大規模壓裂返排液地面處理方案設想

赫曉嵐

大慶油田采油九廠

大規模壓裂返排液地面處理方案設想

赫曉嵐

大慶油田采油九廠

大慶外圍油田致密油水平井采用大規模壓裂天然能量開發模式開采，經大規模體積壓裂后將產生大量壓裂返排液，若直接進入聯合站內的五合一脫水系統及污水處理系統，將嚴重影響系統正常運行。從壓裂返排液的特性研究出發，提出自然降解、化學藥劑處理，以及回收、回注等多種處理方案，為進一步完善大規模壓裂開發地面配套工藝提供技術支撐。

致密油；壓裂返排液；地面處理；工藝；設計

大慶外圍油田所轄的大慶長垣西部外圍地區橫跨兩市、三縣、兩區、四場，已初步探明油氣田18個，油田總面積1.552×104m3，截至2012年底，累計動用探明石油地質儲量1.17×108t。隨著上產步伐的加快，為有效動用超低滲透高臺子層，致密油、大規模壓裂等一系列開發采油模式會逐步采用，作業后產生的大量返排液將給已建地面系統帶來嚴峻的挑戰。為此，提出自然降解、化學藥劑處理，以及回收、回注等多種處理方案，為進一步完善大規模壓裂開發地面配套工藝提供技術支撐。

1 壓裂返排液對系統的影響

壓裂作業過程中排出的殘余壓裂液組分十分復雜，含有胍膠、交聯劑、防膨劑、高效助排劑、甲醛，以及其他各種添加劑，壓裂返排液具有COD值高（10 000 mg/L左右）、穩定性高、黏度高（一般超過12 mPa·s）、懸浮物含量高（一般超過1 000 mg/L）等特點。這些化學物質進入聯合站后將嚴重擾亂生產系統的正常運行，大量消耗處理藥劑或降低藥劑的處理效果，影響脫水效果以及水體中油和懸浮物的去除，從而造成處理后水質達不到注入水水質要求。返排液進入聯合站后水質變化情況見表1。

表1 返排液進入聯合站后水質變化情況mg/L

通過現場調研證明，進行規模較大的壓裂后，壓裂液隨采出液進入系統后含油污水深度處理站來水水質惡化，上調絮凝劑加藥量后，濾后水懸浮物含量不能達標。

2 壓裂液返排方式

壓裂液返排分為三個階段，初期返排率平均為30%，轉抽后返排液隨油井產液進入集輸處理系統，中期返排率大約為50%。以某油田為例，大規模壓裂共產生壓裂返排廢液約17.85×104m3，其中，W1、W2水平井平均1個月壓裂1口井，返排初期每天每口井返排液量平均約為200 m3，需返排40天左右，最多出現兩口井同時返排，返排液量約為400 m3/d。WELL井組有6口井要進行大規模縫網壓裂，其中3口井為1組，平均2天壓1口，中間間隔一段時間（大概為1周）再壓另外3口，最多出現3口井同時返排，返排液量約為600 m3/d。因此，3個區塊同時壓裂時每天最高峰將返排壓裂液1 000 m3。大規模壓裂返排液量預測見表2。

表2 大規模壓裂返排液量預測

3 壓裂返排液處理工藝

3.1 壓裂返排液處理工藝設計一

結合壓裂返排液組分并充分考慮安全環保、生產成本等因素，認為壓裂返排液進站前需首先進入收油池，收油池過濾出的污油可考慮回收到卸油點，污水則可通過自然降解、化學藥劑處理、電絮凝和SSF機處理后回注，且必須對回注污水保持連續監測，如水質不達標，可進行重復處理。壓裂返排液處理工藝見圖1。

圖1 壓裂返排液處理工藝示意圖

電絮凝機用于返排液降黏和破膠，結合強氧化、強還原、絮凝、氣浮等功能于一體，可通過調整極板材質，調節板間距、電壓強度、電流密度、pH值、電導率等而得到最佳處理效果。

SSF凈化機用于過濾去除懸浮物等雜質，是一套物理/化學處理裝置，由SSF過濾罐和無閥過濾罐組成，污水管道中首先投加凈水劑和絮凝劑，通過自動旋流器充分混合，依靠點渦流動形成的向心力、過濾水力學形成的牽引力和自身的重量，被快速引入污泥濃縮室沉降分離。

經SSF凈化機處理后，含壓裂返排液污水含油量為7 mg/L以下，懸浮物含量為5～6 mg/L；除油率90%，懸浮物去除率達95%以上。處理后水質達到站內水系統來水要求指標。

3.2 壓裂返排液處理工藝設計二

在處理規模較小的情況下，可以考慮建設回收水池，結合安全環保要求，污水池采用抗滲鋼筋混凝土澆筑，污水池內部無伴熱(夏季運行、冬季停運)。返排液經沉降后，通過移動處理作業車將壓裂返排液處理到“20、20”標準后，就近排至已建站場污水沉降罐。移動作業車處理工藝見圖2。

圖2 移動作業車處理工藝示意圖

處理能力為20 m3/h的移動處理作業車主要采用溶氣氣浮、離心固液分離工藝，壓裂返排液由提升泵提升，加入破乳劑后進入一級氣浮，分離出的污油打入罐車外運，出水加入絮凝劑等水處理藥劑后進入二級氣浮，處理后達到“20、20”的污水外輸標準。氣浮分離出的泥渣由離心固液分離裝置濃縮后裝袋外運置。

現場檢測經移動處理作業車處理過的壓裂返排液及洗井水混合液，懸浮物含量為10.8 mg/L，含油量5.4 mg/L，達到進站水質指標要求。

4 壓裂返排液站規劃建設方案

某采油廠地面分布南北跨度大且各油田區塊銜接難度大，考慮到南北油區難以統一規劃，因此在返排液處理地面建設上提出以下兩種方案。

（1）方案一。在當前返排液量仍不能確定的條件下，建議采用租用移動作業車處理，污水回注的方式運行，這種工藝運行方式能夠靈活適應開發的不確定性，且移動作業車能夠滿足南、北部油田的靈活調配。

（2）方案二。待開發規模擴大后，結合新、老油田分布位置，考慮在聯合站周邊建設一套污水處理裝置或對已建固定污水處理系統進行升級改造，將污水處理到“20、20”標準后直接打入聯合站的污水沉降罐內，以便為大規模壓裂返排液做好地面配套服務。壓裂返排液處理地面建設方案優、缺點對比見表3。

表3 建設設計方案優、缺點對比

5 結語

采用自然降解、化學藥劑處理、電絮凝劑和SSF凈化機處理后的回注處理工藝簡單，既能處理壓裂返排液，又能處理油田其他廢液，實現了污水零排放。移動作業處理車能夠靈活適應外圍油田分布零散偏遠的開發特點，有效地降低地面建設投資風險。加大新區開發與老區改造相結合的力度，是保障新老油田地面平穩運行的有效手段。

（欄目主持 張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.10.017

赫曉嵐：2009年畢業于東北石油大學，從事油田壓裂酸化相關工作。

2015-04-27

18704590315、lanksana@163.com