压裂返排液处理技术现状及展望

2015-02-11侯保才刘振华杜俊跃李凤霞

油气田环境保护 2015年1期

关键词：混凝废液油气田

侯保才刘振华杜俊跃李凤霞

（中国石化华北分公司九普油气生产支持中心）

压裂返排液处理技术现状及展望

侯保才刘振华杜俊跃李凤霞

（中国石化华北分公司九普油气生产支持中心）

针对页岩气压裂返排液的特点、危害，综述了氧化-絮凝-过滤／吸附联合处理工艺、氧化-絮凝-电解-过滤／吸附联合处理工艺、氧化-絮凝-电解-过滤／吸附-生化联合处理工艺的特点、适用性及处理效果，经过多种工艺处理后，压裂返排液中COD等污染物可以有效去除，出水可以达标。并对压裂返排液处理技术的发展前景进行展望，认为回收重复利用是未来压裂返排液处理的发展趋势。

压裂返排液；处理技术；絮凝沉淀；生物处理；回收利用

0 引言

压裂作业是低渗透油藏及非常规油气藏开发的主要手段，通过压裂可以改善油气层渗透能力和解堵，压裂技术在老区油井挖潜、新井试油、单井增产及非常规油气开发、页岩气开发中发挥着重要作用。压裂返排液成分复杂，含有多种污染物，如未有效处理将对区域环境造成严重污染。

油气田污水处理常用的方法有絮凝沉淀法、过滤／吸附法、电解法、酸碱中和法、生物处理法等。作为油气田污水的一种，压裂返排液成分复杂，稳定性强，可生化性差，在实际处理过程中，通常是多种方法进行联合处理。

1 压裂返排液的特点及危害

压裂返排液中不仅含有大量化学添加剂，其在返排过程中还将地层中的有机和无机化合物、细菌、重金属以及放射性元素携带出来，与其他油气田污水相比具有污染物种类繁多、成分复杂、浓度高、黏度大、COD高、矿化度高、稳定性高等特点。

压裂返排液如果不经过处理而外排，将会对周围环境造成危害，导致土壤板结盐碱化，地表水系污染，带来严重的环境污染和生态破坏问题。

2 压裂返排液处理技术

2.1 氧化-絮凝-过滤／吸附联合处理工艺

氧化破胶使返排液中的高分子物质氧化分解成小分子物质，降低废液黏度，提高传质效率，增加水处理药剂的分散与分解；絮凝可以改变水中多分散体系表面电性，破坏废液胶体的稳定性，使胶体物质脱稳、聚集；过滤／吸附，去除水中不溶或微溶物，脱色除臭。氧化-絮凝-过滤／吸附是油气田污水处理常用工艺。王松等［1］采用“混凝→氧化→吸附→纳米TiO2光化学氧化”工艺处理河南油田压裂返排液，现场中试表明处理后出水各项检测指标均达到回注要求，甚至有些指标达到排放标准。荆国林、韩春杰［2］发现通过聚合氯化铝和聚丙烯酰胺混凝沉淀、双氧水一次氧化、活性炭吸附、二氧化氯二次氧化处理的大庆油田徐家围子压裂返排液，出水符合GB8978—1996《污水综合排放标准》。涂磊等［3］以仪陇1井压裂返排液为主要研究对象，提出了预氧化复合混凝→Fenton试剂深度氧化→二次混凝的处理工艺，处理后废液的COD降低84.8%。林孟雄等［4］研究发现四川德阳川江566井压裂返排液经过KJ-I破胶，PJJ絮凝，CJH-1固液分离，O3／H2O2深度氧化处理，废液澄清透明，达到GB8978—1996《污水综合排放标准》二级排放标准。陈安英等［5］采用KMnO4→混凝→臭氧深度氧化处理某石化公司的水基压裂液，最佳条件下废液的高锰酸盐指数去除率可达86.5%。马超等［6］实验发现胜利油田水基胍胶压裂返排液通过破胶→絮凝→Fenton试剂深度氧化处理，压裂液COD去除率可达99.3%。杜贵君［7］以吉林油田压裂返排液为研究对象，实验发现经过絮凝、微波强氧化、活性炭毡处理、纳滤／反渗透集成工艺处理后，返排液CODCr可以达到GB8978—1996《污水综合排放标准》一级标准要求。任武昂［8］发现陇东油田压裂返排液经过“预氧化→混凝→沉淀→超滤→臭氧催化氧化”等工艺优化组合处理，废液的CODCr及悬浮物去除率最高可达95%以上。董健［9］室内研究发现樊家油田压裂返排液经过“机械格栅＋隔油池＋聚结气浮＋絮凝气浮”预处理→陶瓷膜过滤→电渗析脱盐复合工艺处理，废液的COD、石油类、离子含量、色度大幅度下降。黄飞等［10］实验研究表明，采用破乳→絮凝→沉淀→固液分离→氧化→调节pH值→过滤工艺处理页岩气开发井压裂返排液，出水能够达标排放。

2.2 氧化-絮凝-电解-过滤／吸附联合处理工艺

电解法集氧化还原、絮凝吸附、催化氧化、络合及电沉积等作用于一体，能够使大分子物质分解为小分子物质，降解的物质转变成易降解的物质，是污水深度处理的常用方法。张爱涛等［11］采用“Ca（OH）2破胶→微波絮凝→Fe／C微电解→微波H2O2氧化”法处理油田酸化压裂废水，处理后废水色度、SS和COD均可达标排放，处理后废水的可生化性显著提高。万瑞瑞［12］采用“中和→混凝→NaClO氧化→微电解”组合工艺处理庆平-13压裂废水，实验表明，废水的浊度和石油类去除率分别达到97.6%和98.0%，CODCr也从4937mg／L降至637mg／L，去除率为87.1%。刘思帆［13］采用“中和→混凝→Fe／C微电解→Fenton催化氧化”处理西328-346井压裂废水，CODCr去除率高达97.1%；对陇东地区某井场废液进行验证性试验，CODCr去除率均可达75%以上。

2.3 氧化-絮凝-电解-过滤／吸附-生化联合处理工艺

生物法是通过微生物的代谢作用来降解废水中有机物质和有毒物质，与其他污水处理方法相比，生物法最大的特点就是无二次污染。由于压裂返排液COD较高，因此在使用生物法处理之前通常需要采用氧化、絮凝、过滤等方法进行预处理，提高废液可生化性。钟显等［14］先采用混凝→Fe／C微电解→活性炭吸附对港深11-8井压裂返排液进行预处理，再采好氧微生物进行生化处理，处理后废液污染指标均达到GB8978—1996《污水综合排放标准》一级标准。王婷婷［15］将EB系列菌种生物处理技术与化学气浮絮凝技术集成应用，可使压裂返排液COD处理结果达到油田回注要求或GB8978—1996《污水综合排放标准》一级标准。董小丽等［16］研究发现安塞油田王窑作业区压裂废水经Fenton氧化→絮凝→SBR联合处理后，压裂废水COD去除率达95.4%，出水COD降至190.4mg／L，接近GB8978—1996《污水综合排放标准》二级标准。张方元等［17］针对吉林油田压裂返排液特性，设计出气浮→絮凝预处理→过滤→MBR→活性炭吸附DQS模块化组合设备，在乾安采油厂应用表明，经该设备处理后的出水达到GB 8978—1996《污水综合排放标准》一级标准。刘音等［18］提出ECHAP强化复合水解酸化工艺，压裂返排液经曝气调节池、HAF高效厌氧反应器、FSBBR反应池、MEBR池、臭氧接触氧化池、生物活性炭滤池等处理后可以达标排放。

3 结论及展望

压裂返排液成分复杂，处理成本高，设备投资大，工艺复杂。国内各大油气田压裂返排液的处理普遍是达标后回注。回注地层不仅会伤害地层，破坏地下水补排平衡，影响当地居民饮水安全，还造成资源浪费，增加生产成本，特别是在水资源缺乏区域。

国外对压裂返排液回用技术研究起步早，技术较为成熟，如Barnett，Marcellus页岩气田的压裂返排液主要处置方式是回收重复利用，中国石化华北分公司，中国石油集团西南油气田公司及延长石油集团等单位对压裂返排液重复利用开展了相应研究，并取得了一定效果。展望未来，随着国家对环境保护、节能减排的重视以及油气田开发技术的不断提升，水资源重复利用必将成为油气田未来发展的趋势，压裂返排液重复利用将是油气田开发的必然选择。因此，建议从以下方面开展研究工作：

开发绿色压裂液添加剂，从源头上减轻压裂返排液的处理难度和对环境的伤害。

开发高效、低污染水处理药剂，针对压裂返排液特性，将不同处理工艺进行组合，研制模块化移动式处理装置。

借鉴国外压裂返排液处理技术经验，解决当前压裂返排液重复利用面临的问题，开展压裂返排液回用技术研究。

［1］王松，曹明伟，丁连民，等.纳米TiO2处理河南油田压裂废水技术研究［J］.钻井液与完井液，2006，23（4）：65-93.

［2］荆国林，韩春杰.火山岩深气层压裂返排废水高级氧化处理工艺研究［J］.钻采工艺，2007，30（5）：123-125.

［3］涂磊，王兵，杨丹丹.压裂返排液物理化学法达标治理研究［J］.西南石油大学学报，2007（29）：104-106.

［4］林孟雄，杜远丽，陈坤.复合催化氧化技术对油气田压裂返排液的处理研究［J］.环境科学与管理，2007，32（8）：115-118.

［5］陈安英，王兵，任宏洋.压裂返排液预氧化-混凝-臭氧深度氧化复合处理工艺实验研究［J］.化工科技，2011，19（3）：26-30.

［6］马超，徐良伟，刘源，等.破胶-絮凝-深度氧化法处理残余压裂液实验研究［J］.工业水处理，2012，32（9）：69-71.

［7］杜贵君.油田压裂返排液处理技术实验研究［J］.油气田环境保护，2012，22（4）：55-57.

［8］任武昂.陇东油田井场废水汇入集输系统配伍性实验研究［D］.西安：西安建筑科技大学，2012.

［9］董健.油田非常规压裂返排液处理室内试验研究［J］.广东化工，2013，40（14）：40-41.