陸相頁巖氣井壓裂返排液處理工藝探究

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.