頁巖氣開發(fā)水平井大型壓裂作業(yè)淡水消耗量大，返排液含有多種地層礦物離子、殘余添加劑和懸浮物，如何對其進(jìn)行無害化處理，是一道環(huán)保技術(shù)難題。

2013年，中原石油工程公司鉆井工程技術(shù)研究院副總師、環(huán)境保護(hù)研究所所長何煥杰帶領(lǐng)科研人員，以廢水再利用為目標(biāo)，圍繞嚴(yán)格控制引入外來干擾離子，保留有效成分、去除有害成分等課題進(jìn)行攻關(guān)。經(jīng)過兩年多的努力，他們自主研發(fā)的頁巖氣壓裂返排液復(fù)合混凝-過濾-吸附凈化處理及配液工藝，不僅節(jié)約了淡水資源，而且消除了壓裂施工對周邊生態(tài)環(huán)境的不利影響，實(shí)現(xiàn)了頁巖氣綠色環(huán)保及安全高效開發(fā)。

打響攻關(guān)戰(zhàn)役，壓裂返排液需進(jìn)行無害化環(huán)保處理

頁巖氣開發(fā)，特別是致密頁巖氣，一般采用多級分段、高排量和超大液量的壓裂模式。僅一口井壓裂就需要2萬～4萬立方米壓裂液，壓裂后產(chǎn)生含有石油、重金屬離子、有機(jī)物等成分的壓裂返排液，是一種難以處理的油氣田工業(yè)有機(jī)廢水。

“可別小看這類返排液，如果得不到妥善處理，就會(huì)污染土壤及水源。”何煥杰說。

何煥杰與科研人員采集了4口頁巖氣井的6個(gè)壓裂返排液水樣，參照國家標(biāo)準(zhǔn)對水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了分析。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，壓裂返排液中主要污染物是懸浮物、石油類、有機(jī)物、重金屬離子和礦物質(zhì)（包括堿金屬、堿土金屬和過渡金屬離子、硼酸根等）。

出于環(huán)境保護(hù)和重復(fù)利用方面的考慮，頁巖氣壓裂返排液必須進(jìn)行無害化環(huán)保處理。只有達(dá)到相關(guān)回用標(biāo)準(zhǔn)，才能重復(fù)再利用。

于是，一場針對頁巖氣壓裂返排液的技術(shù)攻關(guān)戰(zhàn)役打響。

兩年攻關(guān)，形成系列技術(shù)成果

丁頁2-HF井產(chǎn)生的壓裂返排液經(jīng)過4種不同工藝處理，復(fù)合混凝-過濾-吸附聯(lián)合凈化處理工藝效果最好。

這一發(fā)現(xiàn)，讓何煥杰與科研人員興奮不已。

他們又進(jìn)一步考察了不同工藝處理的凈化液與壓裂液添加劑的配伍性，將其重新用于壓裂液黏度穩(wěn)定性的配制中。實(shí)驗(yàn)表明，壓裂返排液經(jīng)復(fù)合混凝-過濾-吸附工藝處理后，既可配制減阻水，又可配制膠液壓裂液。

找到攻關(guān)方向就有了目標(biāo)。何煥杰與科研人員開始對復(fù)合混凝處理工藝進(jìn)行研究。他們通過對15種單一混凝劑和復(fù)合型混凝劑對壓裂返排液中石油類、懸浮物、總鐵和硼等污染物的分離效果進(jìn)行系統(tǒng)研究，優(yōu)選出其中一種復(fù)合混凝劑YN。

隨后，他們對涪頁1-HF井、元頁1-HF井等4口井的壓裂返排液進(jìn)行處理。復(fù)合混凝工藝處理壓裂返排液的適應(yīng)性較強(qiáng)，處理的凈化液水質(zhì)指標(biāo)符合配制減阻水壓裂液體系的用水水質(zhì)指標(biāo)要求。

壓裂返排液經(jīng)復(fù)合混凝工藝預(yù)處理后，除硼外水質(zhì)情況均能滿足配制減阻水壓裂液的水質(zhì)要求。于是，科研人員又開始對微量硼的深度分離工藝進(jìn)行研究。

最終形成壓裂返排液再利用凈化工藝、復(fù)合混凝處理工藝、壓裂返排液吸附深度處理工藝等技術(shù)。

自主研制專用裝置，實(shí)現(xiàn)壓裂返排液循環(huán)利用

焦頁4號平臺返排液經(jīng)橇裝式裝置現(xiàn)場處理后，被裝進(jìn)罐車，運(yùn)至焦頁5號平臺壓裂液廢液池，處理后重新用于配制壓裂液，對焦頁5-1HF井第8段進(jìn)行壓裂作業(yè)。

為了使研究成果發(fā)揮到極致，他們自主研制了專用裝置。該裝置不僅能讓壓裂全過程中的壓裂液不落地，而且能對壓裂返排液進(jìn)行環(huán)保處理和循環(huán)利用。

這套專用裝置有復(fù)合混凝、板框分離、過濾和吸附4個(gè)模塊單元，可根據(jù)需求靈活進(jìn)行不同模塊的組合，形成頁巖氣壓裂返排液凈化處理成套裝置。

其中，用于配制減阻水壓裂液的快速凈化裝置由復(fù)合混凝、固液分離和過濾3個(gè)單元設(shè)備組成，該套裝置處理能力為20～25立方米/小時(shí)。

用于配制膠液類壓裂液的凈化裝置，由復(fù)合混凝、固液分離、過濾和吸附等4個(gè)單元設(shè)備組成，裝置處理能力20～25立方米/小時(shí)。

“經(jīng)過處理的壓裂返排液完全符合配制壓裂液的行業(yè)技術(shù)要求，可以配制滑溜水、線性膠等不同壓裂液。”何煥杰介紹說，“相比將壓裂返排液處理后達(dá)標(biāo)排放，這項(xiàng)技術(shù)不僅減少了處理返排液的投入，而且實(shí)現(xiàn)了返排液的循環(huán)利用。”

該裝置先后在涪陵頁巖氣示范區(qū)12個(gè)平臺40余口井上進(jìn)行了推廣應(yīng)用，處理返排液4萬余立方米，循環(huán)利用率超過95%，不僅節(jié)約了淡水資源，而且消除了壓裂施工對周邊生態(tài)環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)了頁巖氣綠色環(huán)保及安全高效開發(fā)。