页岩气压裂返排液回用处理技术研究与应用

屈海清

（川庆钻探长庆井下技术作业公司，陕西 西安 710018）

页岩气需要采用大规模的体积压裂才能获得工业气流，从而能够加工成为可利用能源。对体积压裂来说，压裂返排液的产生与压裂液量成正比，在实际生产过程中，会大量使用压裂液，所以会大量产生压裂返排液[1]。返排液中具有很多污染物质，然而对于返排液的无害处理成本较高，而且现在法律对返排液做出了明确的规定和要求，这样一来也大大提高了生产成本。对于返排液的储存过程中，返排液很容易发黑发臭，对周围的环境造成影响，尤其是多次利用的返排液，更加危害周围环境[2]。

1 页岩气压裂返排液处理现状

现在页岩气已经成为油气资源领域重要组成部分。页岩气的压裂技术主要由氮气泡沫压裂技术、水力压裂技术、重复压裂技术、水平井分段压裂技术、裂缝综合检测技术等构成。在我国页岩气的发展过程中，水力压裂发挥了重要作用，水力压裂适用于我国很多地方地形地貌的页岩气的开发。页岩气的开发对水的要求特别严苛，开发过程中用水量也特别多。我国对页岩气压裂返排液的处理大多使用焚烧、自然风干和化学法处理。焚烧法是利用泄出的页岩气作为燃料对压裂返排液进行焚烧从而让污染物转化为有机物质得到降解，但对于能源的损耗巨大，而且过程中也会产生大量的污染气体。自然风干法在风干过程中也会产生污染物，并且会随着风进行扩散。化学法就是对化学氧化，物理过滤分离去除返排液中的杂质和悬浮物，但是在进行化学方法后，在后续还需要一系列的水质处理，让处理过后的返排液达到排放要求。我国现在返排液的处理方法还没有成型的解决方法。

2 影响页岩气压裂返排液循环利用的因素

2.1 返排液的主要成分

对返排液的分析，首先要从返排液的成分作为切入点，对返排液的成分进行分析，从而能更好的得出影响因素。从页岩气压裂返排液的成分报表中可以清楚的看出，返排液的金属矿化程度属于中等程度，但返排液中含有一定量的成垢因子和一些悬浮物杂质。而且在返排液中也发现了大量细菌的存在，细菌对返排液的储存具有一定的影响。通过进一步的具体对比研究发现，返排液经过反复利用和返排时间的增长，并且返排液也不断与其他压裂液体进行混合交叉使用，返排液的水质变化较前一次变化较大。返排液的变化主要体现在细菌含量的升高，以及高价金属离子的浓度提升，返排液颜色不断变黑，气味不断变臭。

2.2 对影响返排液回用因素的具体分析

通过初步的研究，对返排液的影响因素包括金属高价离子、各种细菌的影响以及悬浮物的影响。

在返排液中含有二价钙、二价镁、二价铁和三价铁等高价金属离子，这些高价金属分子具有很高的氧化性，能够让返排液中的高分子降阻剂分子进行卷曲或者形成化合物沉淀。这样一来，就对降阻剂中的有效成分进行稀释或与有效成分反应，很容易造成结成污垢问题。

在压裂返排液中存在着很多的有机物质，很容易造成细菌的滋生。在细菌群中，有一种SRB的细菌，这种细菌很容易产生氢化硫以及二价铁离子，氢化硫是一种极不稳定的化学物质，极易与二价铁离子进行反应，生成硫化铁，而硫化铁就是促使返排液发黑发臭的物质。而且还有一种IB 的细菌，能够从二价铁离子氧化过程中获取能量，形成氢氧化铁沉淀物质，从而很大程度的降低了页岩气储存层裂缝的导流能力。TGB 细菌也能通过在有机物中得到能量，经过代谢产生出堵塞渗流通道的物质。

返排液中的悬浮物在压裂返排液回用过程中，悬浮物不能直接的渗入到基质中，并且悬浮物会进入压裂形成的微细裂缝中，将细微裂缝进行堵塞，对微细裂缝的导流能力造成影响。与此同时，悬浮物容易与高分子降阻剂进行凝结成为一种絮状物质，这些絮状物质能够降低降阻剂的有效物质的浓度，絮状物的产生也会对页岩储存层的内壁造成损伤。

3 页岩气压裂返排液回用的处理

3.1 对细菌的处理

对于压裂返排液的杀菌方法，主要采用紫外线杀菌和杀菌剂灭菌的两种方法，鉴于杀菌剂对细菌具有一定的抑菌作用所以在实际应用中大多使用抑菌剂对返排液细菌进行处理。但是对于紫外线和杀菌剂这两种方法，两者都有着挺好的杀菌效果。

3.2 对悬浮物的处理

对返排液中悬浮物的处理，通常采用絮凝沉降和过滤两种方法。絮凝沉降包括化学絮凝和电絮凝两种方法，化学絮凝是通过向返排液中添加一些化学物，让化学物质与悬浮物发生反应形成颗粒或者絮状物，在进行絮状物的沉淀从而能更好的去除悬浮物，电絮凝与化学絮凝的本质一样，也是对悬浮物进行吸附凝结。在实际应用中要将絮凝沉降与过滤同时进行。由于悬浮物进行絮凝沉降之后，需要很长一段时间才能将絮体沉降下来，但在施工现场中，对于絮凝沉降的等待大大降低了工作效率。综合考虑由于絮凝物与悬浮物相比要大很多，在过滤的时候也不会将滤芯堵塞，所以在实际应用中，正好将絮凝沉降与过滤相结合，这样能够大大提高工作效率，更加彻底的清除悬浮物。

3.3 对高价金属离子的处理

对于返排液中的高价金属离子的处理，一般采用化学沉淀法，就是将一些阴离子与高价金属离子进行结合，形成沉淀物质从而进行去除。在实际的应用中，一般采用氢氧离子和碳酸离子进行化学反应沉淀，主要是因为这两种物质对水体的污染小，一般形成白色的沉淀，能够很好地处理。如果使用硫酸离子，会将很多金属离子溶入水中，并且对于水体的破坏也是巨大的。在对高价铁离子的处理中，由于氢氧离子和碳酸离子很难与高价铁离子进行反应，在实际反应过程中可以加入催化剂或者酶化物质来加速反应。

4 页岩气压裂返排液回用处理装置的应用

为了提高页岩气压裂返排液回用处理方法，并且可以更好的运输和使用，可以将页岩气压裂返排液处理方法单元化，将对返排液的处理设备撬装化创造出页岩气压裂返排液回用处理装置。而且并可以每个地区的实际情况和当地的水质情况将设备单元模块进行重新组合，来满足更多的不同地区施工要求。在页岩气压裂返排液处理装置中，首先是将压裂返排液注入污水池，在污水池中对返排液做初步处理，调节水质平衡、调节处理液量。之后是对返排液进行杀菌处理，在返排液中加入杀菌剂进行灭菌并且抑制新的细菌滋生。在处理完细菌之后就是将返排液泵入反应罐中对返排液进行高价金属离子的沉降，在反应罐中加入化学沉淀处理剂，让高价金属离子进行充分反应，降低返排液中高价金属离子的浓度。最后就是对返排液进行悬浮物的处理，对悬浮物的处理就是对返排液的进行絮状沉降之后将凝结成絮状体的悬浮物杂质进行过滤，将剩下的清水过滤到储水罐中等待着回用[3]。

4 结语

在页岩气的压裂返排液中含有大量的有害物质，而且在不同地区水质差异也十分的大，在实际应用中，要从影响页岩气压裂返排液回用的因素下手，对影响因素进行分布单元化处理。我国在页岩气的开发还处于起步阶段，我国需要不断地学习和引进发展新的技术来扩大页岩气开发规模。我国页岩气压裂返排液的处理技术也要不断的创新和发展，加强国内外交流，结合我国实际情况，对我国页岩气资源进行合理的开发和利用，做到可持续循环发展。