川东南地区油田压裂返排液处理工艺的有关探讨

0 引言

随着油气田开发规模的日益扩大，压裂作业用水量逐渐增大，导致压裂返排液产生量也大幅增加。在川东南地区，资源丰富，开发活动频繁，这使得压裂返排液的处理问题愈发突出。压裂返排液呈现出成分极为复杂、黏度较高、稳定性强、矿化度高以及悬浮物含量丰富的特性，这使得其处理过程极具挑战性。若压裂返排液未经有效净化而直接排放，将极有可能引发严重的环境污染和生态退化问题，对自然环境构成重大威胁。

国外在压裂返排液处理方面积极进行配套回收处理技术试验，采用固液分离、化学絮凝、氧化及热蒸馏等组合工艺，将处理后的返排液用于钻井泥浆、水基压裂液和固井水泥浆等的配制用水，从而提高压裂返排液的重复利用效率。在国内，大多数油田早期处理压裂返排液时，主要采用“自然沉降—混凝—过滤”的三段式处理工艺。近年来，随着“水平井 + 体积压裂”等非常规开发方式的规模化应用，国内油田相继开展了压裂返排液回注处理技术研究。

本研究旨在深入探讨川东南地区压裂返排液的处理工艺，分析川东南地区压裂返排液的组成特征及其对环境和生态系统的影响，明确优化处理工艺的迫切需求。探索并研究适用于川东南地区的新型压裂返排液处理工艺，提出优化建议和改进措施，为川东南地区压裂返排液处理工艺的实际应用提供科学依据。

1 川东南地区压裂返排液的特点

四川盆地东南部（以下简称川南）页岩气储量丰富，开发井口众多。压裂作业所产生的返排液中蕴含着复杂的化学成分体系，包括源自压裂液本身的逾750 种化学组分，（如表面活性剂、抗菌剂、破乳剂、缓蚀剂、减阻剂等化学添加剂），同时也掺杂了源自地下储层的天然有机物以及放射性污染物等多种杂质。压裂液体系中主要由: ⋅Na+ 、K+、 Ca2+ 、 Mg2+ 、Cl-等离子组成，对每种离子成分进行检测，返排液成分分析如表 1所示，返排液的总矿化度普遍较高，均在 1.70×10～4mg/L 以上，最高达到 5.98×10^∖4 mg/L 。氯离子通常是页岩气压裂返排液含量最高的离子，占总溶解固体 TDS 的 50% 以上。悬浮物质量浓度较高，最高达到 162mg/L ，总硬度在 1.0×10⋅3～2.9×10∖3mg/L 之间。

表 1

2、现有压裂返排液处理技术及存在的问题

压裂返排液的处置方式主要有三种：回用配液、深井回注以及处理达标后外排。回用配液的可行性取决于返排液水质与配液水质要求的差异，研究和实践均表明，目前四川盆地页岩气开发中的压裂返排液回用不存在显著技术障碍，通过去除悬浮固体物质并实施有效的杀菌处理措施，即可达到回用配液所需的水质标准，平台或区域的回用率可达 85% 以上。

相关研究表明，油田现场处置返排液主要采用的措施有：预处理、絮凝沉降处理、氧化处理、微生物处理。

2.1 预处理:采用较为简便的工艺步骤移除大块固体杂质及大尺寸悬浮颗粒后，返排液被导入调节池中，以便调整其流量与水质，并减少悬浮颗粒及油脂的含量，大幅缓解后续处理阶段的压力，并提升整体的处理效能。

2.2 絮凝沉降处理:絮凝沉淀技术核心在于运用絮凝剂和助凝剂，该技术借助絮凝效应，促使返排液中的有害组分转化为固态并沉淀析出，进而达成高效净化目的。当前，PAM（聚丙烯酰胺）与 PAC（聚合氯化铝）是主流的絮凝剂选择。在适宜条件下，这些絮凝剂能有效调节返排液的 pH 值，加速沉淀过程，为回流液体的有效再利用提供坚实保障。

2.3 氧化处理: 常用的氧化剂诸如臭氧、高锰酸钾、过氧化氢及次氯酸钠等，均展现出强烈的氧化性能，能够有效分解废液中的有害无机及有机成分。在氧化反应进程中，这些氧化剂会裂解生成自由基等具备高度氧化活性的物质，它们与废液中的有机物相互作用，促使有机物降解为小分子或无害化合物。此氧化处理步骤不仅能够瓦解有机物的分子架构，使之分解为小分子或无害物质，进而增强废水的生物降解性，而且还能破坏废液中的发色团结构，有效减轻污水的色度，使之更为清澈透明。

2.4 微生物处理: 在处理系统中引入适宜的微生物菌剂，并予以接种。借助生物膜内部多种微生物的联合作用，达成水体净化目的，有效削减有机污染物及氮素含量。该过程依赖于微生物的代谢功能进行降解。于生物反应器内部，微生物将返排液中的有机物视为营养来源，进行生长繁衍的同时，对有机物实施降解，并生成无害物质。微生物处理法在成本方面较为经济，但其处理周期相对较长。

氧化法具备一定的净化油田废水并实现循环再利用的能力，但其效能易受废水中阴离子浓度的制约，特别是高浓度的氯离子（Cl⁻）和溴离子 (Br^-) ，它们会削弱臭氧 (O₃)^′ ）及 Fenton 试剂的氧化效能，优先与羟基自由基（·OH）反应，导致氯化物与溴化物的生成，进而加剧了废水处理的挑战性。当环境盐度较高时，会对细菌的代谢机能产生抑制作用，进而引发细菌生理活性的衰退。而如今各种行业标准对于返排液中盐类物质的含量尚无明确的限制规定。

3、结论与建议

本研究深入探讨了川东南地区页岩气压裂返排液的处理工艺，分析了返排液的特性，并评估了现有处理技术的效能与局限性。在此基础上，提出了一系列优化策略，旨在提高处理效率，降低环境风险，同时促进资源的可持续利用。新型技术如电渗析、高效氧化虽展现出潜力，但仍面临能耗、成本、技术成熟度等挑战。电渗析脱盐工艺在特定条件下能有效去除离子，高效氧化技术如过硫酸盐活化产生的自由基能显著降解有机物，为返排液处理提供了新思路。单一技术难以满足处理要求，需结合物理、化学、生物方法，如预处理、软化、脱盐及高级氧化过程，形成综合处理方案，以实现最佳效果。应加大对新型处理技术的研发力度，特别是针对高盐、高有机物含量的返排液处理技术。建立完善的压裂返排液处理工艺体系以确保处理效果。

参考文献

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作者简介:姓名李川源(2002)，男，四川省宜宾市筠连县，本科。通讯作者:王汐璆，博士，副教授。