浅析页岩气压裂返排液处理技术

浅析页岩气压裂返排液处理技术

作者：马翔宇

来源：《中国科技博览》2017年第16期

[摘要]目前，压裂技术已成为页岩气稳产增产的一项核心技术，但在压裂作业过程中所产生的返排液已成为当前油层水体污染主要来源之一，因此，如何妥善解决页岩气压裂返排液已成为当下一项重要的工作。本文对页岩气压裂返排液的组成进行了分析，阐述了页岩气压裂返排液的危害，综述了国内外页岩气压裂返排液现有的处理方法，为促进油田压裂返排液处理再利用研究提供一定的思路。

[关键词]页岩气；压裂液；返排技术；再利用

中图分类号：TE357 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）16-0368-01

页岩气一种重要的非常规能源，现今在世界范围内正处于开发的热潮中，较常规天然气相比，由于页岩地层渗透率很低，开发难度很大。因此水力压裂是开发页岩气的主要手段，但压裂施工后返排液尚未形成达到环保要求的处理体系。因此深入研究页岩气压裂返排液处理方法，对于绿色开发与降本增效具有重要意义。

1 页岩气压裂返排液

1.1 返排液组成

目前，国内外主流页岩气压裂技术主要利用滑溜水压裂液进行体积改造。滑溜水压裂液体系是针对页岩气储层改造而发展起来的一种压裂液体系。主要由清水及减阻剂、助排剂和杀菌剂、活性剂、缓冲剂、粘土稳定剂等十几种类别的添加剂所组成。经过压裂作业后，这些添加剂会部分进入返排液体。此外，返排压裂液中还含有原油及地层岩屑和支撑剂颗粒、各种有机或无机化合污染物等。

1.2 返排液危害

页岩气压裂返排液为大部分为深色溶液，其中还有大量的硫酸盐还原菌代谢产物，其具有刺激性臭味。如返排液不经处理返排至地面或回注地层，将会对环境造成极大伤害。此外，返排液与添加剂作用可能会产生有毒气体，如果直接接触的话还有可能会造成腐蚀性烧伤[1]。

2 国内外页岩气压裂返排液处理技术

2.1 国外处理技术现状

近年来，国外研究开发出一些页岩气压裂返排液处理的新技术，这些新技术能有效处理返排液中原油、悬浮物以及难降解有机物的物质，处理后的返排液均能达到重复利用要求和排放标准。

2.1.1 MVR蒸馏技术

MVR是指机械式蒸汽再压缩，该技术是重新利用二次蒸汽能量，从而减少对外界能源需求的一项节能技术。MVR蒸馏由蒸发器、换热器、压缩机及离心机等部件构成，主要去除压裂返排液中的重金属离子，从而降低返排液总矿化度。

2.1.2电絮凝技术

电絮凝技术是利用电能的作用，在反应过程中同时具有电凝聚、电气浮和电化学的协同作用，由电源、电絮凝反应器、过滤器等部件构成，主要去除压裂返排液中的悬浮物和重金属离子。

2.1.3臭氧催化氧化技术

该技术是利用臭氧与活性炭联用的处理技术，由催化反应器、空气气源处理系统、冷却水系统、臭氧发生器等部件组成，主要利用臭氧超强的氧化能力来去除压裂返排液中的难降解有机物和细菌。

2.1.4 MI SWACO技术

斯伦贝谢公司研发了一种MI SWACO水处理装置，可为油气田提供移动式压裂返排液处理。该技术利用过滤器去除水中若干微米尺寸粒径的微粒，通过化学沉淀除去溶解于返排液中的钙、镁、铁、钡等金属离子。

2.1.5 Clean Wave技术

哈里伯顿公司开发出了一种Clean Wave移动电凝技术。该技术通过紫外线杀菌，利用电絮凝使悬浮物絮凝，最后通过过滤除去絮体。

2.2 国内处理技术现状

目前国内对页岩气压裂返排液的处理方法主要集中为自然风干和“六步法”工艺处理。

自然风干是将返排液储存在专门的返排液池中，通过与空气接触将返排液中的液体蒸发，最后在指定地点填埋。但这种处理方式耗时较长，且所填埋的污泥块中重金属、酚、醛类污染物含量较高，易污染地层。

“六步法”工艺是在传统的“老三段”处理方法基础上发展而来，其六步是指：沉降、萃取、电絮凝、混凝、氧化、吸附。其主要流程首先是沉降，返排液进入调质缓冲池内进行简单的均质处理，后加入处理化学药剂进行萃取，达到降低黏度等目的；然后再进行电絮凝处理技术，该技术可有效去除了返排液污染物；经过电絮凝后，投加混凝剂使液体中胶体粒子发生碰撞、聚结成较大颗粒体从水相分离而去除，优化电絮凝处理结果；第五步需进行氧化处理，通过氧化还原反应，进一步去除水中污染物，对水中的有机污染物进行氧化分解，破坏胶体稳定性，压裂返排液的黏度进一步降低；最后利用经高温炭化和活化而制成的疏水性活性炭进行吸附去除返排液中的污染物，以达到处理达标。通过以上一系列工艺处理后将返排液回注到地层中。此类方法虽有较为理想的处理效果，但因工艺流程复杂，且国内页岩气的开采地区均属于新开发区块，附近没有合适的回注井，需要运输至较远的井场，此方式将处理成本偏高。

由此看出，目前国内对于页岩气压裂返排液的处理还没有形成系统的有效解决方法。从压裂技术的生产成本、环境保护以及页岩气发展发面考虑，水资源的重复利用将是未来发展的趋势。因此提高压裂返排液中水资源的重复利用率，才是降低处理成本，减少相关污染物的有效途径。我国在用的返排液再利用体系有常规瓜尔胶压裂返排液再利用体系以及低分子量聚合物稠化剂体系：①常规瓜尔胶压裂返排液再利用体系是通过离子屏蔽和氧化还原技术，去除返排液中残留的破胶剂和金属离子，采用压裂液性能恢复技术和复配交联促进技术，使返排液性能恢复到压裂施工所需的要求。②低分子量聚合物稠化剂体系是通过暂时性链接反应动态地改变化学链结构，改善携砂能力满足施工需要，施工结束后采用聚合物网络结构破坏与恢复技术使体系的交联和破胶可逆，稠化剂及各种化学添加剂不发生质的变化，从而实现返排液回收处理后，可以作为压裂液而再次使用[2]。

3 结论

压裂是改造页岩气储层增产的重要手段，随着体积压裂等大规模施工工艺技术的应用，压裂液用量越来越大，页岩气压裂施工后返排液量也随之大幅增加。从压裂技术的生产成本、环境保护以及页岩气发展发面考虑，重复利用压裂返排液中的有效成分，节约配液用水和化学剂的用量将是未来发展的趋势。

参考文献

[1] 马云龙.油田废压裂液的危害及其处理技术研究进展[J].石油化工用.2009，12（8）：11-13.

[2] 万里平.油田压裂液无害化处理实验研究[J].石油地质与工程.2012，14（6）：39-42.