頁巖氣壓裂返排液回用外排技術研究

劉忠運，劉頌平，周 楠

（1.重慶能源職業學院，重慶 402260；2.中國石油西南油氣田公司，四川成都 610000）

頁巖氣壓裂返排液回用外排技術研究

劉忠運1，劉頌平2，周 楠2

（1.重慶能源職業學院，重慶 402260；2.中國石油西南油氣田公司，四川成都 610000）

分析了四川長寧-威遠區塊與重慶涪陵區塊頁巖氣壓裂返排液組分，并對返排液回用外排技術進行了探討。壓裂返排液具有化學需氧量高，總溶解性固體含量高，總懸浮物含量高等“三高”特點且成分復雜，采用回用技術可實現水資源重復利用，外排技術則需要多種方案的優化組合。

頁巖氣；返排液；回用；外排

頁巖氣作為一種清潔非常規能源，今年來備受關注。我國四川威遠-長寧地區、重慶涪陵地區已建成頁巖氣開發示范區，同時，天然氣“十三五”規劃中明確提出，2020年頁巖氣產量將達300億m3，因頁巖氣儲層滲透率極低（10-6～10-5md），必須依靠壓裂，氣體才能暢通入井，但壓裂需要耗費大量水資源[1-2]，而四川重慶境內的頁巖氣開發區塊大多處于崇山峻嶺之中，水資源匱乏，生態環境脆弱，如何對壓裂返排液進行有效處理實現綠色環保循環利用，是一項亟待解決的難題。通過對壓裂返排液特點分析，通過回用及外排技術探討，力求尋找一種有效解決山區壓裂返排液處理技術。

1 壓裂返排液特點分析

四川重慶地區頁巖氣壓裂液返排液具有“三高”特點，即化學需氧量（COD）高（重慶∶4 500mg/L，四川∶4 300mg/ L）；總溶解性固體（TSS）高（重慶∶26 000mg/L，四川∶23 000mg/L），總懸浮物含量（TDS）高（重慶∶1 600mg/L，四川∶1 450mg/L），其次，總鋇含量、總鎂含量指標（均約1600mg/ L）也較高。壓裂液返排液成分復雜。壓裂液一般包括阻垢劑降阻劑等十幾種處理劑，而這些多為化學類物質，其次返排液也會攜帶地層中的一些礦物質，如酮類、酚類有機物、放射性物質等。“三高”特點及組成成分復雜性決定采用常規污水處理手段，效果欠佳。加之區塊處于山區，交通不便，返排液處理還需要考慮場地、經濟等問題。

2 壓裂返排液回用處理技術

回用處理技術一般適合外排標準較難達到，且水資源較為緊張的地區。目前，國外壓裂返排液回用處理技術較為成功是哈里伯頓和威立雅公司[3]，其中哈里伯頓技術對總懸浮物和總鐵效果比較明顯（大于99%），Haynesville區塊應用良好；威立雅公司技術能夠同時進行化學軟化和TDS去除，在Marcellus區塊應用，處理速度跟哈利伯頓相當（4.5m3/min）。

國內重慶涪陵區塊采用“四步法”回用工藝，即沉淀-除油-絮凝-過濾，此種辦法在前期返排量較少的時候比較實用；四川長寧-威遠區塊則采用更為簡單的回用工藝，主要依靠清水稀釋方式以達到回用水質要求，此方式不能從根本上解決山區缺水緊張局面。此外，博天環境研發的回用處理效果較好，其工藝流程為∶格柵去雜-油水分離-氣浮去油-混凝沉淀-多介質過濾-殺菌-精密過濾，但處理流程過于復雜，山區應用還需優化。

3 壓裂返排液外排技術

相比回用技術，返排液外排則要求嚴格的多，否則勢必對四川重慶山區環境造成污染，而外排難點在于脫鹽工藝，目前比較流行的脫鹽工藝有∶反滲透技術（RO技術）（小于4萬mg/L）；機械蒸汽再壓縮蒸發（MVR技術）（介于4～10萬mg/ L）；膜蒸餾技術（MD技術）（大于12萬mg/L）；正滲透技術（FO技術）（介于7～14萬mg/L）等。在實際應用過程中，通常是幾種技術的組合，如反滲透+MVR技術[4]；也可能是物化處理與生化處理的組合[5]，如強化混凝-高級氧化-生物氧化-消毒，預氧化-混凝-高級氧化-反滲透-濃水處理等。

4 結論與展望

①四川長寧-威遠區塊、重慶涪陵區塊壓裂返排液均具有“三高”特點且成分組成復雜；②無水壓裂技術（液化石油氣壓裂和超臨界二氧化碳壓裂）等新型壓裂技術值得探索，有望解決常規水力壓裂返排液處理難度大的難題。③壓裂返排液回用技術以哈里伯頓與威立雅公司較為成熟，引進消化吸收，有利于山區高效開發頁巖氣；④針對山區特點，回用處理技術采用罐裝車較為合適；外排處理技術采用小型撬裝較為合適，如何實現回用-外排一體化作業值得探索；⑤多種處理方式優化組合，簡化工藝流程，可進一步降低污染物含量，達到回注或排放標準。

[1] 楊德敏，夏宏，袁建梅，等.頁巖氣壓裂返排廢水處理方法探討[J].2013，31（6）∶31-36.

[2] 耿翠玉，喬瑞平，陳廣升，等.頁巖氣壓裂返排液處理技術[J].能源環境保護，2016，30（1）∶12-16.

[3] 陳龍利，何敏，王丹，等.涪陵頁巖氣開發壓裂廢水的污染防治技術探討[J].2016，24（12）∶26-30.

[4] Hsue-Peng L，Nancy L.Handbook of environmental engineering[M].2016，16（4）∶293-337.

[5] Estrada M，Bhamidimarri R.A review of issues and treatment options for wastewater from shale gas extraction by hydraulic fracturing[J]. Fuel，2016，182（1）∶292-303.

Study on Outflow Technology of Shale Gas Fracturing Return

Liu Zhong-yun，Liu Song-ping，Zhou Nan

Analyzes the components of shale gas fractures in Changning-Weiyuan block and Chongqing Fuling block，and discusses the effluent technology.Fracturing back to the liquid with high chemical oxygen demand，the total dissolved solids content of high solids，high total suspended solids content of the “three high” features and complex composition，the use of reuse technology can achieve water resources reuse，efflux technology needs more The optimal combination of alternatives.

shale gas；return liquid；reuse；effluent

X741

A

1003-6490（2017）02-0110-01

2017-02-15

劉忠運（1984—），男，湖北隨州人，講師，主要從事非常規氣研究工作。