然后將獲得的濃縮水用作開采煤層氣所用的壓裂液。該濃縮可以通過選自蒸餾法、電滲析法和反滲透法中的至少一種方法進(jìn)行。蒸餾法又稱為蒸發(fā)法，其原理是將原產(chǎn)出水加熱汽化，再使蒸汽冷凝而得純水。蒸餾法又分為多級(jí)閃蒸法、多效蒸餾法、壓汽蒸餾法等。本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)需要選擇合適的蒸餾法。電滲析法也稱為換膜電滲析法，其原理是將具有選擇透過性的陽膜與陰膜交替排列，組成多個(gè)相互獨(dú)立的隔室，加之以直流電，使水中陰陽離子反向運(yùn)動(dòng)，從而使相鄰隔室的原產(chǎn)出水被濃縮，純水與濃縮水得以分離。反滲透法通常又稱為超過濾法，是利用壓力表差為動(dòng)力的膜分離過濾技術(shù)。反滲透法中所用的膜是具有半透性能的薄膜，它能夠在外加壓力作用下使水溶液中的某些組分選擇性透過，從而達(dá)到淡化、凈化或濃縮分離的目的。反滲透法的優(yōu)點(diǎn)是整個(gè)過程中無水相變化，能耗較少，而且設(shè)備投資省、建設(shè)周期短。通常所用的反滲透膜有乙酸纖維膜(CA膜)；聚酰胺膜(PA膜)；和復(fù)合膜，其由薄且致密的復(fù)合層與高空隙率的基膜復(fù)合而成?？捎糜趯?shí)施本發(fā)明方法的反滲透裝置包括板框式反滲透裝置、管式反滲透裝置、 螺旋式反滲透裝置、中空纖維式反滲透裝置等。本發(fā)明所述濃縮過程優(yōu)選通過反滲透法進(jìn)行。在將產(chǎn)出水濃縮后用作壓裂液的實(shí)施方案中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以選擇適當(dāng)?shù)墓に嚄l件，將產(chǎn)出水濃縮至濃縮水的礦化度是濃縮處理之前產(chǎn)出水的礦化度的至少3倍，例如4倍至20倍，例如5倍至10倍。在本發(fā)明中，礦化度是指產(chǎn)出水、濃縮水或壓裂液中溶解性總固體的含量。礦化度可通過本領(lǐng)域中用于測(cè)量礦化度或鹽度的已知方法測(cè)量。壓裂液通常包含氯化鉀、表面活性劑和少量殺菌劑。其中氯化鉀可作防止煤粉膨脹的穩(wěn)定劑，還能改變煤基質(zhì)對(duì)水溶液的吸附潤(rùn)濕特性，從而提高返排效率，減少對(duì)煤儲(chǔ)層的傷害。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，可將產(chǎn)出水濃縮至濃縮水中氯化鉀的含量為15至40 毫克/升，優(yōu)選20至35毫克/升，更優(yōu)選20至30毫克/升。當(dāng)濃縮液中氯化鉀的含量落在上述范圍中時(shí)，滿足了壓裂液中氯化鉀的含量要求。表面活性劑可以降低壓裂液的表面張力或油水界面張力，增大與巖石的接觸角， 降低壓裂液返排時(shí)遇到的毛細(xì)管阻力，提高壓裂液反排率。殺菌劑是防止壓裂液在地層中微生物生長(zhǎng)對(duì)儲(chǔ)層的污染和傷害，消除貯罐里聚合物的表面降解、中止地層里厭氧菌的生長(zhǎng)，防止微生物對(duì)儲(chǔ)層的污染和傷害。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，所述壓裂液包含大約0. 1至1. 0重量％、優(yōu)選0.3至0.7重量％、例如0.5重量％的表面活性劑，和0.01至 0. 1重量％、優(yōu)選0. 01至0. 06重量％、例如0. 03重量％的殺菌劑，所述量均基于壓裂液的總重量。上述表面活性劑和殺菌劑的含量通過在用作壓裂液注入煤層之前向產(chǎn)出水或濃縮之后的產(chǎn)出水中添加表面活性劑和殺菌劑而獲得。本發(fā)明所用表面活性劑和殺菌劑是本領(lǐng)域中常用的。例如，表面活性劑可選自離子型、非離子型、兩性表面活性劑中的至少一種，殺菌劑可選自有機(jī)化合物類殺菌劑中的至少一種。根據(jù)本發(fā)明，壓裂液還可以包含基于壓裂液總重量的0. 4 %至1. 0 %的增稠劑。所述增稠劑可以選自下述物質(zhì)中的至少一種天然植物膠及其衍生物，例如淀粉；纖維素衍生物，例如甲基纖維素、羧甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素等；和合成水溶性聚合物，例如聚丙烯酰胺、亞甲基聚丙烯酰胺等。在本發(fā)明一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，對(duì)至少一部分、例如至少50%、例如全部產(chǎn)出水進(jìn)行反滲透處理，使得濃縮水的礦化度為進(jìn)水(處理前的產(chǎn)出水)礦化度的至少3倍， 例如4倍、5倍、6倍，向濃縮水添加表面活性劑、殺菌劑和，任選地，增稠劑，將所得液體用作壓裂液。前述表面活性劑、殺菌劑和增稠劑的種類和量適用于該特別優(yōu)選的實(shí)施方案。在本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方案中，還優(yōu)選將源自產(chǎn)出水的壓裂液用于在本地的煤層氣開采。所謂“本地的煤層氣開采”，是指即將用所述壓裂液開采的煤層氣井與產(chǎn)生所述產(chǎn)出水的煤層氣井處于同一個(gè)煤層氣田，或者具有相同或相近的地質(zhì)條件。這樣，由于產(chǎn)出水與當(dāng)?shù)氐貙又械乃|(zhì)相接近，用產(chǎn)出水配制壓裂液與地層結(jié)構(gòu)相容性好，對(duì)煤層的傷害小。在本發(fā)明中，通過產(chǎn)出水的濃縮而獲得的純水可以回收利用，或者排放到地表水系中。實(shí)施例某煤層氣田產(chǎn)出水水質(zhì)可見下表1。表1 (單位除PH值之外，均為ppm)
權(quán)利要求
1.煤層氣田產(chǎn)出水的處理方法，其特征在于將至少一部分產(chǎn)出水用作開采煤層氣所用的壓裂液。
2.如權(quán)利要求1所述的煤層氣田產(chǎn)出水的處理方法，其中將至少一部分、直至全部產(chǎn)出水濃縮，將獲得的濃縮水用作開采煤層氣所用的壓裂液。
3.如權(quán)利要求2的煤層氣田產(chǎn)出水的處理方法，其中所述濃縮通過選自蒸餾法、電滲析法和反滲透法中的至少一種方法進(jìn)行。
4.如權(quán)利要求2的煤層氣田產(chǎn)出水的處理方法，其中所述濃縮通過反滲透法進(jìn)行。
5.如權(quán)利要求2至4任一項(xiàng)所述的煤層氣田產(chǎn)出水的處理方法，其中濃縮水的礦化度是所述濃縮處理之前產(chǎn)出水的礦化度的至少3倍，或者濃縮水中氯化鉀的含量為15至40 毫克/升，優(yōu)選20至35毫克/升，更優(yōu)選20至30毫克/升。
6.如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的煤層氣田產(chǎn)出水的處理方法，其中基于壓裂液的總重量，該壓裂液包含0. 1至1.0重量(％、優(yōu)選0.3至0.7重量(％、例如0.5重量％的表面活性劑，和0.01至0. 1重量％、優(yōu)選0.01至0. 06重量％、例如0. 03重量％的殺菌劑。
7.如權(quán)利要求6所述的煤層氣田產(chǎn)出水的處理方法，其中所述表面活性劑選自離子型、非離子型、兩性表面活性劑中的至少一種，所述殺菌劑選自有機(jī)化合物類殺菌劑中的至少一種。
8.如權(quán)利要求6或7所述的煤層氣田產(chǎn)出水的處理方法，其中基于壓裂液的總重量，壓裂液包含0. 4%至1. 0%的增稠劑。
9.如權(quán)利要求8所述的煤層氣田產(chǎn)出水的處理方法，其中所述增稠劑選自天然植物膠及其衍生物、纖維素衍生物和合成水溶性聚合物中的至少一種。
10.如權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)所述的煤層氣田產(chǎn)出水的處理方法，其中將所述壓裂液用于在本地的煤層氣開采。
全文摘要
本發(fā)明涉及煤層氣田產(chǎn)出水的處理方法，其特征在于將至少一部分產(chǎn)出水用作開采煤層氣所用的壓裂液。
文檔編號(hào)C02F1/00GK102557158SQ20101060625
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月27日
發(fā)明者余志晟, 劉新春, 劉研萍, 吳建光, 張洪勛, 王斌, 琚宜文, 錢智 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院研究生院, 中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司