壓裂返排液處理技術(shù)研究

周道琛 ，史曉瓊 ，李 斌 ，王飛航 ，2

（1.核工業(yè)二0三研究所，陜西咸陽 712000；2.陜西中核地礦油氣工程有限公司，陜西延安 716000）

目前，我國石油天然氣開發(fā)已進(jìn)入中后期階段，開發(fā)成本與難度愈加增大，為了提高油氣田產(chǎn)能，壓裂工藝作為主要的增產(chǎn)措施在各油田廣泛應(yīng)用。

壓裂工藝廣泛的應(yīng)用于低滲透、非常規(guī)油氣藏開發(fā)過程中，利用壓裂工藝可有效地改善油氣儲層的滲透力與流動性[1-4]。壓裂技術(shù)在新井試油、老井增產(chǎn)及非常規(guī)油氣開發(fā)、頁巖氣開發(fā)中發(fā)揮著重要作用。在壓裂過程中最常用的是水基壓裂液及其他化合物，而壓裂之后隨著時間的不斷推移，儲層中的壓裂液需要逐漸返排出井口，其廢液具有污染物，成分復(fù)雜、濃度高、黏度大，處理難度大，是油田較難處理污染物之一。如不處理直接排放，會干擾后續(xù)的生產(chǎn)，并造成區(qū)域環(huán)境污染、井筒堵塞等，嚴(yán)重則影響油田正常生產(chǎn)（見圖1）。

油氣田污水處理常用的方法有混凝法、鐵、碳微電解法、酸堿中和法、生物處理法等[5-7]。壓裂返排液的成分較為復(fù)雜多樣，可降解性比較低，在實際應(yīng)用處理過程中，需要通過多種方式方法來進(jìn)行綜合處理，已達(dá)到凈化的效果（見表1）。

表1 壓裂返排液污水性質(zhì)

1 油氣田壓裂廢液的危害分析

壓裂返排液中除了含有摻合物與添加劑外，還有從儲層中返排過程中攜帶了大量的細(xì)菌、有機(jī)化合物以及各類雜質(zhì)，與鉆井泥漿污水、固井液污水等相比具有污染物濃度大，種類多、成分復(fù)雜、礦化度高等特點。

返排液如果不經(jīng)過有效的處理，將會對地層與周邊環(huán)境造成很大的危害，導(dǎo)致地區(qū)生態(tài)環(huán)境破壞。

2 國內(nèi)壓裂返排液處理技術(shù)

2.1 混凝法處理技術(shù)

該工藝的經(jīng)濟(jì)實用型比較好，它是在壓裂返排液中加入一些絮凝劑，去除返排液中的可溶性物質(zhì)與固體物質(zhì)，最終達(dá)到固體顆粒和液體的分離效果。該工藝的不足在于不能很好的處理化學(xué)耗氧量（COD）。在油氣田返排液的實際處理過程中，一般會加入較多的混凝劑以達(dá)到預(yù)期的處理效果，但是過量會造成淤泥過多造成二次污染，而且大量淤泥減慢了沉淀的速度，造成廢水處理時間過長。因此，此種方法大多數(shù)應(yīng)用在前期的預(yù)處理當(dāng)中。

2.2 鐵、碳微電解法

該工藝一般稱作零價鐵法電解技術(shù)，其廣泛應(yīng)用于油氣產(chǎn)業(yè)廢液處理當(dāng)中，取得了很好的處理效果。該技術(shù)涉及氧化還原、電極反應(yīng)、絮凝、鐵離子的絡(luò)合作用等，來處理油氣田中的廢液。廢鐵屑的主要成分是鐵和碳，當(dāng)將其浸入電解質(zhì)溶液中時，由于Fe和C之間存在1.2 V的電極電位差，因而會形成無數(shù)的微電池系統(tǒng)，在其作用空間構(gòu)成一個電場，陽極反應(yīng)生成大量的Fe2+進(jìn)入廢水，進(jìn)而氧化成Fe3+，形成具有較高吸附絮凝活性的絮凝劑。

陰極反應(yīng)產(chǎn)生大量新生態(tài)的[H]和[O]，在偏酸性的條件下，這些活性成分均能與廢水中的許多組分發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使有機(jī)大分子發(fā)生斷鏈降解，從而消除了有機(jī)物尤其是印染廢水的色度，提高了廢水的可生化度，且陰極反應(yīng)消耗了大量的H+生成了大量的OH-，這使得廢水的pH值也有所提高，而由Fe2+氧化生成的Fe3+逐漸水解生成聚合度大的Fe（OH）3膠體絮凝劑，可以有效地吸附、凝聚水中的污染物，從而增強(qiáng)對廢水的凈化效果。

該微電解過程通常在常溫下就可以進(jìn)行，但為了達(dá)到最好的電解效果，需要找到一個合適的溫度。

2.3 生物法

生物法主要是借助微生物來處理廢液的一種工藝方法，同時利用其很好的代謝能力來降解廢液中的有機(jī)物質(zhì)，產(chǎn)生對區(qū)域環(huán)境無害且穩(wěn)定的物質(zhì)。此外，極易生成一些凝聚起來的微生物細(xì)胞質(zhì)，因此，利用凝聚物也可以達(dá)到凈水的目的。生物法具有針對性強(qiáng)、工藝簡單、方便運(yùn)移與管理等特點，其最大的特點是成本相對比較低。

圖1 不同壓裂返排水樣

2.4 中和作用

中和的目的主要是利用加入一些生石灰與返排液中酸液進(jìn)行反應(yīng)，調(diào)節(jié)返排液的酸堿度，使其便于鐵、碳微電解法的運(yùn)行；同時在中和過程中也可以消除返排液中的一些雜質(zhì)，使其沉降，起到一定的凈化作用。

2.5 活性炭吸附

該工藝是整個返排液處理的最后一道工序，利用活性炭吸附一些細(xì)小的污染物?；钚蕴康谋缺砻娣e與表面化學(xué)特征決定了其吸附性能，活性炭與極性物質(zhì)或非極性物質(zhì)之間的作用力由其表面化學(xué)特性來控制，而其吸附容量由比表面積來決定?；钚蕴康氖褂每梢杂行У貙Ψ蹬乓褐械募?xì)小污染物進(jìn)行分離與提純。

3 結(jié)論

壓裂返排液的處理工序較為復(fù)雜，費(fèi)用較高、工藝流程繁瑣，國內(nèi)各大油田也在不斷的更新工藝與設(shè)備，如長慶、吐哈、大慶等油田，都在不斷的開發(fā)新技術(shù)新方法，盡量做到對返排液的無害化處理。

國外對于壓裂返排液的處理技術(shù)研究起步早，技術(shù)成熟，實際應(yīng)用效果較好，如Barnett，Marcellus頁巖氣田的壓裂返排液主要處置方式是回收重復(fù)利用，隨著國家能源發(fā)展戰(zhàn)略，節(jié)能減排，重復(fù)利用將是我國發(fā)展的趨勢和目標(biāo)，壓裂返排液對于各大油田來說，做到無害化處理或重復(fù)利用將是未來的一個發(fā)展方向，也是油氣田開發(fā)的必然選擇。因此，建議從以下方面開展研究工作：

（1）借鑒并吸收國外的先進(jìn)技術(shù)工藝，改善國內(nèi)固有的方式方法，解決目前各大油田所面臨的技術(shù)難題。

（2）開發(fā)綠色低污染或無污染的化學(xué)添加劑。

（3）由于開發(fā)現(xiàn)場多處于野外，需研制模塊化的可方便移動的處理設(shè)備，提高處理效率，降低處理成本。