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(yīng)用技術(shù)

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(chǔ)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(xué)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(shù)

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(fù)雜，所包含的化學(xué)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(jì)大約在 20mg/L，同時(shí)氯離子和以鐵為主的相關(guān)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(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的項(xiàng)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(huì)有大量的泡沫產(chǎn)生?？傊瑝毫逊蹬乓撼煞值膹?fù)雜性以及性質(zhì)的獨(dú)特性都使得對(duì)其進(jìn)行處理的難度加大。

1.2 壓裂返排液的特點(diǎn)與危害

由于壓裂返排液中含有許多化學(xué)添加劑，而且它在返排過程中還會(huì)把地層里的一些細(xì)菌、有機(jī)及無機(jī)化學(xué)物、放射性元素、重金屬等攜帶出來，因而具有成分復(fù)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(diǎn)。一旦壓裂返排液未經(jīng)處理就排放出去會(huì)嚴(yán)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(yán)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(xué)者都對(duì)壓裂返排液進(jìn)行了大量的研究，當(dāng)前常用的壓裂返排液處理方法主要有化學(xué)法、物理法、物理化學(xué)法、生物法這四種。

(1)化學(xué)法?；瘜W(xué)法是把一定數(shù)量的某些化學(xué)藥劑加入到返排液里，使其發(fā)生相關(guān)化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而在藥劑的作用下使返排液當(dāng)中的有機(jī)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(xué)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(jìn)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?；饔脕硖幚頇C(jī)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(chǎng)，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(shí)現(xiàn)重力分離的。

(3)物理化學(xué)法。物理化學(xué)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(dāng)中的一些污染物，不僅可以完成回注標(biāo)準(zhǔn)，還滿足了經(jīng)濟(jì)性的要求。氣浮法通過空氣把細(xì)小的氣泡注入水中，油粒依附在氣泡上，密度小于水便會(huì)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?yàn)楦∵x劑既可以破乳，實(shí)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(duì)微生物生長、繁殖有利的條件和環(huán)境，促進(jìn)微生物的生長，借助微生物的新陳代謝對(duì)有機(jī)物進(jìn)行氧化分解并且把它轉(zhuǎn)化為較為穩(wěn)定的無機(jī)物。因?yàn)槲⑸锏膩碓磸V泛、容易實(shí)現(xiàn)變異、繁殖速度快、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，對(duì)不同廢水處理環(huán)境都能適應(yīng)。其中菌種經(jīng)過一定標(biāo)準(zhǔn)的篩選、培養(yǎng)能夠應(yīng)用于大部分有機(jī)物質(zhì)，然而生物法下優(yōu)勢(shì)菌種目前仍較難尋找，處理效率方面仍需進(jìn)一步提升。

2 返排液處理技術(shù)在壓裂酸化中的應(yīng)用

2.1 生物化學(xué)技術(shù)

壓裂酸化當(dāng)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(dāng)中的膠體、溶解狀態(tài)下的有機(jī)污染物加以分解形成較為穩(wěn)定且無害的物質(zhì)，最終實(shí)現(xiàn)凈化水質(zhì)的目的。同時(shí)還有一部分有機(jī)物會(huì)被微生物吸收利用形成細(xì)胞質(zhì)，微生物自身細(xì)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(dāng)中的無機(jī)氧化物、有機(jī)物一并清除掉，也就是利用上浮或下沉作用實(shí)現(xiàn)對(duì)它的分離。采用生物法處理壓裂返排液一般分為對(duì)廢水進(jìn)行預(yù)處理、培養(yǎng)微生物這兩個(gè)步驟。生物化學(xué)技術(shù)處理的壓裂返排液往往針對(duì)性比較強(qiáng)，也就是能夠按照實(shí)際的水質(zhì)狀況選擇合適的微生物，因而具有工藝簡(jiǎn)單、管理便捷、可行性強(qiáng)、投資少等優(yōu)勢(shì)明顯，但也存在著優(yōu)勢(shì)菌種選擇困難、耗時(shí)長等不足。

2.2 沉降技術(shù)

壓裂酸化過程中利用沉降技術(shù)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(jìn)行絮凝沉降分離，最終實(shí)現(xiàn)固液分離。沉降技術(shù)是水處理的一項(xiàng)主要技術(shù)。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(kuò)散，也削弱了凝結(jié)沉降的效果。在實(shí)際應(yīng)用過程中，為了節(jié)約成本、提升處理效果，經(jīng)常會(huì)將氧化技術(shù)和凝絮劑相結(jié)合，以便更好的實(shí)現(xiàn)處理返排液的目標(biāo)。

2.3 氧化技術(shù)

氧化技術(shù)是當(dāng)前采用的一種比較高級(jí)的氧化措施，這一技術(shù)產(chǎn)生于 20 世紀(jì)末，是針對(duì)性處理難以降解的有機(jī)物的技術(shù)，它是利用不同途徑形成活性比較強(qiáng)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(dāng)中的難以降解的有機(jī)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(shí)現(xiàn)無害排放的理想效果。

2.4 微電解技術(shù)

這一技術(shù)是根據(jù)金屬腐蝕的基本作用，在返排液當(dāng)中形成一個(gè)鐵碳原電池，進(jìn)而通過氧化還原反應(yīng)使污染雜質(zhì)得以有效降解。因?yàn)槲㈦娊饧夹g(shù)采用的主要原料是廢鐵，所以它實(shí)質(zhì)上屬于一種廢物再利用，而且也比較簡(jiǎn)單易操作，因而這一技術(shù)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(shù)當(dāng)中，電機(jī)發(fā)生反應(yīng)形成的產(chǎn)物是具有高化學(xué)性質(zhì)的物質(zhì)，其中二價(jià)鐵與原子態(tài)的氫可以和返排水當(dāng)中的多種化學(xué)組分發(fā)生氧化、還原反應(yīng)，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(jià)鐵和三價(jià)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(jìn)而沉淀排除。

3 結(jié)束語

在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，微電解技術(shù)能夠有效的脫除返排液里的 COD，處理后 COD 的指標(biāo)會(huì)低于 150 mg/L，并且不會(huì)產(chǎn)生二次污染。另外，這一技術(shù)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(yán)志虎，戴彩麗，趙明偉，馮海順，李明. 壓裂返排液處理技術(shù)研究與應(yīng)用進(jìn)展 [J]. 油田化學(xué)，2015，03：444～448.