大規(guī)模壓裂返排液地面處理方案設(shè)想

赫曉嵐

大慶油田采油九廠

大規(guī)模壓裂返排液地面處理方案設(shè)想

赫曉嵐

大慶油田采油九廠

大慶外圍油田致密油水平井采用大規(guī)模壓裂天然能量開發(fā)模式開采，經(jīng)大規(guī)模體積壓裂后將產(chǎn)生大量壓裂返排液，若直接進入聯(lián)合站內(nèi)的五合一脫水系統(tǒng)及污水處理系統(tǒng)，將嚴重影響系統(tǒng)正常運行。從壓裂返排液的特性研究出發(fā)，提出自然降解、化學藥劑處理，以及回收、回注等多種處理方案，為進一步完善大規(guī)模壓裂開發(fā)地面配套工藝提供技術(shù)支撐。

致密油；壓裂返排液；地面處理；工藝；設(shè)計

大慶外圍油田所轄的大慶長垣西部外圍地區(qū)橫跨兩市、三縣、兩區(qū)、四場，已初步探明油氣田18個，油田總面積1.552×104m3，截至2012年底，累計動用探明石油地質(zhì)儲量1.17×108t。隨著上產(chǎn)步伐的加快，為有效動用超低滲透高臺子層，致密油、大規(guī)模壓裂等一系列開發(fā)采油模式會逐步采用，作業(yè)后產(chǎn)生的大量返排液將給已建地面系統(tǒng)帶來嚴峻的挑戰(zhàn)。為此，提出自然降解、化學藥劑處理，以及回收、回注等多種處理方案，為進一步完善大規(guī)模壓裂開發(fā)地面配套工藝提供技術(shù)支撐。

1 壓裂返排液對系統(tǒng)的影響

壓裂作業(yè)過程中排出的殘余壓裂液組分十分復(fù)雜，含有胍膠、交聯(lián)劑、防膨劑、高效助排劑、甲醛，以及其他各種添加劑，壓裂返排液具有COD值高（10 000 mg/L左右）、穩(wěn)定性高、黏度高（一般超過12 mPa·s）、懸浮物含量高（一般超過1 000 mg/L）等特點。這些化學物質(zhì)進入聯(lián)合站后將嚴重擾亂生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運行，大量消耗處理藥劑或降低藥劑的處理效果，影響脫水效果以及水體中油和懸浮物的去除，從而造成處理后水質(zhì)達不到注入水水質(zhì)要求。返排液進入聯(lián)合站后水質(zhì)變化情況見表1。

表1 返排液進入聯(lián)合站后水質(zhì)變化情況mg/L

通過現(xiàn)場調(diào)研證明，進行規(guī)模較大的壓裂后，壓裂液隨采出液進入系統(tǒng)后含油污水深度處理站來水水質(zhì)惡化，上調(diào)絮凝劑加藥量后，濾后水懸浮物含量不能達標。

2 壓裂液返排方式

壓裂液返排分為三個階段，初期返排率平均為30%，轉(zhuǎn)抽后返排液隨油井產(chǎn)液進入集輸處理系統(tǒng)，中期返排率大約為50%。以某油田為例，大規(guī)模壓裂共產(chǎn)生壓裂返排廢液約17.85×104m3，其中，W1、W2水平井平均1個月壓裂1口井，返排初期每天每口井返排液量平均約為200 m3，需返排40天左右，最多出現(xiàn)兩口井同時返排，返排液量約為400 m3/d。WELL井組有6口井要進行大規(guī)?？p網(wǎng)壓裂，其中3口井為1組，平均2天壓1口，中間間隔一段時間（大概為1周）再壓另外3口，最多出現(xiàn)3口井同時返排，返排液量約為600 m3/d。因此，3個區(qū)塊同時壓裂時每天最高峰將返排壓裂液1 000 m3。大規(guī)模壓裂返排液量預(yù)測見表2。

表2 大規(guī)模壓裂返排液量預(yù)測

3 壓裂返排液處理工藝

3.1 壓裂返排液處理工藝設(shè)計一

結(jié)合壓裂返排液組分并充分考慮安全環(huán)保、生產(chǎn)成本等因素，認為壓裂返排液進站前需首先進入收油池，收油池過濾出的污油可考慮回收到卸油點，污水則可通過自然降解、化學藥劑處理、電絮凝和SSF機處理后回注，且必須對回注污水保持連續(xù)監(jiān)測，如水質(zhì)不達標，可進行重復(fù)處理。壓裂返排液處理工藝見圖1。

圖1 壓裂返排液處理工藝示意圖

電絮凝機用于返排液降黏和破膠，結(jié)合強氧化、強還原、絮凝、氣浮等功能于一體，可通過調(diào)整極板材質(zhì)，調(diào)節(jié)板間距、電壓強度、電流密度、pH值、電導率等而得到最佳處理效果。

SSF凈化機用于過濾去除懸浮物等雜質(zhì)，是一套物理/化學處理裝置，由SSF過濾罐和無閥過濾罐組成，污水管道中首先投加凈水劑和絮凝劑，通過自動旋流器充分混合，依靠點渦流動形成的向心力、過濾水力學形成的牽引力和自身的重量，被快速引入污泥濃縮室沉降分離。

經(jīng)SSF凈化機處理后，含壓裂返排液污水含油量為7 mg/L以下，懸浮物含量為5～6 mg/L；除油率90%，懸浮物去除率達95%以上。處理后水質(zhì)達到站內(nèi)水系統(tǒng)來水要求指標。

3.2 壓裂返排液處理工藝設(shè)計二

在處理規(guī)模較小的情況下，可以考慮建設(shè)回收水池，結(jié)合安全環(huán)保要求，污水池采用抗?jié)B鋼筋混凝土澆筑，污水池內(nèi)部無伴熱(夏季運行、冬季停運)。返排液經(jīng)沉降后，通過移動處理作業(yè)車將壓裂返排液處理到“20、20”標準后，就近排至已建站場污水沉降罐。移動作業(yè)車處理工藝見圖2。

圖2 移動作業(yè)車處理工藝示意圖

處理能力為20 m3/h的移動處理作業(yè)車主要采用溶氣氣浮、離心固液分離工藝，壓裂返排液由提升泵提升，加入破乳劑后進入一級氣浮，分離出的污油打入罐車外運，出水加入絮凝劑等水處理藥劑后進入二級氣浮，處理后達到“20、20”的污水外輸標準。氣浮分離出的泥渣由離心固液分離裝置濃縮后裝袋外運置。

現(xiàn)場檢測經(jīng)移動處理作業(yè)車處理過的壓裂返排液及洗井水混合液，懸浮物含量為10.8 mg/L，含油量5.4 mg/L，達到進站水質(zhì)指標要求。

4 壓裂返排液站規(guī)劃建設(shè)方案

某采油廠地面分布南北跨度大且各油田區(qū)塊銜接難度大，考慮到南北油區(qū)難以統(tǒng)一規(guī)劃，因此在返排液處理地面建設(shè)上提出以下兩種方案。

（1）方案一。在當前返排液量仍不能確定的條件下，建議采用租用移動作業(yè)車處理，污水回注的方式運行，這種工藝運行方式能夠靈活適應(yīng)開發(fā)的不確定性，且移動作業(yè)車能夠滿足南、北部油田的靈活調(diào)配。

（2）方案二。待開發(fā)規(guī)模擴大后，結(jié)合新、老油田分布位置，考慮在聯(lián)合站周邊建設(shè)一套污水處理裝置或?qū)σ呀ü潭ㄎ鬯幚硐到y(tǒng)進行升級改造，將污水處理到“20、20”標準后直接打入聯(lián)合站的污水沉降罐內(nèi)，以便為大規(guī)模壓裂返排液做好地面配套服務(wù)。壓裂返排液處理地面建設(shè)方案優(yōu)、缺點對比見表3。

表3 建設(shè)設(shè)計方案優(yōu)、缺點對比

5 結(jié)語

采用自然降解、化學藥劑處理、電絮凝劑和SSF凈化機處理后的回注處理工藝簡單，既能處理壓裂返排液，又能處理油田其他廢液，實現(xiàn)了污水零排放。移動作業(yè)處理車能夠靈活適應(yīng)外圍油田分布零散偏遠的開發(fā)特點，有效地降低地面建設(shè)投資風險。加大新區(qū)開發(fā)與老區(qū)改造相結(jié)合的力度，是保障新老油田地面平穩(wěn)運行的有效手段。

（欄目主持 張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.10.017

赫曉嵐：2009年畢業(yè)于東北石油大學，從事油田壓裂酸化相關(guān)工作。

2015-04-27

18704590315、lanksana@163.com