頁巖氣壓裂返排液無害化處理

頁巖氣開發(fā)水平井大型壓裂作業(yè)淡水消耗量大，返排液含有多種地層礦物離子、殘余添加劑和懸浮物，如何對其進行無害化處理，是一道環(huán)保技術難題。

2013年，中原石油工程公司鉆井工程技術研究院副總師、環(huán)境保護研究所所長何煥杰帶領科研人員，以廢水再利用為目標，圍繞嚴格控制引入外來干擾離子，保留有效成分、去除有害成分等課題進行攻關。經(jīng)過兩年多的努力，他們自主研發(fā)的頁巖氣壓裂返排液復合混凝-過濾-吸附凈化處理及配液工藝，不僅節(jié)約了淡水資源，而且消除了壓裂施工對周邊生態(tài)環(huán)境的不利影響，實現(xiàn)了頁巖氣綠色環(huán)保及安全高效開發(fā)。

打響攻關戰(zhàn)役，壓裂返排液需進行無害化環(huán)保處理

頁巖氣開發(fā)，特別是致密頁巖氣，一般采用多級分段、高排量和超大液量的壓裂模式。僅一口井壓裂就需要2萬～4萬立方米壓裂液，壓裂后產(chǎn)生含有石油、重金屬離子、有機物等成分的壓裂返排液，是一種難以處理的油氣田工業(yè)有機廢水。

“可別小看這類返排液，如果得不到妥善處理，就會污染土壤及水源。”何煥杰說。

何煥杰與科研人員采集了4口頁巖氣井的6個壓裂返排液水樣，參照國家標準對水質(zhì)指標進行了分析。

結果發(fā)現(xiàn)，壓裂返排液中主要污染物是懸浮物、石油類、有機物、重金屬離子和礦物質(zhì)（包括堿金屬、堿土金屬和過渡金屬離子、硼酸根等）。

出于環(huán)境保護和重復利用方面的考慮，頁巖氣壓裂返排液必須進行無害化環(huán)保處理。只有達到相關回用標準，才能重復再利用。

于是，一場針對頁巖氣壓裂返排液的技術攻關戰(zhàn)役打響。

兩年攻關，形成系列技術成果

丁頁2-HF井產(chǎn)生的壓裂返排液經(jīng)過4種不同工藝處理，復合混凝-過濾-吸附聯(lián)合凈化處理工藝效果最好。

這一發(fā)現(xiàn)，讓何煥杰與科研人員興奮不已。

他們又進一步考察了不同工藝處理的凈化液與壓裂液添加劑的配伍性，將其重新用于壓裂液黏度穩(wěn)定性的配制中。實驗表明，壓裂返排液經(jīng)復合混凝-過濾-吸附工藝處理后，既可配制減阻水，又可配制膠液壓裂液。

找到攻關方向就有了目標。何煥杰與科研人員開始對復合混凝處理工藝進行研究。他們通過對15種單一混凝劑和復合型混凝劑對壓裂返排液中石油類、懸浮物、總鐵和硼等污染物的分離效果進行系統(tǒng)研究，優(yōu)選出其中一種復合混凝劑YN。

隨后，他們對涪頁1-HF井、元頁1-HF井等4口井的壓裂返排液進行處理。復合混凝工藝處理壓裂返排液的適應性較強，處理的凈化液水質(zhì)指標符合配制減阻水壓裂液體系的用水水質(zhì)指標要求。

壓裂返排液經(jīng)復合混凝工藝預處理后，除硼外水質(zhì)情況均能滿足配制減阻水壓裂液的水質(zhì)要求。于是，科研人員又開始對微量硼的深度分離工藝進行研究。

最終形成壓裂返排液再利用凈化工藝、復合混凝處理工藝、壓裂返排液吸附深度處理工藝等技術。

自主研制專用裝置，實現(xiàn)壓裂返排液循環(huán)利用

焦頁4號平臺返排液經(jīng)橇裝式裝置現(xiàn)場處理后，被裝進罐車，運至焦頁5號平臺壓裂液廢液池，處理后重新用于配制壓裂液，對焦頁5-1HF井第8段進行壓裂作業(yè)。

為了使研究成果發(fā)揮到極致，他們自主研制了專用裝置。該裝置不僅能讓壓裂全過程中的壓裂液不落地，而且能對壓裂返排液進行環(huán)保處理和循環(huán)利用。

這套專用裝置有復合混凝、板框分離、過濾和吸附4個模塊單元，可根據(jù)需求靈活進行不同模塊的組合，形成頁巖氣壓裂返排液凈化處理成套裝置。

其中，用于配制減阻水壓裂液的快速凈化裝置由復合混凝、固液分離和過濾3個單元設備組成，該套裝置處理能力為20～25立方米/小時。

用于配制膠液類壓裂液的凈化裝置，由復合混凝、固液分離、過濾和吸附等4個單元設備組成，裝置處理能力20～25立方米/小時。

“經(jīng)過處理的壓裂返排液完全符合配制壓裂液的行業(yè)技術要求，可以配制滑溜水、線性膠等不同壓裂液。”何煥杰介紹說，“相比將壓裂返排液處理后達標排放，這項技術不僅減少了處理返排液的投入，而且實現(xiàn)了返排液的循環(huán)利用。”

該裝置先后在涪陵頁巖氣示范區(qū)12個平臺40余口井上進行了推廣應用，處理返排液4萬余立方米，循環(huán)利用率超過95%，不僅節(jié)約了淡水資源，而且消除了壓裂施工對周邊生態(tài)環(huán)境的影響，實現(xiàn)了頁巖氣綠色環(huán)保及安全高效開發(fā)。