2020年油田压裂返排液处理技术.pptx
油田压裂返排液的无害化处理
油田压裂返排液的无害化处理赵猛(北京丰瑞新科能源科技发展有限公司， 北京 100015)摘要：油田压裂返排液处理难度大，且成分复杂，许多处理手段成本高，实际应用率低，仍处于研究阶段。
压裂返排液不利于生态环境的发展，因此本文对油田压裂返排液无害化处理技术进行了相关研究，并对新处理技术做了一定介绍。
关键词：压裂返排液；无害化处理；研究油田在开发中将会有许多废固、废液产生，而这些废液物主要是在钻井、修井等过程中，会产生许多固体悬浮物、石油、无机物和操作中使用的添加剂等，不仅复杂不好处理，还不利于生态环境的保护。
生态文明的建设是我国发展的重点，我国政府相继出台了新环保法律法规、标准等，从而提升油气田在开发中创新、环保、升级技术，不断加强对废弃物的治理和管控。
油田压裂反排液无害处理项目，主要是通过压裂废液处理工艺，把净化后的压裂液回收，用作再配置压裂液，让水资源得到循环利用，从而达到废物利用目的，不仅利于资源的合理利用，还利于环境的保护。
1 油田压裂返排液特点耗水量比较大是油田水力压裂的一个特点，通常每口井用水量在19000m 3左右，需水罐车仅运输就达到1000次左右。
60%到80%占注水压裂液水量的压裂返排液会返回到地层。
油田压裂返排液特点主要有三点：第一，污染物含量高且种类多，组分复杂。
在油田压裂返排液中含有大量高分子聚合物、浓度很高的胍胶，此外还有铁、硫化物、SRB 等，总硫含量和铁都已达到约20mg/L。
第二，乳化度高、黏度大，就其黏度来讲，仅放喷液就已高达0～20MPa·s，相比而言近排液黏度就比较低。
在压裂中因所用复合型压裂液乳化度过高，所以产出的压裂废水不仅气味含刺激性，且废水颜色深，黏稠度高，静置沉降出水难度大。
第三，难以处理。
因各类添加剂应用于压裂液中，导致压裂返排液的TDS、COD、TSS 普遍偏高，使得处理难度增加，若直接将其回注将会造成地层污染，而进行外排也会污染周边环境。
油田压裂返排液的常用处理方法
氧微生物的新陈代谢来达到处理目的。微生物摄取返排液 中的有机物之后，经过自身的新陈代谢，使返排液中的有 机物一部分被分解及稳定，并为其生命活动提供所需的能 量 ；另一部分被转化为其他形式的能量。生物氧化法是符 合当代社会发展的环保安全的处理方式，具有较髙的研究 前景。 2.2 . 3 生化处理方法
为了达到压裂返排液预处理后的回注地层或油井的国 家标准，大庆油田优选工艺流：气浮除油—化学絮凝—磁 分离—沉降— 回注的磁分离处理技术流程。该技术经过药 剂 投 加 量 、药 剂 组 合 等 诸 多 试 验 ，确 定 了 较 为 优 化 的 方 案 ，并通过现场实践，确定了其处理速度快、处理成本低 和处理流程简单易管理等优势。 2.2 氧化法 2.2 .1 化学氧化法
油田压裂反排液的组分复杂性，其处理方法也较多。 目前，主要采取化学法、生化法、物理方法、固化法及各 方法的混合使用等方法进行处。 目前较经济和安全的压裂 返排液的处理方式主要有三：一种是经过预处理达标后回 注油层；一种是处理并达到国家外排标准后直接外排或再 利 用 ；还有一种对酸性返排液的处理方式是残酸池储存。 2 .1 回注处理技术
氧 化 法 处 理 压 裂 反 排 液 ，是 利 用 常 用 氧 化 剂 过 硫 酸 钾 、次氯酸、过氧化氢、髙锰酸钾的强氧化性来降低返排 液中的COD值 。经过试可得氧化剂过硫酸钾78.47%、次氯 酸钠70.60%〇、次氯酸钙64.10%〇、过氧化氢61.60%〇、髙锰 酸钾51.70%c 的氧化性依次减弱。氧化法一般有一级氧化 和两级氧化两种方式，但是由于压裂反排液的复杂性，实 践中常用两级氧化，经过两级氧化后压裂反排液的处理效 果最理想，从而大大提髙了CO D 的去除率，同时也提髙了 油键词：压 裂 返 排 液 生 化 处 理 C O D 值
压裂返排液的处理流程
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油田污水及压裂返排液处理技术分析
2021年第4期综述油田污水是在油田三采过程中产生的作业废水,主要含有原油、驱油剂、破乳剂、杀菌剂、机械杂质等,呈现出腐蚀快、细菌多、悬浮物含量高、色度重等特点,处理不当会造成注水设备腐蚀、水体腐败等问题[1-3]。
压裂返排液则是在油田增产改造后从井筒中返排出来的液体,主要含有稠化剂、聚合物、表面活性剂、杀菌剂及其他添加剂,具有粘度大、有机物含量高、水质多变等特点,若排放至地面不经过处理,将会对周围环境,尤其是农作物及地表水系统造成污染[4-6]。
因此,如何有效的缓解油气田开发带来的环境污染问题成为了当今油气田开发的关键技术之一。
1国内油田污水处理技术现状1.1油田污水的处理方法油田污水的处理方法主要有物理法、化学法、物理化学法、生物法等[7,8]。
1.1.1物理法物理法主要是实现固液分离或不同相的分离处理,物理法主要包括重力分离、离心分离、过滤、粗粒化、膜分离和蒸发等方法[9]。
重力分离技术是依据比重差异实现污水中油分、悬浮物、机杂从水体分离,已被各油田广泛使用。
离心分离是污水在高速旋转过程中形成离心力场,从而实现固液分离和不同相分离。
我国引进Vortoil水力旋流器已经在油田污水处理领域有了良好的应用。
粗粒化是指在设备中加入一定量的粗粒化材料,使污水中的油分粒径增大,以便处理含油污水中的小油滴和乳化油。
膜分离主要是通过膜渗透理论实现不同粒径物质、分子的分离及脱除。
常用膜分离技术包括超滤、王克强1,陈亚联1,2,毛智平1(1.咸阳川庆鑫源工程技术有限公司,陕西西安710018;2.川庆钻探长庆井下技术作业公司,陕西西安710018)摘要:油田压裂及油田开发产生的污水造成了大量水资源的浪费,成为制约油气田开发重要问题之一。
本文在分析油田污水及压裂污水特点的基础上,调研了植物脱盐、膜分离、铁碳微电解、紫外光杀菌、捕获离子等处理方法及工艺,分析了不同处理工艺的特点,并提出了油田污水处理发展的方向、油田污水回用的思路。
浅谈压裂酸化返排液处理技术方法
浅谈压裂酸化返排液处理技术方法摘要：酸化技术是一种利用酸液与近井或储层中矿物反应、提高渗透率、提高油气井产量或增加注水井注入量的技术措施。
酸化施工结束后，残酸液会排至地面继而形成酸化废液。
酸化废液pH低、成分复杂，对其处理后回注储层或外排对保护环境有重要意义。
关键词：压裂酸化，返排液，处理，技术前言酸化技术是提高储层中油、气渗流能力及增加油气井产量的重要措施之一。
酸化过程是通过井眼向地层注入一种或几种酸液或酸性混合溶液，利用酸与地层或近井地带部分矿物的化学反应，溶蚀储层中孔隙或天然裂缝壁面岩石，增加孔隙和裂缝的导流能力，从而达到油气增产或注水井增注的目的。
酸化作业完成后，残酸通过注入井返排至地面，形成酸化废液。
为了提高对储层的改造效果，常将压裂与酸化过程相结合，在足以压开油气层形成裂缝或张开油层原有裂缝的压力下，对油气层酸压的一种工艺。
酸化压裂液体系由增粘剂、盐酸、有机酸等主剂及缓蚀剂、铁稳定剂、杀菌剂等组成，致使返排出的酸化压裂废液具有污染物含量高、酸性及腐蚀性强等特点，未经处理外排对环境会产生严重污染。
对其处理后回注或回配酸化压裂液是其重要出路。
1压裂酸化废液污染物的种类污染物的种类主要有以下几种：第一，压裂酸化施工中产生的废液。
其主要有压裂施工中压裂液的废液，施工过程中设备发生刺漏产生的冻胶，各种液体添加剂的残液，酸化施工中的残酸，施工后清洗罐体时产生的废水废液，尤其是用液量大的工程要求大罐数量多，产生的废液不可忽视；压裂后返排产生的废液，不同地区，不同井别的返排率在30%到85%，还有各种生活污水等；第二，压裂酸化过程中产生的固体废弃物。
比如，破胶剂使用中产生的残渣；支撑剂使用过程中产生的残渣；各种化工料的包装袋。
这些污染物处理不好，极易造成严重的环境污染；第三，因压裂酸化产生的气体污染源。
其主要包括酸化作业中盐酸挥发产生的废气、泵车造成的尾气等；第四，其他污染源。
比如，压裂酸化过程中的噪声污染；作业过程中人为产生的各种垃圾；特殊添加剂造成的污染。
油田压裂反排液的处理方案
处理返排油田压裂液的研究方案压裂作业返排出的残余压裂液含有胍胶、杀菌剂、石油类及其他添加剂，如不经处理而外排，将对周围环境造成严重污染。
处理压裂废液主要采取物理法、化学法和微生物降解法，物理法主要包括絮凝法、膜过滤法、气浮法等，化学法主要包括氧化法、电解处理法等。
目前针对压裂返排液的新处理技术是絮凝法、氧化法、生物法、吸附法的联合技术，技术的关键问题是如何快速、高效地去除COD。
1.设计依据1.1压裂液的配方压裂液分为水基、油基和多相压裂液三大类，以油作溶剂或作分散介质配成的压裂液是最早采用的压裂液，这主要是它对油(气)层的损害比水基压裂液要轻，它的特性黏度比水基压裂液更具有吸引力。
但油基压裂液成本高，施工上难于处理。
因此现在只用于水敏性强的地层或与水基液接触后渗透率下降的地层，水基压裂液也最常用，约占整个压裂液用量的70%。
油基压裂液主要包括：（1）稠化油压裂液。
它是稠化剂（如脂肪酸铝、磷酸酯盐等）溶于油中配成。
（2）油包水压裂液。
它是一种以油为分散介质，水作分散相，油溶性表面活性剂作乳化剂配成的压裂液。
如以淡水作水相、以柴油作油相，以月桂酰二乙醇作乳化剂，即可配成。
(3)油基泡沫压裂液。
它是以气体(CO2和N2)作分散相，以油作分散介质配成。
水基压裂液一般是水冻胶压裂液，是用交联剂将溶于水的增稠剂高分子进行不完全交联，使具有线性结构的高分子水溶液变成线型和网状体型结构混存的高分子水冻胶，由稠化剂、交联剂、缓冲剂、黏土稳定剂、杀菌剂和助排剂等组成。
多相压裂液由泡沫压裂液等。
泡沫压裂液是一个大量气体分散于少量液体中的均匀分散体系，主要成分有气相、液相、表面活性剂和泡沫稳定剂等其他化学添加剂组成。
不同配方压裂液的返排液处理方法大相径庭，了解压裂液的配方和对返排液的指标分析使得对水处理的方案更加有针对性和高效性。
1.2压裂返排液的水质分析压裂返排液外观呈浅黄色，并伴有强烈的刺激性气味，黏度较大，表面无明显浮油。
石油工程技术 压裂返排液处理与重复利用技术
压裂返排液处理与重复利用技术1压裂返排液处理技术1.1达标外排为了有效防止生态环境及地下水污染，近几年国家能源局大力推进压裂返排液处理技术研究。
目前，我国压裂返排液外排的水质标准采用的是石油天然气行业标准SY/T5329—2012《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》和国家标准GB8978—1996《污水综合排放标准》，主要水质指标包括pH值、色度、悬浮物、化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、石油类及细菌含量。
处理工艺包括pH 调节、混凝沉淀、油水分离、杀菌及氧化处理等，最后通过清水稀释达到安全排放标准后再进行外排。
由于返排液的复杂性和稳定性，导致处理难度大，成本太高，而且现有的处理工艺都无法去除返排液中的高浓度盐类物质。
虽然各类标准都未对盐类物质作具体要求，但高浓度的盐水排入生态环境会造成许多不良影响。
另外，对于大多数缺水区域，对大量的返排液进行处理后外排也是对水资源的浪费，因此将返排液处理后外排并不是一个好的选择。
1.2处理后回注将压裂返排液经过处理达标后再回注地层，这不仅可以有效解决返排液的排放问题，还能弥补注水开发过程中对用水的需求。
处理后的返排液需达到石油天然气行业标准SY/T5329—2012《碎屑盐油藏注水水质推荐指标及分析方法》的要求方能进行回注，同时还要采取切实可行的措施，防止地层污染。
由于回注水仅对油含量、悬浮物含量及粒径有较严格要求，因此相对于返排液处理后外排，对其处理后再回注不仅可以节省大量水资源，同时也降低处理成本。
然而，由于返排液不仅悬浮物含量高，而且黏度大，性质稳定，必须对其进行氧化、絮凝及过滤等操作后方能达到回注要求，因此需要外运到回注站进行集中处理，而回注站的处理能力一般很难满足大规模返排液处理的要求，且成本高、地下水环境风险不明确。
另外，这种处理方式对返排液中大量残余的稠化剂也是一种浪费。
因此，对返排液进行处理后回注也并非是最佳选择。
1.3处理后重复配制压裂液随着非常规油气资源开采力度加大，压裂用水量和压裂废水急剧增加。
油田压裂返排液的处理工艺的研究
油田压裂返排液的处理工艺的研究众所周知，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。
标签：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。
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表 1 压裂返排液污水性质
图 1 不同压裂返排水样
2. 国内常规压裂返排液处理工艺简介
1. 化学氧化－絮凝沉淀－过滤处理工艺 采用双氧水、次氯酸钠等强氧化破胶使返排液中的高分子物质氧化分解成小 分子物质，降低废液黏度，提高传质效率，增加水处理药剂的分散与分解；絮凝 可以改变水中多分散体系表面电性，破坏废液胶体的稳定性，使胶体物质脱稳、 聚集；过滤，去除水中不溶或微溶物，脱色除臭。氧化－絮凝－过滤是油气田污 水处理常用压裂返排液的产生及存在的问题
压裂工艺是油井增产的一项主要措施 在各油田普遍采用。其中最常用的是 水基压裂液它具有高黏度、低摩阻、悬砂性好、对地层伤害小等优点现已成为主 要压裂液类型。 油井压裂过程中产生的返排压裂废液具有污染物成分复杂、浓度高、黏度大，精
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在实际应用过程中该工艺也存在一些不足，具体如下： 第一、 该工艺受温度影响比较大，在低温环境，化学氧化剂反应慢，氧化 时间长，需要较长的停留时间，导致氧化反应罐（池）占地大，不易在现场作业 ， 运输困难等。
第二、 除油效果不明显，系统对乳化油去除效果不佳，需要添加大量药剂， 导致污泥量大，增加污泥处理成本。
图 2 现场应用照片
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表 2 压裂返排液处理数据
项目
原水 （mg/L） 产水（mg/L）
Ca2+
661
186
Mg2+
77
9
总铁
27
0.54
含油量
185
3
悬浮物
354
3
CODcr
2918
850
检测方法 SY/T5523-2000 油
气田水分析方法 HG/T 4327-2012
SY/T 5329-2012
GB11914-89
该技术处理效果稳定，设备占地小，运行费用低，可以橇装化，模块化，比 较适合压裂返排液分散式、间断性处理特点。
3. 结论
随着环保要求提高，油田压裂返排液处理迫在眉睫，处理效果好、自动化程 度高、橇装化、移动式压裂返排处理装置是目前压裂返排液处理技术重点发展方 向之一。
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第三、 过滤器时常堵塞，由于氧化破胶不彻底，污油处理效果不佳，导致 过滤器堵塞严重，影响最终出水效果和整套装置处理能力。
2. 化学氧化－絮凝沉淀－电解氧化－过滤联合处理工艺 电解法集氧化还原、絮凝吸附、催化氧化、络合及电沉积等作用于一体，能 够使大分子物质分解为小分子物质，降解的物质转变成易降解的物质，是污水深 度处理的常用方法。
然而电解技术目前在国内应用情况并不理想，时常存在电极钝化、结垢等问 题，时常需要更换电极，处理效果稳定性差，成本高，操作检修频繁。
设备占地大，运输困难，不太适合压裂返排液现场处理要求。
3. 化学氧化－絮凝磁分离－过滤联合处理工艺 该工艺改进了絮凝沉淀工艺，采用高效磁分离机能够减少沉降时间，缩小设 备占地面积，相对之前两种工艺有改进之处。然后该工艺化学氧化、除油工艺依 然存在，仍然存在处理不达标，设备占地面积大等诸多不足。
4. 臭氧氧化气浮一体装置-旋流溶气气浮-过滤联合处理工艺 该工艺克服了传统化学氧化受温度、反应速率等影响，采用最新臭氧多重 催化 氧化和高效旋流溶气气浮技术，实现压裂返排液快速、高效破胶降粘，同时 能够 高效去除悬浮物、油、胶体等诸多污染物，实现压裂返排液快速、达标处 理后回 注。从多个油田应用情况数据来看（详见下表），该技术处理效果比较 明细，基 本能够满足压裂返排液回注或回用的要求。