頁巖氣壓裂返排液水質分析及再利用方法研究

徐寬馬來功（.長江大學，湖北 武漢 43008；

2.中石化中原石油工程有限公司井下特種作業公司，河南 濮陽 457000）

頁巖氣壓裂返排液水質分析及再利用方法研究

徐寬1馬來功（21.長江大學，湖北 武漢 430108；

2.中石化中原石油工程有限公司井下特種作業公司，河南 濮陽 457000）

目前頁巖氣資源開發，水資源消耗量大，同時產生大量返排液（25%～45%），返排液除含有壓裂液中的化學添加劑成分外，還含有烴類化合物、懸浮物、細菌、重金屬和TDS等。通過調研國內外處理技術，跟蹤了國內頁巖氣處理工藝發展動態，優化形成返排水回注、回用、外排三套模塊化處理工藝，處理能力≥20m3/h，處理后指標達到相關技術標準，回用技術在重慶涪陵頁巖氣示范區進行了技術現場應用，取得了良好的應用效果。

1 頁巖氣壓裂返排液水質

目前頁巖氣壓裂液主要有滑溜水及膠液，其主要成分為稠化劑、減阻劑、防膨劑、表面活性劑、破膠劑等。對國內部分頁巖氣井及中原油田非常規壓裂井返排液采樣并進行水質分析，其基本特點為：濁度高、礦化度高、固相含量高、細菌含量高。頁巖氣壓裂液中水含量達90%，固含量9%，化學添加劑1%。

表1 頁巖氣壓裂返排液水質分析表

2 各種組分對壓裂液性能影響

2.1 細菌及固相懸浮物

SRB、TGB、FB等細菌在儲層條件下生成H2S，腐蝕井下管具、污染地層。同時，細菌的存在會引起植物膠的降解，進而影響壓裂液性能。懸浮物等機械雜質進入儲層后同樣會降低儲層滲透率，影響產能。

2.2 各種離子對植物膠壓裂液影響

依據壓裂返排液4#中所含離子及其濃度，用去離子水配制模擬水，并用模擬水配制壓裂液，然后對壓裂液性能進行測試（減阻水配方按0.1%減阻劑進行配置，膠液按0.4%胍膠+0.04% NaOH進行配置）。通過評價壓裂液的性能來研究不同離子的影響規律，確定影響壓裂液性能的離子及其濃度，結果見表2。

表2 影響減阻水性能離子及濃度

由實驗結果可以看出，當水中鈣鎂離子濃度≤500mg/L、硼離子濃度≤1 mg/L、鐵離子濃度≤20 mg/L及氯離子濃度≤20000 mg/L時，對植物膠壓裂液性能影響較小；當水中鈣離子濃度≤500mg/L、鎂離子濃度≤300 mg/L、鐵離子濃度≤10 mg/L、鋁離子濃度≤5 mg/L及鈉離子濃度≤5000 mg/L時，對減阻水性能影響較小。

3 處理工藝技術研究

根據返排液水質分別采用幾種水處理工藝及其組合工藝對其進行探索性處理（減阻水配方按0.1%減阻劑進行配置，膠液按0.4%胍膠+0.04%NaOH進行配置），優選頁巖氣壓裂返排液凈化處理最佳工藝，結果可知返排液經復合混凝-過濾即可滿足配制減阻水的性能要求，經復合混凝-過濾-吸附可滿足配制膠液的性能要求。

配制的壓裂液性能達到工程設計標準，完全滿足現場施工要求，在重慶涪陵頁巖氣焦頁X-HF平臺進行現場試驗，現場處理回用返排液1500m3,全部配制壓裂液，達到了設計要求。

徐寬（1988-），長江大學石油與天然氣工程專業碩士研究生（2014-），從事鉆井液、壓裂液的應用研究；

馬來功（1978-），中石化中原石油工程井下特種作業公司，高級工程師。