壓裂返排液處理回用技術的現場應用

王永光，渠迎鋒，吳 萌，萬用波，臺廣鋒，李 強

（北京礦冶研究總院，北京 100160）

隨著原油產量的不斷擴大，特別是采油難度的加大，必需采用注水、壓裂等作業手段提高油氣采收率，在此過程中會產生大量壓裂返排液[1]。壓裂返排液主要有以下特點：（1）組分復雜，含有大量有機物、無機物、細菌等物質，尤其是胍膠及其分解后的高分子聚合物等[2]。（2）黏度大，乳化嚴重。由于壓裂液中的增黏物胍膠未被完全分解，產生的返排液仍具有一定的黏度，其黏度一般在 10 mPa·s～30 mPa·s。壓裂液配方中通常添加少量的表面活性劑，受地下高溫、污油及自身黏度影響，致使返排液乳化嚴重，長時間靜置也得不到有效的分離[3]。（3）水質波動大。壓裂作業屬于間歇性、分散性及地層結構不一的工作，而且返排液的返排時間和返排規律也不同，有自噴返排液和抽吸返排液，致使返排液的水質波動很大，給處理帶來一定干擾[4]。

這種高污染、重負荷的作業廢水要進行有效處置，才能保證油田開采的可持續發展。壓裂返排液是最難處理的油氣田廢水之一，國內多個油氣田都面臨著壓裂返排液處理困難的問題。隨著新環保法的實施，油氣田企業必須尋找一條合適的解決途徑。其中，由北京礦冶研究總院提出的壓裂返排液資源化回用技術，吳萌等[5]采用“復合預處理-定位除雜-成分調節-精細過濾”工藝，實現返排液處理后作為回用配液用水，該工藝技術及裝備已實現現場工業應用，在延長油田某采油廠得到應用。

1 返排液站簡介

嚴重影響污水站的正常運行。污水站若不能正常運行，則無法接收選油站原油脫水后產生的廢水，從而將影響擴大到整個選油站的正常運行。因此，該采油廠新建壓裂返排液處理站，處理后的返排液作為回用用水-重新配制壓裂液。

返排液站于2015年5月開始正常運行生產，處理能力：20 m3/h，占地面積約1 260 m2，原水儲存能力：300 m3（調節罐，利舊），處理后清水儲存能力：400 m3。

回用技術工藝設計主要由5個主作業工序和6個輔助作業工序組成，主作業工序包括前處理和均質、復合預處理、自凈化定位除雜、成分調節、精細過濾；輔助作業工序有：二次均質和發液、藥劑儲存與供給、固液分離、清潔氣源供給、車間環保和自動化控制。主要功能是去除泥沙、懸浮物、污油，降低返排液黏度等，使出水水質清澈穩定，滿足回用配液的水質要求。工藝流程（見圖 1）。

延長油田某采油廠壓裂返排液處理站（以下簡稱“返排液站”）建設運行之前，返排液和采出水混合后進入由原有污水站進行統一處理，污水站采用微生物和超濾膜工藝流程，處理后用于回注。但返排液進入污水站后無法被微生物降解，而且容易堵塞濾膜，導致污水站的生物處理系統紊亂，膜系統癱瘓而頻繁停產清理，

2 現場應用情況

2.1 返排液處理站進出水情況

2.1.1 進水水質參數 通過對延長油田某采油廠多個井場的壓裂返排液進行取樣、檢測，其中5個進水水樣的水質指標（見表1）。從表1進水水質數據看出返排液成分復雜，水質波動較大，含有大量有機鹽離子及無機物，并且黏度較高，細菌含量高。

圖1 延長油田某采油廠壓裂返排液處理回用技術工藝流程圖

表1 現場進水水質指標

表2 主要工序出水水質指標

圖2 現場進水水樣

2.1.2 出水水質參數 返排液站設立獨立的化驗室，現場化驗人員根據取樣化驗制度對不同時間段、不同工序出水進行取樣并分析化驗。壓裂返排液經過本回用技術處理后，以出水懸浮物、含油量、黏度三個主要指標為例，返排液站主要工序的出水水質指標（見表2）。

經過活化脫穩、定位除雜等主要工序處理后，返排液處理后的水質指標可達到《SY/T 5107-2016水基壓裂液性能評價方法》[6]和《SY/T6376-2008壓裂液通用技術條件》[7]中對水質的要求，滿足回用配液的要求。進水水樣和處理后出水水樣（見圖2、圖3）。

2.2 配液站回用配液情況

圖3 現場出水水樣

將返排液站化驗合格的水樣送至配液站實驗室進行進一步的壓裂性能評價試驗，主要評價試驗有基液性能、交聯效果、攜砂效果、破膠性能等壓裂液性能評價模擬試驗。該采油廠壓裂施工作業時，基液配方：胍膠：殺菌劑：激活劑：助排劑：穩定劑=0.26%：0.05%：0.05%：0.12%：0.08%；交聯液配方：硼砂：過硫酸銨=0.80%：0.70%，將基液與交聯液按照20∶1的比例混合配制而形成凍膠。根據石油行業標準《SY/T 5107-2016水基壓裂液性能評價方法》，在35℃條件下，測試基液和凍膠黏度。

延長油田某采油廠采用回用處理后的清水用于重新配液時，配液站實驗室進行的壓裂液性能評價效果（見表 3）。

從表3中可以看出：處理后的返排液作為回用配液用水時，其配制的壓裂液性能達到相關標準。當配液站實驗室內的壓裂液性能評價模擬試驗各項指標合格后，將返排液站內處理合格的返排液經發液泵泵送至配液站，重新配制壓裂液，然后供井場壓裂作業使用。

表3 延長油田某采油廠配液站壓裂液性能評價表

表4 返排液處理后作為回用配液用水記錄表

2.3 井場應用效果評價

延長油田某采油廠油井的井深一般在500 m左右，地層溫度20℃～50℃，大多屬于中低溫超低滲井。每口井壓裂作業時約需100 m3壓裂液。返排液處理站試運行期間，返排液處理后作為回用配液用水水源的記錄表（見表4）。

處理后的返排液作為配液用水時，觀察并記錄井場的壓裂數據，根據壓井效果和原油采收率情況，驗證返排液處理后作為回用配液用水的性能。對返排液處理后回用配液的壓裂施工現場進行跟蹤，以W167-3井次為例，壓裂施工數據（見表5）。

用返排液重新配制的壓裂液在井場攜砂效果良好。W167-3井壓裂施工綜合曲線正常，油壓、攜砂比例、排量等各項數據在合理范圍之內，說明該井壓井成功。通過對壓井效果（壓裂液黏度、攜砂性能、破膠性能等）和原油采收率等數據的分析，返排液站出水作為回用配液用水時，在井場壓裂作業實際應用中取得良好的效果。

3 效益分析

3.1 經濟效益分析

該站建成后，每年運行、維護、折舊等總成本約200萬元。處理后清水用于重新配液，每年可節約水資源50 000 m3，節約配液站用水成本25萬元。綜合考慮，返排液處理站年運行成本約175萬元。若返排液進入原有污水站，將增加維修、維護等直接費用200萬元，污水站停產導致選油站原油脫水受影響，損失費用將上千萬；若返排液不做任何處理，直接回注或填埋，按最新環保法處罰條例，一年將處罰800萬元以上。通過回用技術與回污水站或直接回注、填埋方案進行經濟效益對比，每年可為延長油田某采油廠節約600萬元以上的直接經濟效益。

3.2 社會效益分析

壓裂返排液處理回用技術在延長油田某采油廠的應用，實現了水資源的循環利用，避免環境污染；減輕了企業負擔，為企業走向環境友好的可持續發展之路作出貢獻；為中石油、中石化、中海油等其他油氣田產生的壓裂返排液處理困難的問題提供了解決方案，對這些油氣田的壓裂返排液處理具有重要的指導意義。

4 結論

延長油田某采油廠壓裂返排液處理站工藝先進，運行穩定，至今已處理返排液約50 000 m3。處理后出水可全部作為回用配液用水，配制的壓裂液已應用于多個井場的壓裂施工作業，壓井均取得成功。

表5 W167-3井壓裂施工數據匯總表

壓裂返排液回用技術在延長油田某采油廠的成功應用，不僅避免了返排液對原有污水站的干擾和沖擊，而且實現環境友好和水資源的節約，使得延長油田某采油廠在能源開發和環境保護之間，找到一個較好的結合點，環境效益、經濟效益和社會效益顯著。

［1］Blauch M E.Developing effective and environmentally suitable fracturing fluids using hydraulic fracturing flowback waters［J］.Society of petroleum engineers.doi：10.2118/131784-MS.

［2］Khair E，Zhang Shicheng，Shanbo M，et al.Performance and application of new anionic D3F-AS05 viscoelastic fracturing fluid［J］.J Pet Sci Eng，2011，78（1）：131-138.

［3］Liu Dexin，Fan Mingfu，Yao Litao，et al.A new fracturing fluid with combination of single phase microemulsion and gelable polymer system ［J］.J Pet Sci Eng，2010，73（3/4）：267-271.

［4］屈撐囤，馬云，謝娟.油氣田環境保護概論［M］.北京：石油工業出版社，2009.

［5］吳萌，陳雁南.紅河油田壓裂返排液回用技術研究［J］.石油天然氣學報，2014，36（6）：139-142.

［6］Y/T 5107-2016水基壓裂液性能評價方法［G］.ICS75.020.

［7］SY/T6376-2008壓裂液通用技術條件［G］.ICS75.020.