页岩气压裂返排液处理工艺

页岩气压裂返排液处理工艺
近年，随着国家对能源的需求量不断增加，加大了对页岩气勘探开发的力度。

目前页岩气试气作业主要运用长水平井分段压裂工艺技术，该技术是将大量的压裂液（5 000~30 000 m3）注入井内，以实现开采天然气。

该方法带来油气产量的同时，井内剩余压裂液、天然水随着气体一同回到地表。

返排出的压裂液数量大并混有烃类和其他化学物质，污染物含量高。

压裂返排液对环境的危害较大，由于其内在污染物成分复杂且较稳定，在自然力（如氧气）的作用下很难被降解，废液处理是页岩气井勘探开发面临的主要问题这一。

为了解决这一难题，我们根据压裂返排液特点，优选破乳—絮凝—氧化处理工艺，通过大量实验室试验，确定了高效、低成本的破乳剂、混凝剂和氧化剂以及最佳药剂配方。

1 实验样品
试验样品采自页岩气开发试验井1﹟井、2﹟井、3﹟井的作业废水，共同的表征特性如下：浑浊，刺激性异味，粘度较大，沉淀少。

水样的成分如表1。

3 类水样的COD 均大于500 mg/L，且悬浮物含量相对较高，实验需要以降低COD、降低悬浮物含量作为主要的处理指标。

2 实验过程
2.1 初实验阶段
在该阶段过程中，整体对破乳剂、混凝剂、氧化剂等进行了实验比选。

2.1.1 1﹟井初实验阶段及药剂初筛
实验选取破乳剂C1、破乳剂C2、混凝剂B1、混凝剂B2、混凝剂B3、混凝剂B4、氧化剂A1 等实验药剂对1﹟井压裂返排液进行处理。

见表2。

通过不同药剂组合观察各个方案对水样处理效果，并测定各水样COD、SS 值，选择处理效果最好的混凝剂B1、破乳剂C2、氧化剂A1 药剂组合处理水样。

（1）加药量确定
方案1：0.5%破乳剂C2+0.4%混凝剂B1。

方案2：0.2%破乳剂C2+0.3%混凝剂B1+0.25%氧化剂A1 +0.3%破乳剂C2。

方案3：0.2%破乳剂C2+0.3%混凝剂B1+0.5%氧化剂A1 +0.3%破乳剂C2。

（2）1﹟井初实验结果
通过对不同药剂的筛选和药剂配方的优选，确定1﹟井作业废水处理工艺为：0.2%破乳剂C2+0.3%混凝剂B1+0.5%氧化剂A1+0.3%破乳剂C2。

达标处理方案各处理阶段污染物去除效果见表3。

2.1.2 2﹟井初实验阶段及药剂初筛
实验选取破乳剂：生石灰、C 剂；混凝剂：B 剂、PAC、PAM、PAFCS；氧化剂：氧化剂A1、氧化剂2等实验药剂对2﹟井作业废水进行处理。

见表4。

通过不同药剂的组合观察各个方案对水样的处理效果，并测定各水样的COD、SS 值，选择处理效果最好的B 剂、C 剂、氧化剂A1 药剂组合处理水样。

（1）加药量确定
方案1：0.8%C+0.4%B。

方案2：0.2%C+0.4%B+0.4%氧化剂A1+0.5%C。

方案3：0.2%C+0.4%B+0.7%氧化剂A1+0.5%C
（2）2﹟井初实验结果
通过对不同药剂的筛选和药剂配方的优选，确定2﹟井作业废水处理工艺为：0.2%C+0.4%B+0.8%氧化剂A1+0.5%C。

达标处理方案各处理阶段污染物去除效果见表5。

2.1.3 3﹟井初实验阶段及药剂初筛
实验选取破乳剂：生石灰、C 剂；混凝剂：B 剂、PAC、PAM、PAFCS；氧化剂：氧化剂A1 等对3﹟井作业废水进行处理。

见表6。

通过不同药剂的组合观察各个方案对水样的处理效果，并测定各水样的COD、SS 值，选择处理效果最好的B 剂、C 剂、氧化剂A1 药剂组合处理水样。

（1）加药量确定
方案1：1.2%C+0.75%B
方案2：0.4%C+1%B+0.4%氧化剂A1+0.4%C
方案3：0.4%C+1%B+0.7%氧化剂A1+0.4%C
（2）3﹟井初实验结果
通过对不同药剂的筛选和药剂配方的优选，确定3﹟井作业废水处理工艺为：0.4%C+1%B+0.7%氧化剂A1+0.4%C。

达标处理方案各处理阶段污染物去除效果见表7。

2.1.4 初实验阶段结论
通过以上对所有样品处理方案结果的分析，确定了破乳剂为C、混凝剂为B、氧化剂A1，初实验阶段实验结果见表8。

2.2 第二实验阶段
初实验阶段选取了最佳的乳化剂、混凝剂和氧化剂。

第二实验阶段，要选取氧化剂最佳的反应时间、pH值、投加量。

2.2.1 反应时间的确定
加入氧化剂后，水样的反应时间对COD 去除率影响较大，去除率随时间延长而呈增大趋势，但超过一定时间后，COD 去除率基本稳定，通过固定pH 值、改变氧化剂的投加比例，在不同反应时间下，选取COD 去除率最高的时间作为最佳反应时间，见（图1）。

由图1 可以看出，反应时间在60 min 以后COD去除率基本上处于稳定的状态，故选取60 min 为最佳反应时间。

2.2.2 反应pH 值、投加量的确定
氧化剂是在pH 一定的条件下发生作用的，选取pH 值x、y、z 进行试验，确定适宜的pH 值。

氧化剂A1的投加比例对组合试剂的氧化能力影响较大，通过实验选取适当的投加比例。

见表9。

2.2.3 第二实验阶段结论
在实验中发现，氧化剂A1 在不同pH 值条件下，氧化效率差别不大；在实际应用中，由于废水中COD的不同，氧化剂A1 投加量范围为0.4%～0.8%。

3 结论
由于压裂返排液具有成分复杂、废水稳定性强、可生化性差等特点，仅采用一种简单的处理方法一般难以达到处理要求。

本实验选取破乳-絮凝沉降-氧化法联用，确定了相应的技术路线为破乳-絮凝-沉淀-固液分离-氧化-调节pH 值-过滤-排放，使压裂返排液经处理后达标排放，消除了其对井场土地和地下水的污染，有较大环境效益和一定经济效益。