压裂返排液取水应用技术

王玉麟

中国石油辽河油田公司高升采油厂采油作业一区

压裂返排液取水应用技术

王玉麟

中国石油辽河油田公司高升采油厂采油作业一区

为了解决非常规储层压裂改造过程中水资源的大量消耗以及日益增多的废液污染问题，研究了压裂返排液经过化学处理后用于重新配制压裂液的新方法。

返排液；压裂酸化；处理技术

1 压裂返排液的基本概述

1.1 压裂返排液的性质

压裂返排液的成分非常复杂，所包含的化学药剂分量大、种类多，主要有高分子聚合物、高浓度瓜胶、硫化物及 SRB 菌等，硫含量总计大约在 20mg/L，同时氯离子和以铁为主的相关重金属离子的含量也很高。压裂返排液的乳化度比较高，黏度很大，静沉出水更加困难。在常规含油污水的处理过程中悬浮物往往是最难达到标准的项目，非常规压裂返排液一般是灰黑色的，散发着明显的瓜胶变质和焦糊味，搅拌它则会有大量的泡沫产生。总之，压裂返排液成分的复杂性以及性质的独特性都使得对其进行处理的难度加大。

1.2 压裂返排液的特点与危害

由于压裂返排液中含有许多化学添加剂，而且它在返排过程中还会把地层里的一些细菌、有机及无机化学物、放射性元素、重金属等携带出来，因而具有成分复杂、黏度大、污染种类多样、矿化度高、浓度高、稳定性高、COD 高等特点。一旦压裂返排液未经处理就排放出去会严重危害周边的环境，使得地表水系被污染、土壤板结、土壤盐碱化等，引发一系列严重的生态环境问题。

1.3 压裂返排液的主要处理方法

近些年，国内外很多专家学者都对压裂返排液进行了大量的研究，当前常用的压裂返排液处理方法主要有化学法、物理法、物理化学法、生物法这四种。

(1)化学法。化学法是把一定数量的某些化学药剂加入到返排液里，使其发生相关化学反应，进而在药剂的作用下使返排液当中的有机污染物发生沉淀或者分解，最终使返排液的 COD 值得以降低。较为常见的化学法有沉降法、絮凝法、中和法、微电解法及氧化还原法等。

(2)物理法。压裂返排液中的悬浮污染物通常都是通过物理法进行处理的，常见的处理方法有过滤法、离心分离法、重力分离法等。过滤法指的是通过协同作用、截留吸附作用、粗粒化作用来处理机械杂质 ；离心分离法是利用液体与固体颗粒在高速旋转的过程中形成的离心力场，根据它们所受的离心力的不同来完成固液分离 ；重力分离法是根据油水的比重差来实现重力分离的。

(3)物理化学法。物理化学法主要分为吸附法和气浮法。吸附法指的是借助膨胀石墨或活性炭等固体吸附剂来处理废水当中的一些污染物，不仅可以完成回注标准，还满足了经济性的要求。气浮法通过空气把细小的气泡注入水中，油粒依附在气泡上，密度小于水便会上浮，直至浮于水面，分离出去。为了使浮选的效率更高，可以多加入浮选剂，因为浮选剂既可以破乳，实现油水分离，还能够产生起泡的效果。

(4)生物法。所谓生物法就是指提供对微生物生长、繁殖有利的条件和环境，促进微生物的生长，借助微生物的新陈代谢对有机物进行氧化分解并且把它转化为较为稳定的无机物。因为微生物的来源广泛、容易实现变异、繁殖速度快、环境适应能力强，对不同废水处理环境都能适应。其中菌种经过一定标准的筛选、培养能够应用于大部分有机物质，然而生物法下优势菌种目前仍较难寻找，处理效率方面仍需进一步提升。

2 返排液处理技术在压裂酸化中的应用

2.1 生物化学技术

压裂酸化当中返排液的生物处理就是通过微生物的新陈代谢作用将返排液当中的胶体、溶解状态下的有机污染物加以分解形成较为稳定且无害的物质，最终实现净化水质的目的。同时还有一部分有机物会被微生物吸收利用形成细胞质，微生物自身细胞质比较大且易凝聚在一起，所以，利用物理的凝聚作用很容易把它和废水当中的无机氧化物、有机物一并清除掉，也就是利用上浮或下沉作用实现对它的分离。采用生物法处理压裂返排液一般分为对废水进行预处理、培养微生物这两个步骤。生物化学技术处理的压裂返排液往往针对性比较强，也就是能够按照实际的水质状况选择合适的微生物，因而具有工艺简单、管理便捷、可行性强、投资少等优势明显，但也存在着优势菌种选择困难、耗时长等不足。

2.2 沉降技术

压裂酸化过程中利用沉降技术处理返排液就是通过助凝剂与絮凝剂将其内部存在的一些悬浮微粒、杂质等进行絮凝沉降分离，最终实现固液分离。沉降技术是水处理的一项主要技术。但是压裂酸化作业过程中所使用的压裂液含有许多高分子聚合物，增大返排液的乳度，一定程度上阻碍了絮凝剂的扩散，也削弱了凝结沉降的效果。在实际应用过程中，为了节约成本、提升处理效果，经常会将氧化技术和凝絮剂相结合，以便更好的实现处理返排液的目标。

2.3 氧化技术

氧化技术是当前采用的一种比较高级的氧化措施，这一技术产生于 20 世纪末，是针对性处理难以降解的有机物的技术，它是利用不同途径形成活性比较强的轻基自由基，这些自由基能够不加选择的氧化分解废水当中的难以降解的有机物，使其成为低毒害或者无毒害的小分子物质，甚至让它成为水、二氧化碳、小分子清酸，最终实现无害排放的理想效果。

2.4 微电解技术

这一技术是根据金属腐蚀的基本作用，在返排液当中形成一个铁碳原电池，进而通过氧化还原反应使污染杂质得以有效降解。因为微电解技术采用的主要原料是废铁，所以它实质上属于一种废物再利用，而且也比较简单易操作，因而这一技术在处理较难降解的返排液中取得了一定的成果。在微电解技术当中，电机发生反应形成的产物是具有高化学性质的物质，其中二价铁与原子态的氢可以和返排水当中的多种化学组分发生氧化、还原反应，从而将大分子分解，使较难降解的物质变成较容易降解的物质。而新生成的二价铁和三价铁又可以作为良好的絮凝剂，吸附水中的污染物，降低表面能，最终形成体积较大的絮凝体，进而沉淀排除。

3 结束语

在实际应用时，微电解技术能够有效的脱除返排液里的 COD，处理后 COD 的指标会低于 150 mg/L，并且不会产生二次污染。另外，这一技术易操作、效果较好且投资少，每立方米废水的处理成本能够控制在一元钱左右。

[1] 严志虎，戴彩丽，赵明伟，冯海顺，李明. 压裂返排液处理技术研究与应用进展 [J]. 油田化学，2015，03：444～448.