屈海清

（川慶鉆探長慶井下技術(shù)作業(yè)公司，陜西 西安 710018）

頁巖氣需要采用大規(guī)模的體積壓裂才能獲得工業(yè)氣流，從而能夠加工成為可利用能源。對體積壓裂來說，壓裂返排液的產(chǎn)生與壓裂液量成正比，在實際生產(chǎn)過程中，會大量使用壓裂液，所以會大量產(chǎn)生壓裂返排液[1]。返排液中具有很多污染物質(zhì)，然而對于返排液的無害處理成本較高，而且現(xiàn)在法律對返排液做出了明確的規(guī)定和要求，這樣一來也大大提高了生產(chǎn)成本。對于返排液的儲存過程中，返排液很容易發(fā)黑發(fā)臭，對周圍的環(huán)境造成影響，尤其是多次利用的返排液，更加危害周圍環(huán)境[2]。

1 頁巖氣壓裂返排液處理現(xiàn)狀

現(xiàn)在頁巖氣已經(jīng)成為油氣資源領(lǐng)域重要組成部分。頁巖氣的壓裂技術(shù)主要由氮氣泡沫壓裂技術(shù)、水力壓裂技術(shù)、重復(fù)壓裂技術(shù)、水平井分段壓裂技術(shù)、裂縫綜合檢測技術(shù)等構(gòu)成。在我國頁巖氣的發(fā)展過程中，水力壓裂發(fā)揮了重要作用，水力壓裂適用于我國很多地方地形地貌的頁巖氣的開發(fā)。頁巖氣的開發(fā)對水的要求特別嚴(yán)苛，開發(fā)過程中用水量也特別多。我國對頁巖氣壓裂返排液的處理大多使用焚燒、自然風(fēng)干和化學(xué)法處理。焚燒法是利用泄出的頁巖氣作為燃料對壓裂返排液進(jìn)行焚燒從而讓污染物轉(zhuǎn)化為有機(jī)物質(zhì)得到降解，但對于能源的損耗巨大，而且過程中也會產(chǎn)生大量的污染氣體。自然風(fēng)干法在風(fēng)干過程中也會產(chǎn)生污染物，并且會隨著風(fēng)進(jìn)行擴(kuò)散?；瘜W(xué)法就是對化學(xué)氧化，物理過濾分離去除返排液中的雜質(zhì)和懸浮物，但是在進(jìn)行化學(xué)方法后，在后續(xù)還需要一系列的水質(zhì)處理，讓處理過后的返排液達(dá)到排放要求。我國現(xiàn)在返排液的處理方法還沒有成型的解決方法。

2 影響頁巖氣壓裂返排液循環(huán)利用的因素

2.1 返排液的主要成分

對返排液的分析，首先要從返排液的成分作為切入點，對返排液的成分進(jìn)行分析，從而能更好的得出影響因素。從頁巖氣壓裂返排液的成分報表中可以清楚的看出，返排液的金屬礦化程度屬于中等程度，但返排液中含有一定量的成垢因子和一些懸浮物雜質(zhì)。而且在返排液中也發(fā)現(xiàn)了大量細(xì)菌的存在，細(xì)菌對返排液的儲存具有一定的影響。通過進(jìn)一步的具體對比研究發(fā)現(xiàn)，返排液經(jīng)過反復(fù)利用和返排時間的增長，并且返排液也不斷與其他壓裂液體進(jìn)行混合交叉使用，返排液的水質(zhì)變化較前一次變化較大。返排液的變化主要體現(xiàn)在細(xì)菌含量的升高，以及高價金屬離子的濃度提升，返排液顏色不斷變黑，氣味不斷變臭。

2.2 對影響返排液回用因素的具體分析

通過初步的研究，對返排液的影響因素包括金屬高價離子、各種細(xì)菌的影響以及懸浮物的影響。

在返排液中含有二價鈣、二價鎂、二價鐵和三價鐵等高價金屬離子，這些高價金屬分子具有很高的氧化性，能夠讓返排液中的高分子降阻劑分子進(jìn)行卷曲或者形成化合物沉淀。這樣一來，就對降阻劑中的有效成分進(jìn)行稀釋或與有效成分反應(yīng)，很容易造成結(jié)成污垢問題。

在壓裂返排液中存在著很多的有機(jī)物質(zhì)，很容易造成細(xì)菌的滋生。在細(xì)菌群中，有一種SRB的細(xì)菌，這種細(xì)菌很容易產(chǎn)生氫化硫以及二價鐵離子，氫化硫是一種極不穩(wěn)定的化學(xué)物質(zhì)，極易與二價鐵離子進(jìn)行反應(yīng)，生成硫化鐵，而硫化鐵就是促使返排液發(fā)黑發(fā)臭的物質(zhì)。而且還有一種IB 的細(xì)菌，能夠從二價鐵離子氧化過程中獲取能量，形成氫氧化鐵沉淀物質(zhì)，從而很大程度的降低了頁巖氣儲存層裂縫的導(dǎo)流能力。TGB 細(xì)菌也能通過在有機(jī)物中得到能量，經(jīng)過代謝產(chǎn)生出堵塞滲流通道的物質(zhì)。

返排液中的懸浮物在壓裂返排液回用過程中，懸浮物不能直接的滲入到基質(zhì)中，并且懸浮物會進(jìn)入壓裂形成的微細(xì)裂縫中，將細(xì)微裂縫進(jìn)行堵塞，對微細(xì)裂縫的導(dǎo)流能力造成影響。與此同時，懸浮物容易與高分子降阻劑進(jìn)行凝結(jié)成為一種絮狀物質(zhì)，這些絮狀物質(zhì)能夠降低降阻劑的有效物質(zhì)的濃度，絮狀物的產(chǎn)生也會對頁巖儲存層的內(nèi)壁造成損傷。

3 頁巖氣壓裂返排液回用的處理

3.1 對細(xì)菌的處理

對于壓裂返排液的殺菌方法，主要采用紫外線殺菌和殺菌劑滅菌的兩種方法，鑒于殺菌劑對細(xì)菌具有一定的抑菌作用所以在實際應(yīng)用中大多使用抑菌劑對返排液細(xì)菌進(jìn)行處理。但是對于紫外線和殺菌劑這兩種方法，兩者都有著挺好的殺菌效果。

3.2 對懸浮物的處理

對返排液中懸浮物的處理，通常采用絮凝沉降和過濾兩種方法。絮凝沉降包括化學(xué)絮凝和電絮凝兩種方法，化學(xué)絮凝是通過向返排液中添加一些化學(xué)物，讓化學(xué)物質(zhì)與懸浮物發(fā)生反應(yīng)形成顆?；蛘咝鯛钗铮谶M(jìn)行絮狀物的沉淀從而能更好的去除懸浮物，電絮凝與化學(xué)絮凝的本質(zhì)一樣，也是對懸浮物進(jìn)行吸附凝結(jié)。在實際應(yīng)用中要將絮凝沉降與過濾同時進(jìn)行。由于懸浮物進(jìn)行絮凝沉降之后，需要很長一段時間才能將絮體沉降下來，但在施工現(xiàn)場中，對于絮凝沉降的等待大大降低了工作效率。綜合考慮由于絮凝物與懸浮物相比要大很多，在過濾的時候也不會將濾芯堵塞，所以在實際應(yīng)用中，正好將絮凝沉降與過濾相結(jié)合，這樣能夠大大提高工作效率，更加徹底的清除懸浮物。

3.3 對高價金屬離子的處理

對于返排液中的高價金屬離子的處理，一般采用化學(xué)沉淀法，就是將一些陰離子與高價金屬離子進(jìn)行結(jié)合，形成沉淀物質(zhì)從而進(jìn)行去除。在實際的應(yīng)用中，一般采用氫氧離子和碳酸離子進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)沉淀，主要是因為這兩種物質(zhì)對水體的污染小，一般形成白色的沉淀，能夠很好地處理。如果使用硫酸離子，會將很多金屬離子溶入水中，并且對于水體的破壞也是巨大的。在對高價鐵離子的處理中，由于氫氧離子和碳酸離子很難與高價鐵離子進(jìn)行反應(yīng)，在實際反應(yīng)過程中可以加入催化劑或者酶化物質(zhì)來加速反應(yīng)。

4 頁巖氣壓裂返排液回用處理裝置的應(yīng)用

為了提高頁巖氣壓裂返排液回用處理方法，并且可以更好的運輸和使用，可以將頁巖氣壓裂返排液處理方法單元化，將對返排液的處理設(shè)備撬裝化創(chuàng)造出頁巖氣壓裂返排液回用處理裝置。而且并可以每個地區(qū)的實際情況和當(dāng)?shù)氐乃|(zhì)情況將設(shè)備單元模塊進(jìn)行重新組合，來滿足更多的不同地區(qū)施工要求。在頁巖氣壓裂返排液處理裝置中，首先是將壓裂返排液注入污水池，在污水池中對返排液做初步處理，調(diào)節(jié)水質(zhì)平衡、調(diào)節(jié)處理液量。之后是對返排液進(jìn)行殺菌處理，在返排液中加入殺菌劑進(jìn)行滅菌并且抑制新的細(xì)菌滋生。在處理完細(xì)菌之后就是將返排液泵入反應(yīng)罐中對返排液進(jìn)行高價金屬離子的沉降，在反應(yīng)罐中加入化學(xué)沉淀處理劑，讓高價金屬離子進(jìn)行充分反應(yīng)，降低返排液中高價金屬離子的濃度。最后就是對返排液進(jìn)行懸浮物的處理，對懸浮物的處理就是對返排液的進(jìn)行絮狀沉降之后將凝結(jié)成絮狀體的懸浮物雜質(zhì)進(jìn)行過濾，將剩下的清水過濾到儲水罐中等待著回用[3]。

4 結(jié)語

在頁巖氣的壓裂返排液中含有大量的有害物質(zhì)，而且在不同地區(qū)水質(zhì)差異也十分的大，在實際應(yīng)用中，要從影響頁巖氣壓裂返排液回用的因素下手，對影響因素進(jìn)行分布單元化處理。我國在頁巖氣的開發(fā)還處于起步階段，我國需要不斷地學(xué)習(xí)和引進(jìn)發(fā)展新的技術(shù)來擴(kuò)大頁巖氣開發(fā)規(guī)模。我國頁巖氣壓裂返排液的處理技術(shù)也要不斷的創(chuàng)新和發(fā)展，加強(qiáng)國內(nèi)外交流，結(jié)合我國實際情況，對我國頁巖氣資源進(jìn)行合理的開發(fā)和利用，做到可持續(xù)循環(huán)發(fā)展。