滑溜水壓裂液返排液回用處理技術研究

孫紫薇

【摘 要】對于目前較為常用的滑溜水體積壓裂技術而言對環境有兩大問題：第一、在開采過程中會需要大量用水，但大多開采場地嚴重缺水。第二、在返排過程中由于滑溜水壓裂液作用，返排液污染能力很強必須經過有效的處理與處置才能保證減小開采對環境的危害。而處理后回用這一方法可以從根本上解決這兩大問題，這對我國頁巖氣頁巖油的開發，具有至關重要的戰略意義。本文主要論證通過對滑溜水壓裂液返排液的處理，使得返排液可以回用，回用的水再來配置滑溜水壓裂液它的性能能否滿足再配壓裂液的工藝要求的可行性。

【關鍵詞】滑溜水壓裂液;壓裂返排液;回用處理

1前言

1.1研究目的及意義

由于滑溜水壓裂液是體積壓裂液，通過滑溜水壓裂液的主要成分可知其需要耗用大量的水對其進行配置，并且頁巖氣的開發是對于水資源的一種密集型應用。[2]這樣就給環境造成極大的負擔和壓力，一方面在開采場地（多為缺水的山區）很難找到能夠提供生產做需要的大量用水。另外一方面由于混合的水受到了壓裂液添加劑的影響，如果不處理達標而排放也會給周邊環境增加很大的壓力和影響。

這些問題勢必會造成對周邊環境的污染，所以必須通過有用與有效的處理手段與技術方法處理滑溜水壓裂液返排液的污染問題，而處理后回用一方面可以解決油田壓裂的用水量大的問題，另一方面也可以解決滑溜水壓裂液返排液對于周圍環境的污染問題，這對我國頁巖氣頁巖油的開發，具有至關重要的戰略意義。所以此次研究的目的就是通過對滑溜水壓裂液返排液的處理，使得返排液可以回用，回用的水再來配置滑溜水壓裂液它的性能能否滿足再配壓裂液的工藝要求。

1.2國內外研究現狀及其發展趨勢

目前，國內外針對壓裂液返排液最終處理形式分為處理后排放，處理后回用，處理后回注。由于滑溜水等壓裂液返排液的危害與成分特殊性，處理后排放與回注不僅成本過高不適合大面積使用，而且對環境的危害還是較大的。現今各國多用處理后回用的處置方式，一方面可以解決大量壓裂液返排液處置造成的成本過高，另一方面也提高廠區水資源回用的比例，滿足即使在水源不夠充足的地區開采依舊能夠維持開采。這也使得處理后回用成為國際趨勢。人們對于回用的總體方法可以歸結為兩點：一是通過研制更加清潔、回用率更高的滑溜水壓裂液。二是壓裂液返排液處置后配置壓裂液的方法。

1.2.1壓裂液返排液的環境危害

滑溜水壓裂液的組成主要由99%以上的水+支撐劑與1%其他化學添加劑成分（如酸，降阻劑，助排劑等）。滑溜水壓裂液返排液成分復雜，所含對環境有危害和影響的污染物質非常多。第一、返排液會攜帶地層的石油類物質、有機化合污染物地層的黏土和巖屑，并且從之前滑溜水壓裂液的組成成分可以看出滑溜水壓裂液體系中含有十幾種添加劑。這就使得使用生化降解法和普通的化學方法不能夠使其很好的降解。第二、大多的返排液都具有刺激性氣體和各種添加劑的特點，這就使得必須將壓裂液返排液進行有效的處理，不然就會導致對開采場地周圍的地下、地表水、土壤造成嚴重的污染。第三、由于壓裂液返排液中含有的添加劑的酸液作用使得可能會產生有毒氣體。第四、隨著對頁巖氣的進一步開發，壓裂工藝技術不斷提高，滑溜水壓裂液的組成成分的數量也不斷地增加，這就使得對返排液的處理難度增大。同時，新的污水排放標準以及環保要求及對壓裂液廢水處理的要求也不斷提高，這使廢壓裂液的處理迎來新的挑戰。

1.2.2國外研究現狀

壓裂液返排液的水質情況，水量情況，壓裂溶液配置水質的相關要求都是對返排液回用處理處置技術起到決定性作用的方面。

哈里伯頓公司開發的移動式CleanWaveTM水處理系統，采用水質調節-電絮凝工藝-精細過濾等工藝流程，可去除99%的總懸浮固體和99%的總鐵，可以適用于進水水質內總溶解固體的含量在100～300000mg/L范圍內。并且該公司還將以上的工藝與紫外線殺菌工藝聯合，確定了一套完整的返排液處理回用技術。最后，公司將此工藝技術運用與Haynesville頁巖區等驗證了它的可行性。這一工藝的產生也一定程度的推動與推廣可回用處理技術的發展與運用。

Veolia公司提供的Multiflo技術吸取了之前處理技術的經驗達到了可以同時處理懸浮物顆粒與化學軟化的功能。使得處理流量可達4.5曠/min，出水硬度小于20mg/L，濁度小于10NTU，符合大多數處理回用的實際需求。

以上的國外發展研究現狀表明了處理壓裂液返排液的工藝技術可行性，也在一定程度上說明了返排液回用處理的處置方法需要結合實際合理選擇，要考慮到經濟等多種因素。并且也證實了通過處理后的水體可以用于配置壓裂液。

1.2.3國內研究現狀

①研發新型環保回收率高的滑溜水壓裂液。魏松等研發的EM30滑溜水壓裂液以其所具有的無向殘留、低傷害、低摩阻、高效返排和重復利用率高的優勢用以長慶油田實用后效果顯著，采用此滑溜水壓裂液后，返排液回收重復利用率達到85%，成本降低50%。這也表明如何徹底解決返排液的污染與重復利用情況還需要從根本上思考與改進。

②將處理后的水用于下一次壓裂液配制。通過參考《壓裂液性能行業標準（SY/T6376—2008）》確定處理后的水是否可以達到配置壓裂液的水質標準。

2014年，熊穎等采用“殺菌-除雜-除離子-補充液體”等方法處理壓裂返排液。該處理技術在四川盆地總共應用92井次，返排液回收利用率高達95%，取得了較好的施工效果。

張太亮等提出采用破膠混凝技術對返排液進行處理，并且通過實踐研究可以證實返排液經破膠、混凝、分離后再配制壓裂液，具有基液黏度高，抗溫可達到90℃，易于破膠、返排，殘渣量較低及防膨性好等特點。這就使得壓裂液廢液被證實可以通過工藝實現資源化利用，并且可以在一定程度上緩解環境壓力。

高燕[17]等利用“臭氧降粘-Fenton氧化-混凝”來處理壓裂液返排液，通過此工藝的處理使得出水粘度得到了很大的下降，并且對于SS的去除率可以達到99%，且靜置過濾后的液體再配置的壓裂液可滿足壓裂液流變性能。

2可行性分析

通過上述國內外對于壓裂液返排液的處理處置結果分析，可以得出雖然壓裂液返排液有著高粘度、成分復雜、礦化度高、COD、TDS、TSS等特點，但是經過氧化破膠、去除有害離子、去除固體懸浮物等處理，保留返排液中有用成分，完全可以重新配制新的滑溜水壓裂液，并且達到DB61/T575-2013《壓裂用滑溜水體系》。針對滑溜水壓裂液返排液自身的特點也有利用復合工藝技術的方法處理后回用的案例，相較于這也能夠證實開展此次研究是完全可行的。

參考文獻：

[1]姚蘭.中國頁巖氣勘探開發戰略思考[J].現代物業（中旬刊），2014，13（08）：67-68.

[2]郭鋼，薛小佳，吳江等. 新型致密油藏可回收滑溜水壓裂液的研發與應用[J]. 西安石油大學學報（自然科學版），2017，第32卷（2）：98-104.