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    陸相頁巖氣井壓裂返排液處理工藝探究

    2019-10-21 09:04:11任翔
    中國化工貿易·下旬刊 2019年11期
    關鍵詞:頁巖氣壓裂液處理工藝

    任翔

    摘 要:目前,我國開發(fā)頁巖氣的主要技術手段為水力壓裂技術,產(chǎn)生了很多成分復雜的返排液。無論重復利用,還是排放污水,返排液都必須經(jīng)過處理。陸相頁巖氣井壓裂返排液的處理流程可分為三級,處理工藝更多,常常聯(lián)合使用。比如,物理處理工藝有重力分離法、離心力分離法、過濾分離法、自然風干填埋處理工藝、凍融處理工藝、蒸餾處理工藝、吸附處理工藝,等等;化學處理工藝有絮凝沉淀法、電絮凝法、氧化還原法、Fenton試劑法、中和法、微電解法,等等;最后,還有微生物處理工藝。

    關鍵詞:頁巖氣;壓裂液;返排液;處理工藝

    隨著石油、煤炭等傳統(tǒng)化石能源儲量逐年減少,頁巖氣的開發(fā)受到了廣泛關注。然而,頁巖氣的開發(fā)過程中有很多環(huán)境問題,其中之一就是對水資源的污染與耗費。比如,壓裂返排液就是頁巖氣開發(fā)中產(chǎn)生的一種污水。為了頁巖氣的長遠開采,必須妥善處理壓裂返排液。

    1 陸相頁巖氣井壓裂返排液的簡介

    1.1 處理陸相頁巖氣井壓裂返排液的必要性

    目前,我國開發(fā)頁巖氣的主要技術手段為水力壓裂技術,即向頁巖層注入水、砂、減阻劑等物質。使用這種技術,會大量消耗水資源,而且產(chǎn)生很多返排液,這就是陸相頁巖氣井壓裂返排液的來源。我國的頁巖氣田多位于西北地區(qū),當?shù)厮Y源緊缺,所以陸相頁巖氣井壓裂返排液一般需要重復利用。但是,陸相頁巖氣井壓裂返排液成分復雜,并不符合二次壓裂用的標準,也不能直接外排[1]。因此,必須處理陸相頁巖氣井壓裂返排液。

    1.2 陸相頁巖氣井壓裂返排液的典型成分

    雖然不同地區(qū)的陸相頁巖氣井壓裂返排液成分都有所差別,但總體而言,陸相頁巖氣井壓裂返排液懸浮物多、粘度大,含硫酸鹽、氯根、碳酸氫鹽、多種金屬離子、細菌、溶解固體、有機物,與我國的污水排放標準相去甚遠。

    2 陸相頁巖氣井壓裂返排液處理工藝

    2.1 陸相頁巖氣井壓裂返排液的三級處理流程

    根據(jù)各地陸相頁巖氣井壓裂返排液成分的不同,以及處理的目的之不同,陸相頁巖氣井壓裂返排液的處理流程可分為如下三級[2]。各級處理中,又有相應的處理工藝。各種處理工藝常常聯(lián)合使用。

    2.2 處理返排液的物理工藝

    這一類處理工藝主要分離返排液中的懸浮物,利用的手段主要有過濾、重力、離心力。比如說,重力分離法利用了油水比重的不同,可以使二者分離沉降,這種處理工藝的效果與處理時間正相關。離心分離法也利用了油與水的質量不同,導致水受到較大的離心力,而油受到較小的離心力,從而甩出水而分離。膜過濾分離法則利用的是膜的選擇透過性,包括正滲透、反滲透兩種工藝技術。這種分離工藝不會產(chǎn)生二次污染,但是需要一些預處理。此外還有自然風干填埋工藝、利用溶解度隨溫度降低而降低的原理的凍融處理工藝。蒸餾處理工藝也可以去除返排液中溶解的鹽,而且隨著技術的進步,成本逐漸降低了。蒸發(fā)處理工藝還可以與膜過濾法相結合,能夠高效地去除返排液中的不揮發(fā)的大分子、無機鹽。其他返排液處理工藝都用過之后,還可以再用吸附法去除未氧化的有機物。這種方法的缺點是,吸附劑(優(yōu)質活性炭)的成本較高。

    2.3 處理返排液的化學工藝

    這一類處理工藝利用化學物質之間的反應,使返排液中的有機物、成垢金屬物質分離、沉淀,從而降低返排液的化學需氧量。這一類處理工藝有絮凝沉淀法、氧化還原法、中和法、微電解法,等等。其中,絮凝沉淀法最為常用,因為它處理量大而投資低,能夠有效地降低返排液的化學需氧量。這種處理工藝就是向返排液加入絮凝劑,使懸浮物質沉降,從而分離固體和液體。

    氧化還原法則是向返排液中加入氧化劑,降解有機物,從而降低返排液的化學需氧量。這種處理工藝常用的氧化劑有高錳酸鉀、次氯酸鹽、二氧化氯,等等,但這些氧化劑常常會造成二次污染。此外,還有一種氧化法不用這些氧化劑,而是利用Fenton試劑,來與有機物加成反應,生成二氧化碳、水、無機鹽。這種氧化法將有機物分解得更徹底,而且不會產(chǎn)生二次污染。

    中和法是向返排液中加入堿性物質,來中和返排液的酸性,減少管道、設備受到的腐蝕,并去除懸浮物。微電解法法通常與氧化還原法聯(lián)合使用,才能使返排液處理達標,這種處理工藝利用的是金屬電極的反應腐蝕原理,操作簡單、適用范圍較廣、成本較低。

    2.4 處理返排液的生物工藝

    生物處理工藝利用了微生物群分解有機物的能力,將返排液中的有機物分解、轉化為穩(wěn)定的無機物。這種處理工藝能夠去除返排液中溶解的膠體有機物,但是處理效率較低。

    3 結語

    全球范圍內,頁巖氣井都越來越多,開發(fā)中產(chǎn)生的壓裂返排液這種污水也越來越不可忽視。只有根據(jù)當?shù)貕毫逊蹬乓旱乃|特點,采取合格的壓裂返排液處理工藝,才能避免污染、破壞環(huán)境。

    參考文獻:

    [1]李佳.頁巖氣田污水處理研究[D].大慶:東北石油大學,2015.

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