我國當(dāng)前在油田的開發(fā)過程中面臨著儲層改造、油氣田的劫探及開采的難題，其中增加油田產(chǎn)量的重要手段就包含壓裂技術(shù)。石油壓裂技術(shù)是指利用水的作用力，在油氣開采過程中，人為干預(yù)使地層造成裂縫，以改善油氣在地下的流動(dòng)速度、流動(dòng)方向和流動(dòng)環(huán)境。油田壓裂技術(shù)，隨著科學(xué)技術(shù)和信息化技術(shù)的快速發(fā)展，為低滲透油田開發(fā)和增加單井油氣產(chǎn)量發(fā)揮了積極作用。
通過壓裂技術(shù)，能夠擴(kuò)大油井供油半徑，提高儲層滲透率，降低油氣流入井底阻力。通過壓裂工藝技術(shù)能有效提供儲層裂縫滲流能力，采用壓裂技術(shù)開采油氣，對低孔低滲透和復(fù)雜斷塊油氣田是一種重要的技術(shù)措施，具有生產(chǎn)能力高、經(jīng)濟(jì)效益強(qiáng)的特點(diǎn)。壓裂技術(shù)的應(yīng)用，也會在開采油田中造成環(huán)境污染，壓裂返排液含有石油類、甲醛、瓜膠等污染物質(zhì)，需做好處理工作。
本文將重點(diǎn)對于壓裂返排液的危害、壓裂返排液處理技術(shù)、以及壓裂返排液處理技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展做一個(gè)簡單分析，探討在油田增產(chǎn)中壓裂技術(shù)發(fā)揮的重要作用，以便不斷的改進(jìn)壓裂技術(shù)，促進(jìn)油田增產(chǎn)，滿足社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的能源需求。
1、壓裂返排液的危害
1.1 土壤危害
在自然條件下，壓裂返排液污染物難以迅速講解，含有有機(jī)污染物多呈現(xiàn)堿性或酸性，少部分還具有毒性，盡管壓裂返排液滲透緩慢，短期內(nèi)不會影響周圍環(huán)境，長期滲透下，產(chǎn)生污染會愈發(fā)嚴(yán)重，直接危害是周圍土壤會降低吸收鉀、氮、磷等礦物質(zhì)能力，導(dǎo)致土壤喪失肥沃性。
1.2 難以處理
壓裂返排液所含物質(zhì)較為復(fù)雜，可能含有油井鉆探時(shí)所用的膠體鉆井液，以凍膠狀態(tài)存在，也較高，造成壓裂返排液乳化程度較高，增加了處理廢液難度。其中，還存在種類較多的添加劑，也易造成環(huán)境污染，浪費(fèi)資源，耗費(fèi)經(jīng)濟(jì)，提高處理難度。
1.3 成分復(fù)雜
壓裂返排液中還存在鐵細(xì)菌、付勝軍、硫酸鹽還原菌等在地層中生長繁殖，會堵塞、腐蝕油井設(shè)備、注水井、固安縣等，地層也會由于微生物被堵塞，降低地層滲透率。特別是壓裂液內(nèi)添加諸多添加劑,導(dǎo)致壓裂返排液具有不易被降解、高COD、高特點(diǎn)，不經(jīng)處理或不達(dá)標(biāo)排放，則會污染地表水與地下水。
2、壓裂返排液處理技術(shù)
2.1 物理方法
2.1.1 懸浮法
該方法是在污水內(nèi)添加相應(yīng)物質(zhì)，讓液體雜志可懸浮于水面，操作較為繁瑣復(fù)雜，工藝原理是利用氣壓性質(zhì)，將污水中不易沉淀雜志，利用氣壓漂浮至污水表面，便于將污水上方漂浮雜志去除，能夠有效處理污水不溶雜質(zhì),卻無法去除其他污染物，使用較少。
2.1.2 過濾法
該方法是常見污水處理方式，主要是利用特殊膜結(jié)構(gòu)，將污水中較大、較小的分子結(jié)構(gòu)相互隔離，能夠去除污水污染物。在處理污水中，能夠提高處理效率，對于COD去除效率卻較低，無明顯效果。
2.1.3 絮凝法
該方法常用于高濃度廢水處理，通�；炷恋矸ǹ删奂后w懸浮顆粒雜質(zhì)，使用方法簡單，無需特別裝備，經(jīng)濟(jì)性較高卻會產(chǎn)生諸多沉淀物，盡管解決了污水懸浮物問題，卻也產(chǎn)生新問題，即怎樣處理沉淀物。但是，也有資料表明，污水使用混凝劑的效果，會隨著污水增加隨之降低，可去除石油類、懸浮物等，處理COD效果不樂觀。在壓裂返排液處理中，液體黏度較大，為達(dá)到良好混凝效果，需增加過量混凝劑，不僅會造成二次污染，還會延長處理周期，需要將過濾、絮凝法、吸附法工藝聯(lián)用，提高處理效果。
2.2 微生物法
微生物是生物處理方法，較為節(jié)能環(huán)保，處理難度卻較高，主要是利用生物達(dá)成凈水目標(biāo)。以現(xiàn)有研究而言，壓裂反派也處理不是單一應(yīng)用微生物法，需要將其和其他方法聯(lián)用，處理工藝如下:先開展預(yù)處理，增加廢水可生化性;而是培反應(yīng)負(fù)荷，外部需投入碳源、氮源及所需生長因子，生成諸多綠膜，得到所需菌種，可利用菌種分解代謝功能，將有機(jī)污染物去除，具有投資少、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的特點(diǎn)，卻存在處理周期長的問題。
2.3 化學(xué)方法
2.3.1 化學(xué)氧化法
壓裂返排液長期處理研究中心，發(fā)現(xiàn)使用化學(xué)氧化物將有機(jī)污染物氧化，具有良好效果，主要是由于壓裂返排液成分復(fù)雜，僅采取物理方法難以獲得理想效果，通過添加氧化劑，降解高分子有機(jī)物，可減少污染物濃度，多用于排除壓裂返排液有害成分，運(yùn)用范圍廣泛。當(dāng)前，常用化學(xué)氧化及包括高錳酸鉀、雙氧水、次氯酸鈉等，通過強(qiáng)氧化劑，可有效、迅速的降解廢液有害無機(jī)物與有機(jī)物，也可稱之為初級氧化法，是自由基反應(yīng)。例如，污水中添加次氯酸鈉會發(fā)生水解,生成不穩(wěn)定次氯酸分子，生成新生態(tài)氧，氧化性較高，可氧化廢液難以降解的污染物，斷裂污染物支鏈，改變分子結(jié)構(gòu)。同時(shí)，該方法還能破壞廢液發(fā)色基團(tuán)，污水色度降低，操作簡單。例如，有學(xué)者"將處理后的廢液調(diào)節(jié)pH值至中性，添加次氯酸鹽，放置于紫外燈下照射，可達(dá)到81.3%的COD去除率。
2.3.2 電化學(xué)氧化法
該方法主要是根據(jù)污染物雜質(zhì)得失電子方法去除污染物,污染物得失電子后,將吸附于電極位置，通過諸多反應(yīng)，達(dá)到凈水效果。氧化機(jī)理有兩種，一是直接氧化,即污染物陽極喪失電子被直接降解;二是間接氧化,電化學(xué)氧化中生成氧化性中間產(chǎn)物，利用中間產(chǎn)物將污染物氧化降解。而在實(shí)際處理污水中，兩種機(jī)制均可能存在，有研究者利用電化學(xué)氧化法對油田廢水進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)可降低廢水COD值，直至排放標(biāo)準(zhǔn)，還不會造成二次污染，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。
2.3.3 微電解氧化法
該方法是兼具絮凝吸附、催化氧化、氧化還原與電沉積作用的處理方法，也稱為Fe/C微電解法。在酸性水溶液內(nèi),碳粒和鐵屑形成諸多微小原電池，生成電場效應(yīng)，破壞溶液分散膠體穩(wěn)定體系，沉淀的膠體粒子吸附于電擊傷，可去除榮業(yè)內(nèi)膠體狀態(tài)或懸浮狀態(tài)污染物。而電極反應(yīng)下，產(chǎn)生Fe2+和[H]原子態(tài)化學(xué)活性較高，可和廢水高分子有機(jī)物產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，分解大分子物質(zhì)為小分子物質(zhì)，將發(fā)色基團(tuán)破壞，失去發(fā)色能力。并且，Fe2+和Fe3+新生態(tài)是良好絮凝劑，堿性條件下生成、，絮凝效果良好，可吸附聚集肺水腫為電池反應(yīng)生成的不溶物、不溶性膠體及懸浮物質(zhì)。有學(xué)者使用微電解法對原油田壓裂廢水進(jìn)行處理，先將壓裂廢水實(shí)施氧化、混凝預(yù)處理，再使用微電解法，確定最佳反應(yīng)條件是pH值1.0，鐵:碳為0.67，停留時(shí)間是30min，結(jié)果顯示，COD質(zhì)量濃度<150mg·L-1，總COD去除率為98.0%，滿足國家二級排放標(biāo)準(zhǔn)。通過微電解法，能夠有效去除COD，加藥量少，處理成本低，適用范圍光，卻也存在廢渣產(chǎn)量達(dá)，填料比例復(fù)雜，處理裝置成本高的缺點(diǎn)。
2.3.4 臭氧催化氧化法
在水中催化劑誘導(dǎo)下,臭氧產(chǎn)生自我分解反應(yīng)，生成擁有強(qiáng)氧化性羥基自由基，對水中有機(jī)物具有降解氧化作用。在處理壓裂返排液中，可采取“降黏-混合反應(yīng)-混凝-沉淀-臭氧催化氧化-活性炭吸附”工藝，工藝選擇高錳酸鉀為催化劑，催化氧化時(shí)間是30~60min，其投加量是1g·L-1，保證處理最終廢水滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。該方法具有產(chǎn)泥量低、加藥量少的有點(diǎn)，卻受限于臭氧發(fā)生率低的問題。
2.3.5 光催化氧化法
在特定光照下,半導(dǎo)體催化劑會產(chǎn)生電子遷越，發(fā)生光致電子-空穴，誘發(fā)產(chǎn)生氫氧基，利用氫氧基強(qiáng)氧化性，對有機(jī)物進(jìn)行講解，常用催化劑多使用等。例如，光催化氧化技術(shù)采取納米級作為催化劑，提供最佳條件，COD質(zhì)量濃度低于100mg·L-1，去除率達(dá)到96%，水質(zhì)滿足一級排放要求。氧化方法具有處理速度快、降解效果好的特點(diǎn)，是最有潛力處理方法之一，卻存在高能耗、高成本問題。
2.3.6 超聲波氧化法
該方法結(jié)合了化學(xué)技術(shù)與物理技術(shù)，是利用超聲波激發(fā)處理污水中有關(guān)化學(xué)、物理的反應(yīng)，降級為污水污染物質(zhì)，能夠準(zhǔn)確控制某些反應(yīng)環(huán)節(jié)，提高反應(yīng)速率,一定程度上達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)污水處理效果。研究者通過不斷研究克制，處理技術(shù)可有效處理污水，成本較低，相比其他技術(shù)更為簡單，逐漸受到業(yè)界認(rèn)可，發(fā)展前景廣闊。
2.4 多種技術(shù)聯(lián)合方法
壓裂返排液處理技術(shù)的深入研究，僅采取一種方法處理污水，難以達(dá)到處理水質(zhì)要求，通常為優(yōu)化處理效果，會根據(jù)實(shí)際情況，聯(lián)合使用多種技術(shù)，實(shí)現(xiàn)互相配合，優(yōu)化處理效果。例如，五步處理法，經(jīng)過五個(gè)步驟處理后，能夠減少壓裂返排液有害物質(zhì)含量，達(dá)到處理標(biāo)準(zhǔn)，工藝處理流程十分簡單，對人員操作無較高要求，不會腐蝕設(shè)備，應(yīng)用廣泛。此過程中，可通過物理化學(xué)脫穩(wěn)后，再使用復(fù)合催化氧化、過濾等組合工藝進(jìn)行返排液處理，保證處理水質(zhì)滿足一級排放標(biāo)準(zhǔn)。
2.5 井下氧化處理技術(shù)
油氣井開采中，開采油氣井時(shí)間較長，會逐漸降低地層壓力，導(dǎo)致幽靜壓裂液返排率減小，地層將會殘留更多廢液，不僅會損害地層土壤、水資源等，也將影響采油效果。而采取井下氧化處理方式，通過處理液氧化處理返排液，能夠從地層中排擠返排液，使用處理液是有蠟溶劑、氧化劑及其他助劑構(gòu)成，能夠氧化降解壓裂返排液污染物質(zhì)，使得壓裂液未能徹底破膠的膠體物質(zhì)進(jìn)行分解，成為小分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，減小，便于排出地層。通過此種處理液方法，可降解廢液高分子聚合物，提高壓裂返排液降解性。返排液處理，保證處理水質(zhì)滿足一級排放標(biāo)準(zhǔn)。
2.6 固化法處理技術(shù)
該方法是將固化劑投入壓裂返排液內(nèi)，固化處理壓裂返排液，使得廢液能夠固化成型，推土復(fù)耕。采取此種方法，不僅企業(yè)易于獲得固化材料，提高處理效果，還能簡化處理流程，處理后為動(dòng)植物生長提供相應(yīng)環(huán)境條件，卻存在占地面積大、處理成本高的情況，難以大規(guī)模在油田中推廣應(yīng)用。
3、壓裂返排液處理技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展
在壓裂返排液處理中，傳統(tǒng)處理方法可能污染環(huán)境，諸多研究者著手研究清潔式處理方法，獲得良好效果。思貝倫謝企業(yè)先研究出清潔壓裂液，為解決低滲透層和高溫井開采問題，提高彈性表面活性劑抗性，開發(fā)助表面活性劑、兩性離子表面活性劑、各種鹽類等構(gòu)成復(fù)合體系，后續(xù)開發(fā)抗高溫表面活性劑。我國由于清潔壓裂液研究交完，卻也獲得良好成果，劉剛芝等研究海水基壓裂液體系，主要是利用海水，承受高礦化環(huán)境能力液較強(qiáng)，耐高溫120℃；江倍等學(xué)者研發(fā)出SCF耐高溫清潔壓裂液，通過添加有機(jī)/無機(jī)陰離子、堿性表面活性劑獲得較強(qiáng)粘彈性，能夠溶于水的壓裂液。
現(xiàn)階段，清潔壓裂液研究中心，追求低傷害、高效、低成本，多集中于復(fù)合壓裂液研究，相比單一陰離子或陽離子清潔壓裂液，其抗溫、破膠、抗剪性能更好，使用成本低�？梢�，我國清潔劑研究仍有所不足，缺乏氣藏針對性，需結(jié)合儲存不同條件，顏值性質(zhì)不同的清潔壓裂劑。而實(shí)際應(yīng)用中，返排液通常含有諸多陽離子表面活性劑，相對分子量小，無法直接被環(huán)境降解，提高了處理難度，可能污染環(huán)境，需采取壓裂液循環(huán)工藝，收集返回液循環(huán)利用，提高使用清潔壓裂液效率。
4、結(jié)束語
壓裂返排液具有處理難度高、影響范圍廣的特點(diǎn)，對于油田開采勘探造成嚴(yán)重制約，盡管近幾年壓裂返排處理技術(shù)研發(fā)諸多新工藝、新方法，卻存在處理成本高、工序復(fù)雜的情況。因此，在壓裂返排液處理中，需要加強(qiáng)對綠色處理劑的研究，優(yōu)化現(xiàn)有工藝，通過多種方法資源化利用壓裂返排液，降低處理難度。（來源：延長油田股份有限公司志丹采油廠）
