陆相页岩气井压裂返排液处理工艺探究

任翔

摘 要：目前，我国开发页岩气的主要技术手段为水力压裂技术，产生了很多成分复杂的返排液。无论重复利用，还是排放污水，返排液都必须经过处理。陆相页岩气井压裂返排液的处理流程可分为三级，处理工艺更多，常常联合使用。比如，物理处理工艺有重力分离法、离心力分离法、过滤分离法、自然风干填埋处理工艺、冻融处理工艺、蒸馏处理工艺、吸附处理工艺，等等;化学处理工艺有絮凝沉淀法、电絮凝法、氧化还原法、Fenton试剂法、中和法、微电解法，等等;最后，还有微生物处理工艺。

关键词：页岩气;压裂液;返排液;处理工艺

随着石油、煤炭等传统化石能源储量逐年减少，页岩气的开发受到了广泛关注。然而，页岩气的开发过程中有很多环境问题，其中之一就是对水资源的污染与耗费。比如，压裂返排液就是页岩气开发中产生的一种污水。为了页岩气的长远开采，必须妥善处理压裂返排液。

1 陆相页岩气井压裂返排液的简介

1.1 处理陆相页岩气井压裂返排液的必要性

目前，我国开发页岩气的主要技术手段为水力压裂技术，即向页岩层注入水、砂、减阻剂等物质。使用这种技术，会大量消耗水资源，而且产生很多返排液，这就是陆相页岩气井压裂返排液的来源。我国的页岩气田多位于西北地区，当地水资源紧缺，所以陆相页岩气井压裂返排液一般需要重复利用。但是，陆相页岩气井压裂返排液成分复杂，并不符合二次压裂用的标准，也不能直接外排[1]。因此，必须处理陆相页岩气井压裂返排液。

1.2 陆相页岩气井压裂返排液的典型成分

虽然不同地区的陆相页岩气井压裂返排液成分都有所差别，但总体而言，陆相页岩气井压裂返排液悬浮物多、粘度大，含硫酸盐、氯根、碳酸氢盐、多种金属离子、细菌、溶解固体、有机物，与我国的污水排放标准相去甚远。

2 陆相页岩气井压裂返排液处理工艺

2.1 陆相页岩气井压裂返排液的三級处理流程

根据各地陆相页岩气井压裂返排液成分的不同，以及处理的目的之不同，陆相页岩气井压裂返排液的处理流程可分为如下三级[2]。各级处理中，又有相应的处理工艺。各种处理工艺常常联合使用。

2.2 处理返排液的物理工艺

这一类处理工艺主要分离返排液中的悬浮物，利用的手段主要有过滤、重力、离心力。比如说，重力分离法利用了油水比重的不同，可以使二者分离沉降，这种处理工艺的效果与处理时间正相关。离心分离法也利用了油与水的质量不同，导致水受到较大的离心力，而油受到较小的离心力，从而甩出水而分离。膜过滤分离法则利用的是膜的选择透过性，包括正渗透、反渗透两种工艺技术。这种分离工艺不会产生二次污染，但是需要一些预处理。此外还有自然风干填埋工艺、利用溶解度随温度降低而降低的原理的冻融处理工艺。蒸馏处理工艺也可以去除返排液中溶解的盐，而且随着技术的进步，成本逐渐降低了。蒸发处理工艺还可以与膜过滤法相结合，能够高效地去除返排液中的不挥发的大分子、无机盐。其他返排液处理工艺都用过之后，还可以再用吸附法去除未氧化的有机物。这种方法的缺点是，吸附剂（优质活性炭）的成本较高。

2.3 处理返排液的化学工艺

这一类处理工艺利用化学物质之间的反应，使返排液中的有机物、成垢金属物质分离、沉淀，从而降低返排液的化学需氧量。这一类处理工艺有絮凝沉淀法、氧化还原法、中和法、微电解法，等等。其中，絮凝沉淀法最为常用，因为它处理量大而投资低，能够有效地降低返排液的化学需氧量。这种处理工艺就是向返排液加入絮凝剂，使悬浮物质沉降，从而分离固体和液体。

氧化还原法则是向返排液中加入氧化剂，降解有机物，从而降低返排液的化学需氧量。这种处理工艺常用的氧化剂有高锰酸钾、次氯酸盐、二氧化氯，等等，但这些氧化剂常常会造成二次污染。此外，还有一种氧化法不用这些氧化剂，而是利用Fenton试剂，来与有机物加成反应，生成二氧化碳、水、无机盐。这种氧化法将有机物分解得更彻底，而且不会产生二次污染。

中和法是向返排液中加入碱性物质，来中和返排液的酸性，减少管道、设备受到的腐蚀，并去除悬浮物。微电解法法通常与氧化还原法联合使用，才能使返排液处理达标，这种处理工艺利用的是金属电极的反应腐蚀原理，操作简单、适用范围较广、成本较低。

2.4 处理返排液的生物工艺

生物处理工艺利用了微生物群分解有机物的能力，将返排液中的有机物分解、转化为稳定的无机物。这种处理工艺能够去除返排液中溶解的胶体有机物，但是处理效率较低。

3 结语

全球范围内，页岩气井都越来越多，开发中产生的压裂返排液这种污水也越来越不可忽视。只有根据当地压裂返排液的水质特点，采取合格的压裂返排液处理工艺，才能避免污染、破坏环境。

参考文献：

[1]李佳.页岩气田污水处理研究[D].大庆：东北石油大学，2015.