長慶油田壓裂廢水回收再利用方式探討＊

蔣繼輝 冀忠倫 任小榮 張海玲

（1.中國石油長慶油田分公司油氣工藝研究院；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室）

長慶油田壓裂廢水回收再利用方式探討＊

蔣繼輝1，2冀忠倫1，2任小榮1，2張海玲1，2

（1.中國石油長慶油田分公司油氣工藝研究院；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室）

針對長慶油田壓裂作業(yè)用水量大與廢水產(chǎn)生量大產(chǎn)生的環(huán)保壓力與水量消耗量大的問題，通過對廢水特征的分析以及對油田生產(chǎn)現(xiàn)狀的調(diào)研，以回收再利用為目標，提出廢水處理后作為油田回注用水、配制壓裂液用水和配制聚合物溶液用水的再利用方式，分別分析了三種方式的用水要求，簡要介紹了相應的處理方法，對油田廢水處理與再利用研究有一定的借鑒作用。

壓裂廢水；處理；再利用；回注；壓裂液用水；聚合物溶液用水

0 引 言

近年來，隨著長慶油田水平井體積壓裂開發(fā)力度的不斷加大，壓裂作業(yè)用水量大與壓裂廢液產(chǎn)生量大且無法外排這一矛盾進一步凸顯。壓裂廢水中含有成分復雜且性能穩(wěn)定的污染物，一旦進入生態(tài)循環(huán)就會污染土壤和水資源。因此，如何有效處置這些壓裂廢水就成了油田在勘探開發(fā)過程中亟待解決的問題，若能將壓裂廢水加以處理后用于油田生產(chǎn)作業(yè)，對于減少廢水總量和降低作業(yè)成本都具有重要意義。

1 油田壓裂廢水特點及再利用現(xiàn)狀

長慶油田壓裂廢水污染物成分復雜，其中，懸浮物含量為183.4～303.8 mg／L、石油類17.8～29.7 mg／L，COD為3 946.3～6 832 mg／L，色度450～550，并且含有大量的無機離子Ca2＋、Mg2＋、K＋、Na＋、Cl－等，p H值5.1～7.2。

近年來，國外有學者研究壓裂返排液經(jīng)固液分離處理后可用作固井水泥漿用水，還有人提議將廢水深度處理后用于灌溉、鍋爐用水等［1］。由于以上應用對水質(zhì)的要求較高，如用于鍋爐用水除了需要大幅度降低COD外，還需控制其中的鈣、鎂離子含量，同時含鹽較高的水在高溫時的腐蝕性較大，因此需要進一步除鹽［2］。農(nóng)業(yè)灌溉用水對其中有害組分及無機鹽含量有較高要求。陳明燕等人還提出可提取酸化壓裂廢液中的一種或幾種高濃度的酸進行循環(huán)使用，如可用硫酸生產(chǎn)硫酸亞鐵等產(chǎn)品［3］。另外，冀忠倫等人將油田壓裂廢水采用混凝、微濾膜過濾處理后用于回注地層［4］，在一定程度上解決了壓裂廢水難以有效處置的問題。

2 油田壓裂廢水處理后回注

注水開發(fā)是維持地層壓力、提高原油采油率的有效手段。對于地處黃土塬區(qū)的長慶油田來說，由于油層滲透率極低，每年需要大量的水源進行注水開發(fā)。

如果油田壓裂廢水經(jīng)處理后作為回注水不但可以有效緩解該區(qū)域干旱缺水的難題，而且可以減少安全環(huán)保隱患。

2.1 低滲透油田注水水質(zhì)要求及指標

◆水質(zhì)基本要求 ①水質(zhì)穩(wěn)定，與地層水相混不產(chǎn)生沉淀；②注入油層后不使黏土礦物產(chǎn)生水化膨脹或懸濁；③水中不能攜帶大量懸浮物，以防堵塞注水井滲濾端面及滲流孔道；④對注水設施腐蝕性??；⑤當采用兩種水源進行混合注水時，應先進行室內(nèi)實驗，證實兩種水的配伍性好，且對油層無傷害；⑥評價注入水水源、確定注入水水質(zhì)應按SY／T 5329—2012《碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標及分析方法》進行［4］。

◆推薦水質(zhì)主要控制指標 SY／T 5329—2012《碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標及分析方法》中，對于低滲透油層注入水的主要標準是：懸浮固體含量≤2 mg／L，懸浮物顆粒直徑中值≤1.5μm，含油量≤6 mg／L，平均腐蝕率≤0.076 mm／a，SRB≤10個／m L，IB及TGB為n×102個／m L，溶解氧含量≤0.1 mg／L，硫化氫含量≤2.0 mg／L，侵蝕性二氧化碳含量為－1.0～1.0 mg／L。

2.2 處理方式

針對低滲透油藏注水水質(zhì)要求，可在儲層敏感性評價的基礎上，對油田壓裂廢水采用混凝沉淀、精細過濾、殺菌防垢等水處理技術［5］。該處理方式主要用于常規(guī)胍膠體系壓裂廢水，適合在井場集中處理或在廢水產(chǎn)生量大的區(qū)塊建立集中處理站進行處理。

3 油田壓裂廢水處理后用于配制壓裂液用水

目前，長慶油田產(chǎn)建井大多采用叢式井組或者水平井進行開發(fā)，不但需要大量的配液用水，而且產(chǎn)生大量的壓裂廢水。因此，若能將前一口井或前一層產(chǎn)生的廢水加以處理后用于配制下一口井或下一段的壓裂液，則可以有效解決廢水產(chǎn)生量大與配液用水需求量大的矛盾。

3.1 配制壓裂液用水要求

長期以來，用于配制壓裂液的作業(yè)用水通常取自地表水，雖然有關于壓裂液技術標準的SY／T 6376—2008《壓裂液通用技術條件》作為作業(yè)技術指導，但標準中對于配制壓裂液用水的水質(zhì)并未給出明確指標。研究發(fā)現(xiàn)，廢水的p H值、金屬陽離子（鈣、鎂、鐵等）、懸浮物、細菌、COD、顆粒粒徑等是影響其配制壓裂液的關鍵因素。因此，在廢水回收再利用配制壓裂液之前，必須對上述指標進行控制，即p H值為6.0～7.5，Ca2＋，Mg2＋總含量分別小于300 mg／L，150 mg／L，F(xiàn)e3＋，F(xiàn)e2＋總含量＜20 mg／L，Al3＋＜20 mg／L，懸浮物＜0.2%，細菌＜100個／m L。

3.2 處理方式

油田壓裂廢水處理后用于配制壓裂液的關鍵是控制其中的高價金屬離子含量，可采取的處理工藝為混凝沉淀、離子處理、精細過濾、殺菌防腐、其中離子處理可選擇沉淀法或轉(zhuǎn)化法。該處理方式適用于常規(guī)胍膠體系壓裂廢水，對于酸化壓裂廢水或高黏度壓裂廢水還應增加相應的中和及降黏等預處理步驟。

4 油田壓裂廢水處理后用于配制聚合物用水

聚合物驅(qū)油是一種三次采油新技術，在我國東部油田尤其是大慶油田已進入工業(yè)化應用階段。隨著長慶油田原油采出程度的不斷提高，難動用儲量將成為后期開發(fā)的主要目標，近年來長慶油田在聚合物驅(qū)油方面進行了大量的先導性試驗。同注水開發(fā)一樣，配制聚合物溶液需要大量的水，因此將壓裂廢水處理后做為配制聚合物用水，具有很好的發(fā)展前景。

4.1 配制聚合物溶液用水要求

聚合物溶液黏度與水的礦化度有關，礦化度越高，溶液黏度越小。大慶油田確定使用的聚合物溶液黏度大于或等于40 mPa·s，對配制聚合物溶液用水制定了嚴格標準，其中對礦化度提出了專門的要求，具體指標為：Ca2＋與Mg2＋濃度之和為20～40 mg／L時，礦化度＜800 mg／L；Ca2＋與Mg2＋濃度之和≤20 mg／L時，礦化度＜1 000 mg／L。

長慶油田用礦化度為2 000 mg／L的地層水配制的聚合物溶液表觀黏度為29.61 mPa·s，可以滿足使用要求，然而對于配液用水尚無統(tǒng)一標準。

4.2 處理方式

解決壓裂廢水配制聚合物溶液的關鍵問題是降低廢水的礦化度，其處理工藝有蒸發(fā)、結晶、膜蒸餾，電滲析、反滲透和離子交換等。例如大慶油田采用的工藝流程為：來水→一次沉降→二次混凝沉降→一次過濾→二次壓力過濾→電滲析［6］，處理后的水配制聚合物溶液黏度優(yōu)于清水，完全可以代替清水配制聚合物溶液用于聚合物驅(qū)油。

5 結束語

長慶油田壓裂廢水的再利用方式主要有處理后回注、作為配制壓裂液用水及配制聚合物用水等，針對每一種再利用方式均需采取合理的處理方式以達到再利用的目的。

［1］ 李維東.油田采出水的資源化方向［J］.新疆地質(zhì)，2002，20（2）：175.

［2］ 杜春安，宋永亭，袁長忠，等.稠油熱采污水回用鍋爐給水處理工藝研究［J］.環(huán)境工程，2009，27（6）：16-21.

［3］ 陳明燕，吳冕，劉宇程.酸化和壓裂廢液處理技術研究進展［J］.環(huán)境科學與技術，2010，33（6）：166-169.

［4］ 冀忠倫，馬玉峰，任小榮，等.油田壓裂廢液處理及回注實驗［J］.油氣田環(huán)境保護，2012，22（5）：52-54.

［5］ 張艷.低滲透油田注水水質(zhì)評價處理技術［J］.石油鉆探技術，2002，30（3）：52-54.

［6］ 荊國林，于水利，韓強，等.聚合物驅(qū)采油廢水回用技術研究［J］.給水排水，2005，31（3）：60-63.

1005-3158（2014）05-0035-02

2014-03-26）

（編輯 王薇）

10.3969／j.issn.1005-3158.2014.05.012

中國石油低碳關鍵技術研究“油田井場廢水處理與再利用技術研究”（2011E-24）。

蔣繼輝，2005年畢業(yè)于西安石油大學油氣田開發(fā)工程專業(yè)，碩士，現(xiàn)在中國石油長慶油田分公司油氣工藝研究院從事油氣田安全環(huán)保技術研究工作。通信地址：陜西省西安市未央?yún)^(qū)明光路長慶油田油氣工藝研究院1206室，710018