淺析油井壓裂液返排管理與實踐

摘 要：水力壓裂是非常規(guī)油氣藏開發(fā)的重要增產(chǎn)措施之一，壓裂施工結(jié)束后，壓裂液會對環(huán)境造成影響。我們應(yīng)從提高壓裂液返排，嚴格處理返排液這兩方面來降低壓裂液對環(huán)境造成的污染。

關(guān)鍵詞：遼河油田；壓裂液；返排率；壓裂；環(huán)境污染

1 概述

近年來，石油開采將目光投向了非常規(guī)油氣藏，其基質(zhì)滲透率一般很小，需要借助水力壓裂才能獲得產(chǎn)能。非常規(guī)油氣藏開發(fā)模式以水平井為主，壓裂施工規(guī)模、液量是常規(guī)油氣藏的5到10倍，水力壓裂在施工過程中向地層注入了大量的壓裂液。壓裂施工結(jié)束后，一部分壓裂液返排到地面，另一部分未返排的壓裂液留在地層中，如果處理措施不當，壓裂液會對環(huán)境造成嚴重污染。因此，提高壓裂液返排率，以及對返排液的處理技術(shù)，減少環(huán)境污染，是非常規(guī)油氣藏開發(fā)需要重點關(guān)注的問題。

2 壓裂液對環(huán)境的影響

2.1 壓裂液廢液量增加。水力壓裂是非常規(guī)油氣藏開發(fā)的重要手段之一，非常規(guī)油氣井鉆井完成后，只有少數(shù)天然裂縫特別發(fā)育的井可直接投入生產(chǎn)，90%以上的井需要經(jīng)過壓裂儲層改造才能獲得比較理想的產(chǎn)量。非常規(guī)油氣藏壓裂規(guī)模一般為常規(guī)油氣藏的5到10倍，水平井采用分段壓裂，壓裂段數(shù)為10段，預(yù)計總液量13400m3，壓裂液量顯著增加，產(chǎn)生了大量成分復(fù)雜的壓裂返排液，水力壓裂對環(huán)境的影響逐漸增加。

2.2 污染地下水及地面環(huán)境。水力壓裂施工后，返排不及時或返排率低都會導(dǎo)致部分壓裂液長期殘留在地層中，對地層造成傷害。如果油氣藏目的層附近有地下水源，壓裂施工溝通地下水層，就會對地下水源造成嚴重的污染。壓裂液添加劑種類繁多，組分復(fù)雜，不同的壓裂液體系組成差別很大。如果處理不當，造成壓裂返排液中的污染物滲入地下水，就會嚴重影響地下水質(zhì)。此外，由于雨水沖刷可能造成返排廢液隨地表徑流進入河流，對地表水體造成污染。壓裂返排液中含有微量的重金屬元素，這些元素性能穩(wěn)定，滲入土壤不易去除，短時間內(nèi)不會對地表水和植被產(chǎn)生明顯影響。但是隨著土壤中這些元素含量的增多，會使土壤肥力下降，不利于農(nóng)作物及植被等的生長，對環(huán)境造成影響。壓裂返排液中的各種污染組分還有可能影響到陸生野生動植物，間接對人體健康產(chǎn)生危害。

3 壓裂液返排及返排液處理現(xiàn)狀

3.1 壓裂液返排現(xiàn)狀。壓裂液的返排率和油氣藏的地質(zhì)特征有著密切的關(guān)系。受地層能量的影響，返排率最低僅為10%左右。在壓裂設(shè)計優(yōu)化過程中，針對不同的地層物性，優(yōu)化壓裂液體系，提高壓裂液破膠性能，促進壓裂液返排，是目前非常規(guī)油藏壓裂要解決的重要問題之一。

3.2 返排液處理現(xiàn)狀。水力壓裂施工結(jié)束后，大量的壓裂液添加劑，返排的壓裂液具有高粘度、高穩(wěn)定性的特點。此外添加劑的種類較多，包含一些親水性的有機添加劑，使COD值偏高，而且降低的難度較大。如果這些返排液不經(jīng)過處理直接排放，將會對周圍的環(huán)境造成很大的污染。壓裂返排液的處理方法較多，作為預(yù)處理比較常用的是化學混凝法。它的主要機理包括吸附架橋作用、電中和、壓縮雙電層以及沉淀物網(wǎng)捕。通過混凝處理后，COD能降低到73%。應(yīng)用比較廣泛的另一種方法是化學氧化法。它利用強氧化劑將返排液中的無機物和有機物氧化分解，以達到降低COD值的目的。

3.3 存在的問題。目前壓裂液多采用幾種處理工藝相結(jié)合的多元組合處理，已實現(xiàn)降低壓裂返排液中的污染物含量，從而達到廢液排放滿足環(huán)保標準的目的，但是這些技術(shù)運行成本過高，在實際生產(chǎn)中還未達到大規(guī)模應(yīng)用的水平。一旦壓裂廢液量劇增，目前的壓裂返排液處理水平難以滿足實際需求。

4 如何減少對環(huán)境的污染

4.1 提高壓裂液返排率，降低地層污染。壓裂液添加劑成分復(fù)雜，種類多。在壓裂液體系的研發(fā)和實驗階段，添加劑盡量選擇符合環(huán)保要求的產(chǎn)品，并按照標準進行嚴格測試。從源頭做起，提高壓裂液的破膠性能，盡量減少壓裂返排液中污染物的含量。目前水處理劑的研究也出現(xiàn)了積極的轉(zhuǎn)變，從無機高分子到有機高分子，從天然有機高分子到改性有機高分子及合成有機高分子，這一變化反映出我們的壓裂廢水處理劑逐漸向新型、高效、清潔、無毒的方向發(fā)展。

4.2 液氮助排工藝。對于地層壓力系數(shù)較低的油井，壓裂后地層能量不足，返排率低。為了改善這種狀況，在壓裂設(shè)計時考慮液氮伴注。采用液氮助排不僅可以為壓后返排提供一定的高壓能量，彌補地層返排能量的不足，顯著提高低壓油氣井的返排速度。另外，壓裂施工中注入液氮還可以降低壓裂液濾失對地層造成的傷害。

4.3 加防水鎖劑。對于低滲透油氣藏，壓裂過程常伴隨著水鎖傷害，以某低滲氣藏為例，進行不同水鎖強度氣驅(qū)水實驗，測試結(jié)果表明，在束縛水存在的條件下，隨著氣體累積產(chǎn)出量的增加，氣相的有效滲透率逐漸恢復(fù)。當產(chǎn)出氣量較少時，氣相的有效滲透率較小，反映了水鎖堵塞對地層滲透率的影響。

4.4 加強壓裂液排放管理。在壓裂施工現(xiàn)場，嚴格執(zhí)行相關(guān)環(huán)保標準，大罐和管道下方鋪上很厚的防滲布，并使用自吸車吸走防滲布上的殘液，避免由于管道滲漏液體污染土地。施工完成后要求將放噴返排液排入專用儲液罐，防止返排液污染井場。將返排液儲液罐運送到聯(lián)合站進行統(tǒng)一處理。根據(jù)《綜合污水排放標準》，嚴格對處理后的返排壓裂液主要污染指標進行檢測，達到標準后才能排放。

5 結(jié)束語

5.1 目前壓裂施工中，存在著壓裂液返排率低、返排液處理困難的問題。

5.2 壓裂液不僅傷害地層，還對地下水及地面農(nóng)作物等造成污染，對周圍居民的生活質(zhì)量造成影響。

5.3 通過新型環(huán)保壓裂液、液氮助排、防水鎖等措施提高壓裂液的返排率。通過對返排液排放控制及回收再利用，嚴格處理壓裂返排液，減少環(huán)境污染。

參考文獻：

[1]趙曉.壓裂液返排模型的建立及應(yīng)用[J].石油鉆采工藝，2011，33（3）：62-65.

作者簡介：王林，女（1990，03-），遼寧遼中人，2013年畢業(yè)于長江大學地球化學專業(yè)，本科，地質(zhì)技術(shù)員，助理工程師，現(xiàn)從事安全環(huán)保工作。