页岩气压裂返排液回用处理技术研究与应用

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天然气工业
2015 年 5 月
页 岩 气 与 常 规 油 气 开 采 相 比 ,其 污 染 物 基 本 相 同 , 均 包 括 钻 井 废 液 、压 裂 废 液 、采 出 废 水 、含 油 污 泥 、伴 生 废 气 、生 产 噪 音 等 ,不 同 点 在 于 页 岩 气 勘 探 开 发 需 要 更 加严格的储层保护手段和更加高效的储层改造增产措 施,其水平井分段多 级 压 裂 增 产 改 造 技 术 将 消 耗 大 量 的水资源,如 美 国 Barnett页 岩 气 水 平 井 需 14000~ 17000 m3/井 的 压 裂 液;Marcellus 页 岩 气 水 平 井 需 15000~34000 m3/井 的 压 裂 液;四 川 长 宁—威 远 国 家级页 岩 示 范 区 水 平 井 约 需 20000 m3/井 的 压 裂 液, 由此会产生大量的压裂返排液。且页岩气压裂返排液 具 有 组 成 复 杂 、污 染 物 浓 度 高 和 点 多 面 广 的 特 点 ,若 直 接外排会造 成 严 重 的 环 境 污 染 和 水 资 源 浪 费 。 [1-3] 目 前 ,国 内 外 压 裂 返 排 液 的 处 理 方 法 主 要 有 :化 学 絮 凝 沉 降法、生物及生物化学法、高 级 氧 化 法 和 Fe/C 微 电 解 法等方法 。 [4] 这些方法大多存在处理工艺复杂和成 本 高 等 缺 点 ,且 处 理 后 水 中 悬 浮 物 和 细 菌 含 量 难 以 达 标 , 不能满足回注 和 配 制 压 裂 液 的 性 能 要 求 。 [5] 因 此,针 对页岩气压裂返排液 研 发 低 成 本、高 效 率 的 药 剂 体 系 和相关配套处理工艺,形 成 高 效 环 保 的 压 裂 返 排 液 回
Abstract:TheshalegasfracturingflowbackfluidoftheOrdosBasinischaracterizedbytheso-called"fourhighs":hightotaliron contents(30-50 mg/L),highviscosity (2.8-3.2 mPa·s),highsuspended mattercontents (> 300 mg/L)andhighbacterialcontents(>104 germs/mL);Undoubtedly,directdischargewouldresultinsevereenvironmentalpollutionand waterresourcewaste. Therefore,afour-steptreatmenttechnologyconsistingofoilremovalanddesanding-oxidation-flocculatingsettling- membrane filtrationwasdeveloped.Onthebasisofstrengtheningtheflocculatingsettlingeffect,aone-stepmembranefiltrationmethodwasadoptedtonotonlyimprovethewatertreatmenteffect,butreducethetreatmentprocedures.Meanwhile,basedontheoptimizationof thetreatmentparameters,asetofmodularizedskid-mountedfracturingflowbackfluidrecyclingtreatmentunitswasdeveloped.Field applicationshowsthatthetreatedwaterisuptothestandardscontinuouslyandstably,notonlymeetingthereinjectionrequirements offormation withtheaverageairpermeabilityoflessthanorequalto10 mD,butalsosuitableforpreparingguargumandslickwaterfracturingfluid.Thesestudyresultshavesatisfactorilysolvedthedisposalofshalegasfracturingflowbackfluid withthe"four highs"issue,andprovidetechnicalsupportfortherecyclingtreatmentofwastewatergeneratedinfracturingofshalegasandother unconventionaloilandgasreservoirsintheworld. Keywords:Shalegas;Fracturingflowbackfluid;Watertreatment;Membranefiltration;Treatmentunit;Reclamation;Fracturing fluid
第 35 卷 第 5 期
安全与管理
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页岩气压裂返排液回用处理技术研究与应用
杨志刚 魏彦林 吕 雷 张淑侠 王梓民
陕 西 延 长 石 油 (集 团 )有 限 责 任 公 司 研 究 院
杨 志 刚 等 .页 岩 气 压 裂 返 排 液 回 用 处 理 技 术 研 究 与 应 用 .天 然 气 工 业 ,2015,35(5):131-137. 摘 要 鄂尔多斯盆地页岩气压裂 返 排 液 具 有 总 铁 含 量 高 (30~50 mg/L)、黏 度 高 (2.8~3.2 mPa·s)、悬 浮 物 含 量 高 (大 于 300 mg/L)和细菌含量高(大于104 个/mL)的“四高”特点,直接 外 排 会 造 成 严 重 的 环 境 污 染 和 水 资 源 浪 费。 为 此,有 针 对 性 地 开 展了“隔油除砂—氧化—絮凝沉降—膜过滤”的“四步法”处理工艺的技术应用研究。该工艺在强化 絮 凝 沉 降 效 果 的 基 础 上,采 用 一 步法膜过滤技术,既提高了水质处理效果,又缩减了处理工艺流 程。同 时,通 过 对 处 理 工 艺 参 数 的 优 化,研 发 出 了 一 套 模 块 化 橇 装 式压裂返排液回用处理装置。现场应用的效果表明:处理后的水质连续稳定 达 标,既 可 满 足 平 均 空 气 渗 透 率 小 于 等 于 10 mD 地 层 的回注要求,也可用于配制胍胶和滑溜水压裂液。该研究成果较 好 地 解 决 了 页 岩 气 压 裂 返 排 液 的 “四 高”问 题,为 国 内 外 页 岩 气 及 其他非常规油气废水治理和回用提供了技术支撑。 关键词 页岩气 压裂返排液 水处理 膜过滤 处理装置 回用 压裂液 DOI:10.3787/ji.ssn.1000-0976.2015.05.020
细 菌 含 量/ (个 ·mL-1)
SRB TGB FB
前期
7.87 38.0 3.15 未检出
20263 305 9.9 0 1.12 105 105 104
A井 中期
7.69 43.5 2.84 未检出
21597 646 12.8 12 1.23 105 ≥106 105
后期
7.31 33.5 2.95 未检出
用 处 理 技 术,对 于 保 护 生 态 环 境 和 降 低 生 产 成 本 意 义 重 大 。 [6-7]
笔者以鄂尔多斯盆地页岩气压裂返排液为研究对 象,针对总铁含量高、黏 度 高、悬 浮 物 和 细 菌 含 量 高 的 “四高”特 点,研 究 开 发 了 “隔 油 除 砂—氧 化—絮 凝 沉 降 — 膜 过 滤 ”四 步 法 处 理 工 艺 ,研 制 了 模 块 化 撬 装 式 页 岩 气 压 裂 返 排 液 处 理 设 备 ,开 展 了 现 场 应 用 试 验 ,处 理 后水既可用于回注地 层,也 可 用 于 配 制 胍 胶 和 滑 溜 水 压裂液,为国内外页 岩 气 及 其 他 非 常 规 油 气 废 水 治 理 和回用提供技术借鉴。
后期
7.24 35.5 2.83 未检出
28973 536 9.0 25 1.85 ≥106 ≥106 105
SY/T5329—2012
/ / / / /
≤1.0 ≤1.0 ≤5.0 ≤0.076 n×10 n×102 n×102
由表 1 可 知,两 口 井 的 压 裂 返 排 液 pH 值 在 7.00 ~8.00,不含硫化物,矿化度介于2×104~3×104 mg/ L,悬浮物颗 粒 粒 径 中 值 在 10μm 左 右,含 油 量 在 20 mg/L 左右,腐 蚀 速 率 较 大;显 著 特 征 是 总 铁 含 量 高 (30~50 mg/L),黏 度 高 (2.8~3.2 mPa·s),悬 浮 物 含 量高(大于300 mg/L),细菌含量高。 1.2 处理工艺研究ห้องสมุดไป่ตู้
24927 486 10.1 23 1.35 ≥106 ≥106 105
前期
7.05 40.0 2.98 未检出
22286 454 8.7 0 1.51 105 106 105
B井 中期
7.16 50.0 3.04 未检出
24561 715 10.5 16 1.77 ≥106 106 105
注:SY/T5329—2012指平均空气渗透率小于等于10 mD 地层的注水水质指标,下同
表1 页岩气压裂返排液水质特性表
项目
pH 值
总 铁 含 量/(mg·L-1) 黏度(20 ℃)/(mPa·s)
硫 化 物 含 量/(mg·L-1)
矿 化 度/(mg·L-1)
悬 浮 物 含 量/(mg·L-1) 悬 浮 物 颗 粒 粒 径 中 值/μm 含 油 量/(mg·L-1) 平 均 腐 蚀 率/(mm·a-1)
1 页岩气压裂返排液回用处理技术研究
1.1 压裂返排液水质特性分析 由于地质条件、压 裂 液 体 系 和 施 工 工 艺 条 件 等 因
素 的 变 化 ,现 场 作 业 产 生 的 压 裂 返 排 液 在 不 同 返 排 期 , 其组成和性质有较大差异 。 [8] 针对两口有代表性的 压 裂 施 工 作 业 井 ,分 别 进 行 水 质 分 析 ,测 试 方 法 参 照 标 准 《碎屑岩 油 藏 注 水 水 质 推 荐 指 标 及 分 析 方 法》(SY/T 5329—2012),结 果 见 表 1。
基 金 项 目 :国 土 资 源 部 、财 政 部 矿 产 资 源 节 约 与 综 合 利 用 示 范 基 地 重 大 专 项 (编 号 :2011-23)。 作者简介:杨志刚,1973年生,高级工程师,博士;主要从事油田化 学 与 环 境 保 护 方 面 研 究 工 作,获 得 陕 西 省 科 学 技 术 一 等 奖 1 项,陕西省科学技术二等奖2项。地址:(710075)陕西省西安市科技二路75号延长石 油 集 团 研 究 院 油 田 化 学 研 究 所。 电 话:(029) 88899445,13720537782。E-mail:zgyang1031@163.com 通信作者:魏彦林,1983年生,工程师;主要从事油气田环境保护方面的研究工作。 电 话:(029)88899445。E-mail:weiyl1016@ 163.com
Researchandapplicationofrecyclingtreatmenttechnologyforshalegas fracturingflowbackfluid:Acasestudy
YangZhigang,WeiYanlin,LüLei,ZhangShuxia,WangZimin (ResearchInstituteofShaanxiYanchangPetroleum <Group>Co.,Ltd.,Xi'an,Shaanxi710075,China) NATUR.GASIND.VOLUME35,ISSUE5,pp.131-137,5/25/2015.(ISSN1000-0976;InChinese)