油田壓裂返排液的處理工藝的研究

張麗

摘要：眾所周知，在油田開發過程中，井下作業產生的壓裂返排液是一類處理難度大的污染物。其中含有甲醛、石油類、難降解的胍膠以及各種添加劑，使得產生的壓裂返排液具有高粘度，高穩定性，高COD值的特點，導致壓裂返排液排放時對環境造成了極大污染。若處理不當，將會對企業造成極大的損失。隨著國家對石油化工領域環境保護的要求越來越嚴格，對壓裂返排技術的需求越來越迫切，油田壓裂液的處理便成為當今石油化工領域內亟待解決的問題。

關鍵詞：壓裂返排液;處理;組合法;回收利用

近年來，我國對石油資源的需求不斷增加，隨著國家對環保要求的不斷提高，壓裂改造后的返排液處理也成為油田開發改造過程中的重點工作。本文針對油田壓裂返排液化學試劑含量高、組分復雜、處理難度大的特點，綜述了近年來物理法、化學法、生化法、組合法等壓裂返排液處理工藝的研究進展，分析了各種處理工藝的優缺點，并對壓裂返排液處理工藝的發展方向進行了展望，認為采用組合法處理油田壓裂返排液，并對其進行資源化回收利用是壓裂返排液處理工藝的發展趨勢。

1.壓裂返排液的特點及危害

油田壓裂返排液不僅含有原油、聚合有機物，還含有地層中的滲入水、各種腐生菌等，具有以下特點：（1）有機物種類多、含量大。壓裂返排液中的有機污染物主要是高濃度的瓜膠和高分子聚合物，其次還含有多種難以降解的各類添加劑;（2）粘度大，乳化程度高。壓裂返排液的粘度較高，能達到10～20mPa·s，而復合型壓裂液乳化嚴重，排出的壓裂廢水粘稠，且有刺激性氣味，靜置沉降出水困難;（3）處理難度大。壓裂液中的各種添加劑使其具有較高的COD（化學需氧量）、TDS（總溶解固體）、TSS（總懸浮固體），處理難度較大、處理成本較高。由于油田壓裂返排液的以上特點，未經處理的壓裂返排液返排到地面上，首先會對油田周圍的土壤造成長期、嚴重污染，影響動植物的生存環境，導致生物多樣性減退;其次，未經處理的壓裂返排液還會大量污染周圍水源，對水生生物的生長和周圍居民的飲水安全產生極大的危害。因此，為了更好地保護環境，實現可持續性發展，油田壓裂返排液的無害化處理及資源化回收利用已成為各油田的研究重點。

2.壓裂返排液的處理工藝

2.1物理法

2.1.1液體絮凝法

對于深色度和高渾濁的液體，液體絮凝是最為常用的處理方式，具有操作方便、時間短、處理簡易等優勢，但要對處理后產生的沉淀廢渣進行二次處理，但對壓裂返排液處理還是較為理想的方式，根據不同的液體類型選擇相適應的絮凝劑。壓裂返排液的絮凝通常通過雙電層壓縮、吸附電中和、吸附架橋和沉淀物網鋪四種機理相互協同發生作用，通過對液體的膠體帶電性和化學性質分析并選擇具有突出作用的機理，從而選擇出絮凝劑的方向，然后通過進一步實驗，通過效果分析確定絮凝劑的最佳選擇。

2.1.2固化法

固化法是利用固化劑使壓裂返排液失穩脫水，固化劑與壓裂返排液中的水分發生劇烈的水化反應，并與有機物及固相顆粒交聯絮凝，形成固相-固化劑-水的絮凝體系，通過自膠結和包膠作用，轉變為液溶固態水合物，經過一段時間的硬化，最終成為不可逆的常態固體。以含量（wt）為1%～26%的聚合氯化鋁（PAC）、5%～20%的高鈣灰、10%～30%的生石灰、5%～70%的硅酸鋁、0.3%～60%的磷石膏和0.5%～15%的元明粉作為復合固化劑，對壓裂液進行固化處理。最終固化率可達100%，固化后的廢壓裂液達到國家污染排放一級標準。固化法對環境污染小，成本低，但固化法所用復合固化劑、催化劑等種類眾多，處理復雜，且固化時間較長，固體物質回收利用困難。

2.2化學法

2.2.1高級氧化技術

高級氧化技術又叫做深度氧化技術，它的主要技術特點是羥基自由基，羥基自由基具有非常強的氧化能力，會在電、催化劑、超聲波等條件的作用下降大分子當中難以降解的有機物轉化為小分子物質，這些小分子物質都是低毒或者無毒的。

2.2.2液體電解處理方式

其基本原理就是對返排液進行電解，通過電子流動讓液體在正負極處產生氧化和還原反應，從而實現污染物凈化的目的。對于含油、氰、酚以及重金屬離子的污水具有較好的效果。該方法的處理效果由電極材料、電壓、電流密度以及液體的pH值和攪動速度等因素綜合決定。因為液體電解處理方式所需環境比較苛刻，成本較高，大部分現場并不能滿足條件，所以通常對可拉運返排液或與其他處理方式相配合使用，從而達到理想的處理效果。

2.3微生物發酵處理方式

該處理方式較為常用，具有成本低、工藝簡單、處理環境要求不高，應用范圍廣等優點，因此在油田壓裂返排液的處理上應用較多。主要有厭氧發酵和氧化發酵法兩種，當前各大油田通常采用微生物發酵處理方式來對返排液進行加工處理，處理過后的液體在根據其性質和狀態選擇恰當的物理或化學處理方式進行進一步加工處理。從而實現達到理想的排放標準，常規步驟通常為微生物發酵處理、然后進行液體絮凝、化學氧化最后膜分離或吸附處理等步驟。

2.4組合工藝法

由于壓裂返排液成分復雜，所含化學試劑種類多、含量大，因此處理難度較大，單一處理方法往往難以實現壓裂返排液的無害化處理和資源化回收利用，因此處理過程中多采用物理法、化學法、生化法相結合的組合處理工藝。采用微電解-Fenton氧化-絮凝組合工藝處理油田壓裂廢水，實驗結果表明：最佳工藝條件為初始廢水pH值=3.0、鐵屑加入量1.5g/L（鐵屑與活性炭的質量比1∶1）、微電解時間80min、Fenton氧化時間120min、H2O2加入量940mg/L，陽離子聚丙烯酰胺加入量120mg/L，在最佳工藝條件下處理廢水后，COD由3116.0mg/L降至681.3mg/L，總COD去除率達78.1%，3個工段的COD去除率依次為33.1%，37.9%，7.1%，出水水質滿足現場回注標準?！半奆enton-超濾膜”耦合深度處理方案。壓裂廢液經處理后COD、含油量、固體懸浮物含量可分別降低至41.0、0.35、0.30mg/L，硫酸鹽還原菌及腐生菌含量約為N×101個/mL（1

3.結論與認識

隨著環保要求的進一步提高，油田開發的持續發展，壓裂返排液的處理已經成為石油行業發展的重點項目。如上所述，各種處理方式均存在一定的弊端，具有不同程度的局限性，要根據污水的性質分析選擇出與其相適應的單一或綜合處理方式，實現操作簡單、經濟適用并能達到理想的處理效果。前期通過射流氣浮將返排液中的懸浮物及油體分離，然后通過添加與液體性質相適應的表面活性劑來降低礦化度，進一步通過化學氧化來使返排液中的COD達到排污標準，在結合微生物發酵將有機質進行分解，從而實現壓裂液配置要求，達到節約、經濟、環保的理想要求。

參考文獻：

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