油田压裂返排液的处理工艺的研究

张丽

摘要：众所周知，在油田开发过程中，井下作业产生的压裂返排液是一类处理难度大的污染物。其中含有甲醛、石油类、难降解的胍胶以及各种添加剂，使得产生的压裂返排液具有高粘度，高稳定性，高COD值的特点，导致压裂返排液排放时对环境造成了极大污染。若处理不当，将会对企业造成极大的损失。随着国家对石油化工领域环境保护的要求越来越严格，对压裂返排技术的需求越来越迫切，油田压裂液的处理便成为当今石油化工领域内亟待解决的问题。

关键词：压裂返排液;处理;组合法;回收利用

近年来，我国对石油资源的需求不断增加，随着国家对环保要求的不断提高，压裂改造后的返排液处理也成为油田开发改造过程中的重点工作。本文针对油田压裂返排液化学试剂含量高、组分复杂、处理难度大的特点，综述了近年来物理法、化学法、生化法、组合法等压裂返排液处理工艺的研究进展，分析了各种处理工艺的优缺点，并对压裂返排液处理工艺的发展方向进行了展望，认为采用组合法处理油田压裂返排液，并对其进行资源化回收利用是压裂返排液处理工艺的发展趋势。

1.压裂返排液的特点及危害

油田压裂返排液不仅含有原油、聚合有机物，还含有地层中的渗入水、各种腐生菌等，具有以下特点：（1）有机物种类多、含量大。压裂返排液中的有机污染物主要是高浓度的瓜胶和高分子聚合物，其次还含有多种难以降解的各类添加剂;（2）粘度大，乳化程度高。压裂返排液的粘度较高，能达到10～20mPa·s，而复合型压裂液乳化严重，排出的压裂废水粘稠，且有刺激性气味，静置沉降出水困难;（3）处理难度大。压裂液中的各种添加剂使其具有较高的COD（化学需氧量）、TDS（总溶解固体）、TSS（总悬浮固体），处理难度较大、处理成本较高。由于油田压裂返排液的以上特点，未经处理的压裂返排液返排到地面上，首先会对油田周围的土壤造成长期、严重污染，影响动植物的生存环境，导致生物多样性减退;其次，未经处理的压裂返排液还会大量污染周围水源，对水生生物的生长和周围居民的饮水安全产生极大的危害。因此，为了更好地保护环境，实现可持续性发展，油田压裂返排液的无害化处理及资源化回收利用已成为各油田的研究重点。

2.压裂返排液的处理工艺

2.1物理法

2.1.1液体絮凝法

对于深色度和高浑浊的液体，液体絮凝是最为常用的处理方式，具有操作方便、时间短、处理简易等优势，但要对处理后产生的沉淀废渣进行二次处理，但对压裂返排液处理还是较为理想的方式，根据不同的液体类型选择相适应的絮凝剂。压裂返排液的絮凝通常通过双电层压缩、吸附电中和、吸附架桥和沉淀物网铺四种机理相互协同发生作用，通过对液体的胶体带电性和化学性质分析并选择具有突出作用的机理，从而选择出絮凝剂的方向，然后通过进一步实验，通过效果分析确定絮凝剂的最佳选择。

2.1.2固化法

固化法是利用固化剂使压裂返排液失稳脱水，固化剂与压裂返排液中的水分发生剧烈的水化反应，并与有机物及固相颗粒交联絮凝，形成固相-固化剂-水的絮凝体系，通过自胶结和包胶作用，转变为液溶固态水合物，经过一段时间的硬化，最终成为不可逆的常态固体。以含量（wt）为1%～26%的聚合氯化铝（PAC）、5%～20%的高钙灰、10%～30%的生石灰、5%～70%的硅酸铝、0.3%～60%的磷石膏和0.5%～15%的元明粉作为复合固化剂，对压裂液进行固化处理。最终固化率可达100%，固化后的废压裂液达到国家污染排放一级标准。固化法对环境污染小，成本低，但固化法所用复合固化剂、催化剂等种类众多，处理复杂，且固化时间较长，固体物质回收利用困难。

2.2化学法

2.2.1高级氧化技术

高级氧化技术又叫做深度氧化技术，它的主要技术特点是羟基自由基，羟基自由基具有非常强的氧化能力，会在电、催化剂、超声波等条件的作用下降大分子当中难以降解的有机物转化为小分子物质，这些小分子物质都是低毒或者无毒的。

2.2.2液体电解处理方式

其基本原理就是对返排液进行电解，通过电子流动让液体在正负极处产生氧化和还原反应，从而实现污染物净化的目的。对于含油、氰、酚以及重金属离子的污水具有较好的效果。该方法的处理效果由电极材料、电压、电流密度以及液体的pH值和搅动速度等因素综合决定。因为液体电解处理方式所需环境比较苛刻，成本较高，大部分现场并不能满足条件，所以通常对可拉运返排液或与其他处理方式相配合使用，从而达到理想的处理效果。

2.3微生物发酵处理方式

该处理方式较为常用，具有成本低、工艺简单、处理环境要求不高，应用范围广等优点，因此在油田压裂返排液的处理上应用较多。主要有厌氧发酵和氧化发酵法两种，当前各大油田通常采用微生物发酵处理方式来对返排液进行加工处理，处理过后的液体在根据其性质和状态选择恰当的物理或化学处理方式进行进一步加工处理。从而实现达到理想的排放标准，常规步骤通常为微生物发酵处理、然后进行液体絮凝、化学氧化最后膜分离或吸附处理等步骤。

2.4组合工艺法

由于压裂返排液成分复杂，所含化学试剂种类多、含量大，因此处理难度较大，单一处理方法往往难以实现压裂返排液的无害化处理和资源化回收利用，因此处理过程中多采用物理法、化学法、生化法相结合的组合处理工艺。采用微电解-Fenton氧化-絮凝组合工艺处理油田压裂废水，实验结果表明：最佳工艺条件为初始废水pH值=3.0、铁屑加入量1.5g/L（铁屑与活性炭的质量比1∶1）、微电解时间80min、Fenton氧化时间120min、H2O2加入量940mg/L，阳离子聚丙烯酰胺加入量120mg/L，在最佳工艺条件下处理废水后，COD由3116.0mg/L降至681.3mg/L，总COD去除率达78.1%，3个工段的COD去除率依次为33.1%，37.9%，7.1%，出水水质满足现场回注标准。“电Fenton-超滤膜”耦合深度处理方案。压裂废液经处理后COD、含油量、固体悬浮物含量可分别降低至41.0、0.35、0.30mg/L，硫酸鹽还原菌及腐生菌含量约为N×101个/mL（1

3.结论与认识

随着环保要求的进一步提高，油田开发的持续发展，压裂返排液的处理已经成为石油行业发展的重点项目。如上所述，各种处理方式均存在一定的弊端，具有不同程度的局限性，要根据污水的性质分析选择出与其相适应的单一或综合处理方式，实现操作简单、经济适用并能达到理想的处理效果。前期通过射流气浮将返排液中的悬浮物及油体分离，然后通过添加与液体性质相适应的表面活性剂来降低矿化度，进一步通过化学氧化来使返排液中的COD达到排污标准，在结合微生物发酵将有机质进行分解，从而实现压裂液配置要求，达到节约、经济、环保的理想要求。

参考文献：

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