壓裂返排液取水應用技術

王玉麟

中國石油遼河油田公司高升采油廠采油作業(yè)一區(qū)

壓裂返排液取水應用技術

王玉麟

中國石油遼河油田公司高升采油廠采油作業(yè)一區(qū)

為了解決非常規(guī)儲層壓裂改造過程中水資源的大量消耗以及日益增多的廢液污染問題，研究了壓裂返排液經(jīng)過化學處理后用于重新配制壓裂液的新方法。

返排液；壓裂酸化；處理技術

1 壓裂返排液的基本概述

1.1 壓裂返排液的性質(zhì)

壓裂返排液的成分非常復雜，所包含的化學藥劑分量大、種類多，主要有高分子聚合物、高濃度瓜膠、硫化物及 SRB 菌等，硫含量總計大約在 20mg/L，同時氯離子和以鐵為主的相關重金屬離子的含量也很高。壓裂返排液的乳化度比較高，黏度很大，靜沉出水更加困難。在常規(guī)含油污水的處理過程中懸浮物往往是最難達到標準的項目，非常規(guī)壓裂返排液一般是灰黑色的，散發(fā)著明顯的瓜膠變質(zhì)和焦糊味，攪拌它則會有大量的泡沫產(chǎn)生?？傊?，壓裂返排液成分的復雜性以及性質(zhì)的獨特性都使得對其進行處理的難度加大。

1.2 壓裂返排液的特點與危害

由于壓裂返排液中含有許多化學添加劑，而且它在返排過程中還會把地層里的一些細菌、有機及無機化學物、放射性元素、重金屬等攜帶出來，因而具有成分復雜、黏度大、污染種類多樣、礦化度高、濃度高、穩(wěn)定性高、COD 高等特點。一旦壓裂返排液未經(jīng)處理就排放出去會嚴重危害周邊的環(huán)境，使得地表水系被污染、土壤板結(jié)、土壤鹽堿化等，引發(fā)一系列嚴重的生態(tài)環(huán)境問題。

1.3 壓裂返排液的主要處理方法

近些年，國內(nèi)外很多專家學者都對壓裂返排液進行了大量的研究，當前常用的壓裂返排液處理方法主要有化學法、物理法、物理化學法、生物法這四種。

(1)化學法。化學法是把一定數(shù)量的某些化學藥劑加入到返排液里，使其發(fā)生相關化學反應，進而在藥劑的作用下使返排液當中的有機污染物發(fā)生沉淀或者分解，最終使返排液的 COD 值得以降低。較為常見的化學法有沉降法、絮凝法、中和法、微電解法及氧化還原法等。

(2)物理法。壓裂返排液中的懸浮污染物通常都是通過物理法進行處理的，常見的處理方法有過濾法、離心分離法、重力分離法等。過濾法指的是通過協(xié)同作用、截留吸附作用、粗粒化作用來處理機械雜質(zhì) ；離心分離法是利用液體與固體顆粒在高速旋轉(zhuǎn)的過程中形成的離心力場，根據(jù)它們所受的離心力的不同來完成固液分離 ；重力分離法是根據(jù)油水的比重差來實現(xiàn)重力分離的。

(3)物理化學法。物理化學法主要分為吸附法和氣浮法。吸附法指的是借助膨脹石墨或活性炭等固體吸附劑來處理廢水當中的一些污染物，不僅可以完成回注標準，還滿足了經(jīng)濟性的要求。氣浮法通過空氣把細小的氣泡注入水中，油粒依附在氣泡上，密度小于水便會上浮，直至浮于水面，分離出去。為了使浮選的效率更高，可以多加入浮選劑，因為浮選劑既可以破乳，實現(xiàn)油水分離，還能夠產(chǎn)生起泡的效果。

(4)生物法。所謂生物法就是指提供對微生物生長、繁殖有利的條件和環(huán)境，促進微生物的生長，借助微生物的新陳代謝對有機物進行氧化分解并且把它轉(zhuǎn)化為較為穩(wěn)定的無機物。因為微生物的來源廣泛、容易實現(xiàn)變異、繁殖速度快、環(huán)境適應能力強，對不同廢水處理環(huán)境都能適應。其中菌種經(jīng)過一定標準的篩選、培養(yǎng)能夠應用于大部分有機物質(zhì)，然而生物法下優(yōu)勢菌種目前仍較難尋找，處理效率方面仍需進一步提升。

2 返排液處理技術在壓裂酸化中的應用

2.1 生物化學技術

壓裂酸化當中返排液的生物處理就是通過微生物的新陳代謝作用將返排液當中的膠體、溶解狀態(tài)下的有機污染物加以分解形成較為穩(wěn)定且無害的物質(zhì)，最終實現(xiàn)凈化水質(zhì)的目的。同時還有一部分有機物會被微生物吸收利用形成細胞質(zhì)，微生物自身細胞質(zhì)比較大且易凝聚在一起，所以，利用物理的凝聚作用很容易把它和廢水當中的無機氧化物、有機物一并清除掉，也就是利用上浮或下沉作用實現(xiàn)對它的分離。采用生物法處理壓裂返排液一般分為對廢水進行預處理、培養(yǎng)微生物這兩個步驟。生物化學技術處理的壓裂返排液往往針對性比較強，也就是能夠按照實際的水質(zhì)狀況選擇合適的微生物，因而具有工藝簡單、管理便捷、可行性強、投資少等優(yōu)勢明顯，但也存在著優(yōu)勢菌種選擇困難、耗時長等不足。

2.2 沉降技術

壓裂酸化過程中利用沉降技術處理返排液就是通過助凝劑與絮凝劑將其內(nèi)部存在的一些懸浮微粒、雜質(zhì)等進行絮凝沉降分離，最終實現(xiàn)固液分離。沉降技術是水處理的一項主要技術。但是壓裂酸化作業(yè)過程中所使用的壓裂液含有許多高分子聚合物，增大返排液的乳度，一定程度上阻礙了絮凝劑的擴散，也削弱了凝結(jié)沉降的效果。在實際應用過程中，為了節(jié)約成本、提升處理效果，經(jīng)常會將氧化技術和凝絮劑相結(jié)合，以便更好的實現(xiàn)處理返排液的目標。

2.3 氧化技術

氧化技術是當前采用的一種比較高級的氧化措施，這一技術產(chǎn)生于 20 世紀末，是針對性處理難以降解的有機物的技術，它是利用不同途徑形成活性比較強的輕基自由基，這些自由基能夠不加選擇的氧化分解廢水當中的難以降解的有機物，使其成為低毒害或者無毒害的小分子物質(zhì)，甚至讓它成為水、二氧化碳、小分子清酸，最終實現(xiàn)無害排放的理想效果。

2.4 微電解技術

這一技術是根據(jù)金屬腐蝕的基本作用，在返排液當中形成一個鐵碳原電池，進而通過氧化還原反應使污染雜質(zhì)得以有效降解。因為微電解技術采用的主要原料是廢鐵，所以它實質(zhì)上屬于一種廢物再利用，而且也比較簡單易操作，因而這一技術在處理較難降解的返排液中取得了一定的成果。在微電解技術當中，電機發(fā)生反應形成的產(chǎn)物是具有高化學性質(zhì)的物質(zhì)，其中二價鐵與原子態(tài)的氫可以和返排水當中的多種化學組分發(fā)生氧化、還原反應，從而將大分子分解，使較難降解的物質(zhì)變成較容易降解的物質(zhì)。而新生成的二價鐵和三價鐵又可以作為良好的絮凝劑，吸附水中的污染物，降低表面能，最終形成體積較大的絮凝體，進而沉淀排除。

3 結(jié)束語

在實際應用時，微電解技術能夠有效的脫除返排液里的 COD，處理后 COD 的指標會低于 150 mg/L，并且不會產(chǎn)生二次污染。另外，這一技術易操作、效果較好且投資少，每立方米廢水的處理成本能夠控制在一元錢左右。

[1] 嚴志虎，戴彩麗，趙明偉，馮海順，李明. 壓裂返排液處理技術研究與應用進展 [J]. 油田化學，2015，03：444～448.