长庆油田压裂废水回收再利用方式探讨＊

蒋继辉 冀忠伦 任小荣 张海玲

（1.中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室）

长庆油田压裂废水回收再利用方式探讨＊

蒋继辉1，2冀忠伦1，2任小荣1，2张海玲1，2

（1.中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室）

针对长庆油田压裂作业用水量大与废水产生量大产生的环保压力与水量消耗量大的问题，通过对废水特征的分析以及对油田生产现状的调研，以回收再利用为目标，提出废水处理后作为油田回注用水、配制压裂液用水和配制聚合物溶液用水的再利用方式，分别分析了三种方式的用水要求，简要介绍了相应的处理方法，对油田废水处理与再利用研究有一定的借鉴作用。

压裂废水；处理；再利用；回注；压裂液用水；聚合物溶液用水

0 引 言

近年来，随着长庆油田水平井体积压裂开发力度的不断加大，压裂作业用水量大与压裂废液产生量大且无法外排这一矛盾进一步凸显。压裂废水中含有成分复杂且性能稳定的污染物，一旦进入生态循环就会污染土壤和水资源。因此，如何有效处置这些压裂废水就成了油田在勘探开发过程中亟待解决的问题，若能将压裂废水加以处理后用于油田生产作业，对于减少废水总量和降低作业成本都具有重要意义。

1 油田压裂废水特点及再利用现状

长庆油田压裂废水污染物成分复杂，其中，悬浮物含量为183.4～303.8 mg／L、石油类17.8～29.7 mg／L，COD为3 946.3～6 832 mg／L，色度450～550，并且含有大量的无机离子Ca2＋、Mg2＋、K＋、Na＋、Cl－等，p H值5.1～7.2。

近年来，国外有学者研究压裂返排液经固液分离处理后可用作固井水泥浆用水，还有人提议将废水深度处理后用于灌溉、锅炉用水等［1］。由于以上应用对水质的要求较高，如用于锅炉用水除了需要大幅度降低COD外，还需控制其中的钙、镁离子含量，同时含盐较高的水在高温时的腐蚀性较大，因此需要进一步除盐［2］。农业灌溉用水对其中有害组分及无机盐含量有较高要求。陈明燕等人还提出可提取酸化压裂废液中的一种或几种高浓度的酸进行循环使用，如可用硫酸生产硫酸亚铁等产品［3］。另外，冀忠伦等人将油田压裂废水采用混凝、微滤膜过滤处理后用于回注地层［4］，在一定程度上解决了压裂废水难以有效处置的问题。

2 油田压裂废水处理后回注

注水开发是维持地层压力、提高原油采油率的有效手段。对于地处黄土塬区的长庆油田来说，由于油层渗透率极低，每年需要大量的水源进行注水开发。

如果油田压裂废水经处理后作为回注水不但可以有效缓解该区域干旱缺水的难题，而且可以减少安全环保隐患。

2.1 低渗透油田注水水质要求及指标

◆水质基本要求 ①水质稳定，与地层水相混不产生沉淀；②注入油层后不使黏土矿物产生水化膨胀或悬浊；③水中不能携带大量悬浮物，以防堵塞注水井渗滤端面及渗流孔道；④对注水设施腐蚀性小；⑤当采用两种水源进行混合注水时，应先进行室内实验，证实两种水的配伍性好，且对油层无伤害；⑥评价注入水水源、确定注入水水质应按SY／T 5329—2012《碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法》进行［4］。

◆推荐水质主要控制指标 SY／T 5329—2012《碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法》中，对于低渗透油层注入水的主要标准是：悬浮固体含量≤2 mg／L，悬浮物颗粒直径中值≤1.5μm，含油量≤6 mg／L，平均腐蚀率≤0.076 mm／a，SRB≤10个／m L，IB及TGB为n×102个／m L，溶解氧含量≤0.1 mg／L，硫化氢含量≤2.0 mg／L，侵蚀性二氧化碳含量为－1.0～1.0 mg／L。

2.2 处理方式

针对低渗透油藏注水水质要求，可在储层敏感性评价的基础上，对油田压裂废水采用混凝沉淀、精细过滤、杀菌防垢等水处理技术［5］。该处理方式主要用于常规胍胶体系压裂废水，适合在井场集中处理或在废水产生量大的区块建立集中处理站进行处理。

3 油田压裂废水处理后用于配制压裂液用水

目前，长庆油田产建井大多采用丛式井组或者水平井进行开发，不但需要大量的配液用水，而且产生大量的压裂废水。因此，若能将前一口井或前一层产生的废水加以处理后用于配制下一口井或下一段的压裂液，则可以有效解决废水产生量大与配液用水需求量大的矛盾。

3.1 配制压裂液用水要求

长期以来，用于配制压裂液的作业用水通常取自地表水，虽然有关于压裂液技术标准的SY／T 6376—2008《压裂液通用技术条件》作为作业技术指导，但标准中对于配制压裂液用水的水质并未给出明确指标。研究发现，废水的p H值、金属阳离子（钙、镁、铁等）、悬浮物、细菌、COD、颗粒粒径等是影响其配制压裂液的关键因素。因此，在废水回收再利用配制压裂液之前，必须对上述指标进行控制，即p H值为6.0～7.5，Ca2＋，Mg2＋总含量分别小于300 mg／L，150 mg／L，Fe3＋，Fe2＋总含量＜20 mg／L，Al3＋＜20 mg／L，悬浮物＜0.2%，细菌＜100个／m L。

3.2 处理方式

油田压裂废水处理后用于配制压裂液的关键是控制其中的高价金属离子含量，可采取的处理工艺为混凝沉淀、离子处理、精细过滤、杀菌防腐、其中离子处理可选择沉淀法或转化法。该处理方式适用于常规胍胶体系压裂废水，对于酸化压裂废水或高黏度压裂废水还应增加相应的中和及降黏等预处理步骤。

4 油田压裂废水处理后用于配制聚合物用水

聚合物驱油是一种三次采油新技术，在我国东部油田尤其是大庆油田已进入工业化应用阶段。随着长庆油田原油采出程度的不断提高，难动用储量将成为后期开发的主要目标，近年来长庆油田在聚合物驱油方面进行了大量的先导性试验。同注水开发一样，配制聚合物溶液需要大量的水，因此将压裂废水处理后做为配制聚合物用水，具有很好的发展前景。

4.1 配制聚合物溶液用水要求

聚合物溶液黏度与水的矿化度有关，矿化度越高，溶液黏度越小。大庆油田确定使用的聚合物溶液黏度大于或等于40 mPa·s，对配制聚合物溶液用水制定了严格标准，其中对矿化度提出了专门的要求，具体指标为：Ca2＋与Mg2＋浓度之和为20～40 mg／L时，矿化度＜800 mg／L；Ca2＋与Mg2＋浓度之和≤20 mg／L时，矿化度＜1 000 mg／L。

长庆油田用矿化度为2 000 mg／L的地层水配制的聚合物溶液表观黏度为29.61 mPa·s，可以满足使用要求，然而对于配液用水尚无统一标准。

4.2 处理方式

解决压裂废水配制聚合物溶液的关键问题是降低废水的矿化度，其处理工艺有蒸发、结晶、膜蒸馏，电渗析、反渗透和离子交换等。例如大庆油田采用的工艺流程为：来水→一次沉降→二次混凝沉降→一次过滤→二次压力过滤→电渗析［6］，处理后的水配制聚合物溶液黏度优于清水，完全可以代替清水配制聚合物溶液用于聚合物驱油。

5 结束语

长庆油田压裂废水的再利用方式主要有处理后回注、作为配制压裂液用水及配制聚合物用水等，针对每一种再利用方式均需采取合理的处理方式以达到再利用的目的。

［1］ 李维东.油田采出水的资源化方向［J］.新疆地质，2002，20（2）：175.

［2］ 杜春安，宋永亭，袁长忠，等.稠油热采污水回用锅炉给水处理工艺研究［J］.环境工程，2009，27（6）：16-21.

［3］ 陈明燕，吴冕，刘宇程.酸化和压裂废液处理技术研究进展［J］.环境科学与技术，2010，33（6）：166-169.

［4］ 冀忠伦，马玉峰，任小荣，等.油田压裂废液处理及回注实验［J］.油气田环境保护，2012，22（5）：52-54.

［5］ 张艳.低渗透油田注水水质评价处理技术［J］.石油钻探技术，2002，30（3）：52-54.

［6］ 荆国林，于水利，韩强，等.聚合物驱采油废水回用技术研究［J］.给水排水，2005，31（3）：60-63.

1005-3158（2014）05-0035-02

2014-03-26）

（编辑 王薇）

10.3969／j.issn.1005-3158.2014.05.012

中国石油低碳关键技术研究“油田井场废水处理与再利用技术研究”（2011E-24）。

蒋继辉，2005年毕业于西安石油大学油气田开发工程专业，硕士，现在中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院从事油气田安全环保技术研究工作。通信地址：陕西省西安市未央区明光路长庆油田油气工艺研究院1206室，710018