油田压裂返排液处理技术研究进展探究

卜掌印，朱德儒，刘志前

（延长油田股份有限公司志丹采油厂，陕西 延安 717500）

我国当前在油田的开发过程中面临着储层改造、油气田的劫探及开采的难题，其中增加油田产量的重要手段就包含压裂技术。石油压裂技术是指利用水的作用力，在油气开采过程中，人为干预使地层造成裂缝，以改善油气在地下的流动速度、流动方向和流动环境。油田压裂技术，随着科学技术和信息化技术的快速发展，为低渗透油田开发和增加单井油气产量发挥了积极作用。

通过压裂技术，能够扩大油井供油半径，提高储层渗透率，降低油气流入井底阻力。通过压裂工艺技术能有效提供储层裂缝渗流能力，采用压裂技术开采油气，对低孔低渗透和复杂断块油气田是一种重要的技术措施，具有生产能力高、经济效益强的特点。压裂技术的应用，也会在开采油田中造成环境污染，压裂返排液含有石油类、甲醛、瓜胶等污染物质，需做好处理工作。

本文将重点对于压裂返排液的危害、压裂返排液处理技术、以及压裂返排液处理技术的创新发展做一个简单分析，探讨在油田增产中压裂技术发挥的重要作用，以便不断的改进压裂技术，促进油田增产，满足社会经济发展的能源需求。

1 压裂返排液的危害

1.1 土壤危害

在自然条件下，压裂返排液污染物难以迅速讲解，含有有机污染物多呈现碱性或酸性，少部分还具有毒性，尽管压裂返排液渗透缓慢，短期内不会影响周围环境，长期渗透下，产生污染会愈发严重，直接危害是周围土壤会降低吸收钾、氮、磷等矿物质能力，导致土壤丧失肥沃性[1]。

1.2 难以处理

压裂返排液所含物质较为复杂，可能含有油井钻探时所用的胶体钻井液，以冻胶状态存在，也较高，造成压裂返排液乳化程度较高，增加了处理废液难度。其中，还存在种类较多的添加剂，也易造成环境污染，浪费资源，耗费经济，提高处理难度。

1.3 成分复杂

压裂返排液中还存在铁细菌、付胜军、硫酸盐还原菌等在地层中生长繁殖，会堵塞、腐蚀油井设备、注水井、固安县等，地层也会由于微生物被堵塞，降低地层渗透率[2]。特别是压裂液内添加诸多添加剂，导致压裂返排液具有不易被降解、高COD、高特点，不经处理或不达标排放，则会污染地表水与地下水。

2 压裂返排液处理技术

2.1 物理方法

2.1.1 悬浮法

该方法是在污水内添加相应物质，让液体杂志可悬浮于水面，操作较为繁琐复杂，工艺原理是利用气压性质，将污水中不易沉淀杂志，利用气压漂浮至污水表面，便于将污水上方漂浮杂志去除，能够有效处理污水不溶杂质，却无法去除其他污染物，使用较少。

2.1.2 过滤法

该方法是常见污水处理方式，主要是利用特殊膜结构，将污水中较大、较小的分子结构相互隔离，能够去除污水污染物。在处理污水中，能够提高处理效率，对于COD 去除效率却较低，无明显效果。

2.1.3 絮凝法

该方法常用于高浓度废水处理，通常混凝沉淀法可聚集液体悬浮颗粒杂质，使用方法简单，无需特别装备，经济性较高却会产生诸多沉淀物，尽管解决了污水悬浮物问题，却也产生新问题，即怎样处理沉淀物。但是，也有资料表明，污水使用混凝剂的效果，会随着污水增加随之降低，可去除石油类、悬浮物等，处理COD 效果不乐观[3]。在压裂返排液处理中，液体黏度较大，为达到良好混凝效果，需增加过量混凝剂，不仅会造成二次污染，还会延长处理周期，需要将过滤、絮凝法、吸附法工艺联用，提高处理效果。

2.2 微生物法

微生物是生物处理方法，较为节能环保，处理难度却较高，主要是利用生物达成净水目标[4]。以现有研究而言，压裂反派也处理不是单一应用微生物法，需要将其和其他方法联用，处理工艺如下：先开展预处理，增加废水可生化性；而是培反应负荷，外部需投入碳源、氮源及所需生长因子，生成诸多绿膜，得到所需菌种，可利用菌种分解代谢功能，将有机污染物去除，具有投资少、保护生态环境的特点，却存在处理周期长的问题。

2.3 化学方法

2.3.1 化学氧化法

压裂返排液长期处理研究中心，发现使用化学氧化物将有机污染物氧化，具有良好效果，主要是由于压裂返排液成分复杂，仅采取物理方法难以获得理想效果，通过添加氧化剂，降解高分子有机物，可减少污染物浓度，多用于排除压裂返排液有害成分，运用范围广泛。当前，常用化学氧化及包括高锰酸钾、双氧水、次氯酸钠等，通过强氧化剂，可有效、迅速的降解废液有害无机物与有机物，也可称之为初级氧化法，是自由基反应。例如，污水中添加次氯酸钠会发生水解，生成不稳定次氯酸分子，生成新生态氧，氧化性较高，可氧化废液难以降解的污染物，断裂污染物支链，改变分子结构。同时，该方法还能破坏废液发色基团，污水色度降低，操作简单。例如，有学者[5]将处理后的废液调节pH 值至中性，添加次氯酸盐，放置于紫外灯下照射，可达到81.3%的COD 去除率。

2.3.2 电化学氧化法

该方法主要是根据污染物杂质得失电子方法去除污染物，污染物得失电子后，将吸附于电极位置，通过诸多反应，达到净水效果。氧化机理有两种，一是直接氧化，即污染物阳极丧失电子被直接降解；二是间接氧化，电化学氧化中生成氧化性中间产物，利用中间产物将污染物氧化降解。而在实际处理污水中，两种机制均可能存在，有研究者利用电化学氧化法对油田废水进行处理，发现可降低废水COD值，直至排放标准，还不会造成二次污染，实现自动化操作。

2.3.3 微电解氧化法

该方法是兼具絮凝吸附、催化氧化、氧化还原与电沉积作用的处理方法，也称为Fe/C 微电解法。在酸性水溶液内，碳粒和铁屑形成诸多微小原电池，生成电场效应，破坏溶液分散胶体稳定体系，沉淀的胶体粒子吸附于电击伤，可去除荣业内胶体状态或悬浮状态污染物。而电极反应下，产生Fe2+和[H]原子态化学活性较高，可和废水高分子有机物产生化学反应，分解大分子物质为小分子物质，将发色基团破坏，失去发色能力。并且，Fe2+和Fe3+新生态是良好絮凝剂，碱性条件下生成、，絮凝效果良好，可吸附聚集肺水肿为电池反应生成的不溶物、不溶性胶体及悬浮物质。有学者[6]使用微电解法对原油田压裂废水进行处理，先将压裂废水实施氧化、混凝预处理，再使用微电解法，确定最佳反应条件是pH 值1.0，铁：碳为0.67，停留时间是30 min，结果显示，COD 质量浓度＜150 mg·L-1，总COD 去除率为98.0%，满足国家二级排放标准。通过微电解法，能够有效去除COD，加药量少，处理成本低，适用范围光，却也存在废渣产量达，填料比例复杂，处理装置成本高的缺点。

2.3.4 臭氧催化氧化法

在水中催化剂诱导下，臭氧产生自我分解反应，生成拥有强氧化性羟基自由基，对水中有机物具有降解氧化作用。在处理压裂返排液中，可采取“降黏-混合反应-混凝-沉淀-臭氧催化氧化-活性炭吸附”工艺，工艺选择高锰酸钾为催化剂，催化氧化时间是30～60 min，其投加量是1 g·L-1，保证处理最终废水满足排放标准[7]。该方法具有产泥量低、加药量少的有点，却受限于臭氧发生率低的问题。

2.3.5 光催化氧化法

在特定光照下，半导体催化剂会产生电子迁越，发生光致电子-空穴，诱发产生氢氧基，利用氢氧基强氧化性，对有机物进行讲解，常用催化剂多使用等。例如，光催化氧化技术采取纳米级作为催化剂，提供最佳条件，COD 质量浓度低于100 mg·L-1，去除率达到96%，水质满足一级排放要求。氧化方法具有处理速度快、降解效果好的特点，是最有潜力处理方法之一，却存在高能耗、高成本问题。

2.3.6 超声波氧化法

该方法结合了化学技术与物理技术，是利用超声波激发处理污水中有关化学、物理的反应，降级为污水污染物质，能够准确控制某些反应环节，提高反应速率，一定程度上达到高标准污水处理效果。研究者通过不断研究克制，处理技术可有效处理污水，成本较低，相比其他技术更为简单，逐渐受到业界认可，发展前景广阔。

2.4 多种技术联合方法

压裂返排液处理技术的深入研究，仅采取一种方法处理污水，难以达到处理水质要求，通常为优化处理效果，会根据实际情况，联合使用多种技术，实现互相配合，优化处理效果。例如，五步处理法，经过五个步骤处理后，能够减少压裂返排液有害物质含量，达到处理标准，工艺处理流程十分简单，对人员操作无较高要求，不会腐蚀设备，应用广泛[8-10]。此过程中，可通过物理化学脱稳后，再使用复合催化氧化、过滤等组合工艺进行返排液处理，保证处理水质满足一级排放标准。

2.5 井下氧化处理技术

油气井开采中，开采油气井时间较长，会逐渐降低地层压力，导致幽静压裂液返排率减小，地层将会残留更多废液，不仅会损害地层土壤、水资源等，也将影响采油效果[11-13]。而采取井下氧化处理方式，通过处理液氧化处理返排液，能够从地层中排挤返排液，使用处理液是有蜡溶剂、氧化剂及其他助剂构成，能够氧化降解压裂返排液污染物质，使得压裂液未能彻底破胶的胶体物质进行分解，成为小分子网状结构，减小，便于排出地层。通过此种处理液方法，可降解废液高分子聚合物，提高压裂返排液降解性。返排液处理，保证处理水质满足一级排放标准。

2.6 固化法处理技术

该方法是将固化剂投入压裂返排液内，固化处理压裂返排液，使得废液能够固化成型，推土复耕。采取此种方法，不仅企业易于获得固化材料，提高处理效果，还能简化处理流程，处理后为动植物生长提供相应环境条件，却存在占地面积大、处理成本高的情况，难以大规模在油田中推广应用。

3 压裂返排液处理技术的创新发展

在压裂返排液处理中，传统处理方法可能污染环境，诸多研究者着手研究清洁式处理方法，获得良好效果。思贝伦谢企业先研究出清洁压裂液，为解决低渗透层和高温井开采问题，提高弹性表面活性剂抗性，开发助表面活性剂、两性离子表面活性剂、各种盐类等构成复合体系，后续开发抗高温表面活性剂。我国由于清洁压裂液研究交完，却也获得良好成果，刘刚芝等研究海水基压裂液体系，主要是利用海水，承受高矿化环境能力液较强，耐高温120 ℃；江倍等学者研发出SCF 耐高温清洁压裂液，通过添加有机/无机阴离子、碱性表面活性剂获得较强粘弹性，能够溶于水的压裂液。

现阶段，清洁压裂液研究中心，追求低伤害、高效、低成本，多集中于复合压裂液研究，相比单一阴离子或阳离子清洁压裂液，其抗温、破胶、抗剪性能更好，使用成本低。可见，我国清洁剂研究仍有所不足，缺乏气藏针对性，需结合储存不同条件，颜值性质不同的清洁压裂剂。而实际应用中，返排液通常含有诸多阳离子表面活性剂，相对分子量小，无法直接被环境降解，提高了处理难度，可能污染环境，需采取压裂液循环工艺，收集返回液循环利用，提高使用清洁压裂液效率。

4 结束语

压裂返排液具有处理难度高、影响范围广的特点，对于油田开采勘探造成严重制约，尽管近几年压裂返排处理技术研发诸多新工艺、新方法，却存在处理成本高、工序复杂的情况。因此，在压裂返排液处理中，需要加强对绿色处理剂的研究，优化现有工艺，通过多种方法资源化利用压裂返排液，降低处理难度。