【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于油气田开发领域，具体涉及一种压裂返排液洁净处理及稠油热采一体化实验系统和方法。
技术介绍
1、在矿场油气井开发过程中，通过高压设备将压裂液打入到地下岩层中使之产生裂缝是钻井工程中的关键工序之一。压裂液的加入可以增大岩层内部空间及孔隙结构，降低地层中天然气、石油等的流动阻力，同时，压裂液中混合的沙子、氧化铝等支撑剂组分可维持岩层中的高缝隙特征，有利于定点气藏的持续开发。然而，由于压裂液通常具有高矿度、高粘性及高cod的特征，压裂反排液的处理一直是油气行业的难题。目前来讲，针对于其处理方式主要有达标外排、回注利用、处理后备用，因反排液中有机、无机杂质较多且通常有较多细菌，无论是直接排放还是回收利用，通过氧化工艺批量处理并降低其cod值及污染危害是必不可少的步骤之一。
2、通常情况下油气藏丰富的陆地地区都地处偏远，太阳能资源较为丰富。太阳能驱动的光催化技术是目前来说较为前沿的技术，因为其反应条件温和、绿色无污染、成本低等优势而得到了很多技术专家的认可。其主要原理是利用高活性的光催化剂（例如tio2、c3n4、cds、cuzns等）在太阳能中紫外光及近红外光区域的光子的激发作用下在溶液中产生非常多的氧化性较强的羟基自由基，可以很好地将污染物水溶液中的有机物质转化为低碳结构的二氧化碳、水或者其他无机物质，以此来降低污染物中的cod值，这种技术在水净化处理及油田化学试剂等方向应用广泛。
3、此外，对于油气开采的流程来讲，压裂之后会进行油气的开采，对于粘度较高的原油，即平均粘度100毫帕秒的稠油，通过注入
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种压裂返排液洁净处理及稠油热采一体化实验系统和方法，在利用光催化技术有效降解净化压裂反排液中有机物、细菌及深度油污的同时，直接利用净化水作为水源汽化得到水蒸气用于稠油的加热降粘，以上光反应和热反应恰好基于太阳能的梯级互补吸收利用，无需额外的能量输入，大大降低了稠油热采的技术成本及环境减碳压力。可为相关领域的科研人员及领域从业者提供一种压裂反排液降解处理协同稠油热蒸汽降粘开采的耦合工艺，方便研究人员探索内部工艺参数及反应构件的结构优化机理，同时可为太阳能的梯级分配及综合利用提供在油气藏上的应用范式。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、压裂返排液洁净处理及稠油热采一体化实验系统，包括有反排液静置箱，反排液静置箱下游端设置有轴流泵，轴流泵下游端设置有压差式流量计，压差式流量计下游端设置有光催化剂悬液罐，光催化剂悬液罐下游设置有间歇式蠕动泵，间歇式蠕动泵下游设置有光反应器；光反应器的中间顶层有蓝宝石视窗，底层设置有阵列式棱台；光反应器下游端设置有分离罐，光反应器顶部设置有太阳能模拟器和聚光透镜；分离罐下游设置有隔膜泵，隔膜泵直接连接至光热腔，光热腔下游端设置有第一状态监测器，第一状态监测器下游端设置有恒温汽化炉，恒温汽化炉下游端设置有混合缓冲腔；在混合缓冲腔的上游端分别设置有高压氮气瓶和防爆式气体流量计；混合缓冲腔下游端设置有第二状态监测器，第二状态监测器下游端设置有填砂管，填砂管放置在保温箱内部，在填砂管的尾部设置有计量容器。
4、本专利技术进一步的改进在于，从油田现场取回的压裂返排液在反排液静置箱静置1小时以保证除去反排液中的固体杂质。
5、本专利技术进一步的改进在于，光催化剂悬液罐中放置有浓度为1mg/ml的tio2光催化剂颗粒水悬浮液，轴流泵抽取反排液静置箱的上清液进入到管路中，压差式流量计根据实际降解性能来选择复配不同体积比例的反排液与光催化剂颗粒悬浮液。
6、本专利技术进一步的改进在于，太阳能模拟器发射的太阳能光子经过聚光透镜的聚焦作用进一步透射至蓝宝石视窗处，聚光比例在100以上；间歇式蠕动泵用于控制从光催化剂悬液罐流过来的反排液与光催化剂颗粒混合液流量，同时，根据实际降解性能反馈来控制间歇式蠕动泵的启停时间比例；光反应器中的阵列式棱台的高度为5mm，用于在混合液流经阵列式棱台时形成局部微扰流环境。
7、本专利技术进一步的改进在于，在光反应器中完成光反应的混合液在下游分离罐中完成固液分离过程，降解处理后的上清液在光热腔中完成汽化过程，隔膜泵需控制流量在20ml/min以下；光热腔底部放置有黑色碳凝胶薄膜，用于强化光热吸收和热转化效果；第一状态监测器用于实时监测光热腔中蒸汽的温度、压力以及含水量信息。
8、本专利技术进一步的改进在于，光反应器和光热腔在太阳能光谱利用上形成互补关系，分别吸收光谱范围为250nm-500nm，500nm-2500nm。
9、本专利技术进一步的改进在于，恒温汽化炉用于根据实验参数要求进一步调整蒸汽的温度和压力值；在填砂管中利用石英砂压缩的岩心来模拟地下岩层，在分别饱和水和饱和油处理过后的岩心放置在填砂管，保温箱用于原位模拟地下环境的实时温度，能够设置的温度范围为25oc-1000oc之间。
10、本专利技术进一步的改进在于，采用惰性氮气作为载气将其打入到填砂管中；防爆式气体流量计用于控制从高压氮气瓶中放出的高压氮气，氮气和水蒸气的混合气在混合缓冲腔混合均匀之后一起进入后端；第二状态监测器用于对填砂管入口端的气体压力和温度进行检测。
11、本专利技术进一步的改进在于，稠油热采的体积流量根据计量容器获得，通过对比采出油量与饱和油总量来衡量在特征参数工况下的热采性能。
12、压裂返排液洁净处理及稠油热采一体化实验方法，包括：
13、将浓度为1mg/ml的tio2光催化剂颗粒水悬浮液放置在光催化剂悬液罐中，并且持续搅拌；从将从现场取回的压裂反排液倒入反排液静置箱中作为实验样品，静置处理小时以上确保其中的沙砾完全沉降；对于实验岩心，采用40目-100目之间的二氧化硅颗粒压缩后作为模拟岩心，然后将其进行饱和水、饱和油处理后放入到填砂管中，并记录模拟岩心中的含油总量；当系统开始运行时，反排液静置箱中的压裂反排液经过轴流泵泵送至光催化剂悬液罐中，两种液体的体积比例和对应浓度通过压差式流量计进行变向调节；混合液经过间歇式蠕动泵输送到光反应器中参与光化学反应，其中设置的阵列式棱台在混合液流经阵列式棱台时形成局部微扰流环境；太阳能模拟器发出全波段的光谱，发射出的全波段光子经过聚光透镜的汇聚作用并经过蓝宝石视窗辐射给反应悬浮液，在紫外光及部分可见光光子的激发作用下，光催化剂tio2产生空穴并对应在基液中产生羟基自由基；参与完反应后的反应液进入到分离罐中进行静置分离，待光催化剂本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.压裂返排液洁净处理及稠油热采一体化实验系统，其特征在于，包括有反排液静置箱（1），反排液静置箱（1）下游端设置有轴流泵（2），轴流泵（2）下游端设置有压差式流量计（3），压差式流量计（3）下游端设置有光催化剂悬液罐（4），光催化剂悬液罐（4）下游设置有间歇式蠕动泵（5），间歇式蠕动泵（5）下游设置有光反应器（9）；光反应器（9）的中间顶层有蓝宝石视窗（8），底层设置有阵列式棱台（22）；光反应器（9）下游端设置有分离罐（11），光反应器（9）顶部设置有太阳能模拟器（6）和聚光透镜（7）；分离罐（11）下游设置有隔膜泵（12），隔膜泵（12）直接连接至光热腔（10），光热腔（10）下游端设置有第一状态监测器（13），第一状态监测器（13）下游端设置有恒温汽化炉（14），恒温汽化炉（14）下游端设置有混合缓冲腔（17）；在混合缓冲腔（17）的上游端分别设置有高压氮气瓶（15）和防爆式气体流量计（16）；混合缓冲腔（17）下游端设置有第二状态监测器（18），第二状态监测器（18）下游端设置有填砂管（20），填砂管（20）放置在保温箱（19）内部，在填砂管（20）的尾部设置有计量容器
2.根据权利要求1所述的压裂返排液洁净处理及稠油热采一体化实验系统，其特征在于，从油田现场取回的压裂返排液在反排液静置箱（1）静置1小时以保证除去反排液中的固体杂质。
3.根据权利要求1所述的压裂返排液洁净处理及稠油热采一体化实验系统，其特征在于，光催化剂悬液罐（4）中放置有浓度为1mg/mL的TiO2光催化剂颗粒水悬浮液，轴流泵（2）抽取反排液静置箱（1）的上清液进入到管路中，压差式流量计（3）根据实际降解性能来选择复配不同体积比例的反排液与光催化剂颗粒悬浮液。
4.根据权利要求1所述的压裂返排液洁净处理及稠油热采一体化实验系统，其特征在于，太阳能模拟器（6）发射的太阳能光子经过聚光透镜（7）的聚焦作用进一步透射至蓝宝石视窗（8）处，聚光比例在100以上；间歇式蠕动泵（5）用于控制从光催化剂悬液罐（4）流过来的反排液与光催化剂颗粒混合液流量，同时，根据实际降解性能反馈来控制间歇式蠕动泵（5）的启停时间比例；光反应器（9）中的阵列式棱台（22）的高度为5mm，用于在混合液流经阵列式棱台（22）时形成局部微扰流环境。
5.根据权利要求1所述的压裂返排液洁净处理及稠油热采一体化实验系统，其特征在于，在光反应器（9）中完成光反应的混合液在下游分离罐（11）中完成固液分离过程，降解处理后的上清液在光热腔（10）中完成汽化过程，隔膜泵（12）需控制流量在20 mL/min以下；光热腔（10）底部放置有黑色碳凝胶薄膜，用于强化光热吸收和热转化效果；第一状态监测器（13）用于实时监测光热腔（10）中蒸汽的温度、压力以及含水量信息。
6.根据权利要求1所述的压裂返排液洁净处理及稠油热采一体化实验系统，其特征在于，光反应器（9）和光热腔（10）在太阳能光谱利用上形成互补关系，分别吸收光谱范围为250nm-500nm，500nm-2500nm。
7.根据权利要求1所述的压裂返排液洁净处理及稠油热采一体化实验系统，其特征在于，恒温汽化炉（14）用于根据实验参数要求进一步调整蒸汽的温度和压力值；在填砂管（20）中利用石英砂压缩的岩心来模拟地下岩层，在分别饱和水和饱和油处理过后的岩心放置在填砂管（20），保温箱（19）用于原位模拟地下环境的实时温度，能够设置的温度范围为25oC-1000oC之间。
8.根据权利要求1所述的压裂返排液洁净处理及稠油热采一体化实验系统，其特征在于，采用惰性氮气作为载气将其打入到填砂管（20）中；防爆式气体流量计（16）用于控制从高压氮气瓶（15）中放出的高压氮气，氮气和水蒸气的混合气在混合缓冲腔（17）混合均匀之后一起进入后端；第二状态监测器（18）用于对填砂管（20）入口端的气体压力和温度进行检测。
9.根据权利要求1所述的压裂返排液洁净处理及稠油热采一体化实验系统，其特征在于，稠油热采的体积流量根据计量容器（21）获得，通过对比采出油量与饱和油总量来衡量在特征参数工况下的热采性能。
10.压裂返排液洁净处理及稠油热采一体化实验方法，其特征在于，该方法基于权利要求1至9中任一项所述的压裂返排液洁净处理及稠油热采一体化实验系统，包括：
...【技术特征摘要】
1.压裂返排液洁净处理及稠油热采一体化实验系统，其特征在于，包括有反排液静置箱（1），反排液静置箱（1）下游端设置有轴流泵（2），轴流泵（2）下游端设置有压差式流量计（3），压差式流量计（3）下游端设置有光催化剂悬液罐（4），光催化剂悬液罐（4）下游设置有间歇式蠕动泵（5），间歇式蠕动泵（5）下游设置有光反应器（9）；光反应器（9）的中间顶层有蓝宝石视窗（8），底层设置有阵列式棱台（22）；光反应器（9）下游端设置有分离罐（11），光反应器（9）顶部设置有太阳能模拟器（6）和聚光透镜（7）；分离罐（11）下游设置有隔膜泵（12），隔膜泵（12）直接连接至光热腔（10），光热腔（10）下游端设置有第一状态监测器（13），第一状态监测器（13）下游端设置有恒温汽化炉（14），恒温汽化炉（14）下游端设置有混合缓冲腔（17）；在混合缓冲腔（17）的上游端分别设置有高压氮气瓶（15）和防爆式气体流量计（16）；混合缓冲腔（17）下游端设置有第二状态监测器（18），第二状态监测器（18）下游端设置有填砂管（20），填砂管（20）放置在保温箱（19）内部，在填砂管（20）的尾部设置有计量容器（21）。
2.根据权利要求1所述的压裂返排液洁净处理及稠油热采一体化实验系统，其特征在于，从油田现场取回的压裂返排液在反排液静置箱（1）静置1小时以保证除去反排液中的固体杂质。
3.根据权利要求1所述的压裂返排液洁净处理及稠油热采一体化实验系统，其特征在于，光催化剂悬液罐（4）中放置有浓度为1mg/ml的tio2光催化剂颗粒水悬浮液，轴流泵（2）抽取反排液静置箱（1）的上清液进入到管路中，压差式流量计（3）根据实际降解性能来选择复配不同体积比例的反排液与光催化剂颗粒悬浮液。
4.根据权利要求1所述的压裂返排液洁净处理及稠油热采一体化实验系统，其特征在于，太阳能模拟器（6）发射的太阳能光子经过聚光透镜（7）的聚焦作用进一步透射至蓝宝石视窗（8）处，聚光比例在100以上；间歇式蠕动泵（5）用于控制从光催化剂悬液罐（4）流过来的反排液与光催化剂颗粒混合液流量，同时，根据实际降解性能反馈来控制间歇式蠕动泵（5）的启...
【专利技术属性】
技术研发人员：马利静，曾子龙，敬登伟，师进文，刘茂昌，苏进展，路利波，陆新龙，李小平，郭烈锦，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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