页岩气压裂返排液处理
四川某地页岩气压裂返排液处理工艺研究
四川某地页岩气压裂返排液处理工艺研究
马宏国;汪凯;郭玥;张怡情;谭斌
【期刊名称】《山东化工》
【年(卷),期】2024(53)1
【摘要】页岩气压裂返排液是一种高盐、有机物成分复杂、水质变化范围宽的废水,难以采用单一生化工艺处理。
采用“臭氧催化氧化/高铁酸盐氧化+双碱法软化+纳滤膜+反渗透膜”联合处理工艺对该废水进行处理,并研究2种氧化工艺对TOC去除效果,软化和膜法脱盐的效果。
结果表明,臭氧催化氧化和高铁酸盐氧化对TOC降解率分别为60%,70%;双碱法软化对Ca^(2+)、Mg^(2+)硬度去除率分别为90.5%,77.8%;膜法脱盐工艺中纳滤对硫酸根拦截率95%,一、二级膜脱盐率分别为99%,95%,工艺出水达到《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中地表水Ⅲ类水域标准。
该联合处理工艺具有一定参考应用价值,可为页岩气压裂返排液达标处理提供参考。
【总页数】4页(P51-54)
【作者】马宏国;汪凯;郭玥;张怡情;谭斌
【作者单位】杭州上拓环境科技股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】X703.1
【相关文献】
1.页岩气压裂返排液处理工艺试验研究
2.页岩气压裂返排液外排处理技术研究现状及展望
3.页岩气压裂返排液电渗析脱盐处理技术研究
4.页岩气压裂返排液电化学处理现场试验研究
5.页岩气压裂返排液处理技术研究进展
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页岩气压裂返排液处理技术
页岩气压裂返排液处理技术以下是关于页岩气压裂返排液处理技术的简要介绍：1.引言简要介绍页岩气开采中的压裂工艺和返排液产生的背景。
强调返排液处理的重要性，以减少对环境的影响。
2.返排液组成与特点描述页岩气压裂返排液的组成和特点。
包括水、添加剂、固体颗粒、溶解物质等成分。
强调返排液的高盐度、高温度、高压力、高粘度等特性，以及对环境和水资源的潜在危害。
3.返排液处理技术介绍不同的返排液处理技术，包括物理处理、化学处理和生物处理等方法。
解释每种处理技术的原理、适用范围和效果。
提供相关案例和实践经验，以支持每种处理技术的可行性和有效性。
4.回收与再利用讨论返排液回收和再利用的技术和方法。
强调回收返排液可以减少水资源消耗，并减少对环境的影响。
提供回收和再利用成功案例，并说明相关经济和环境效益。
5.处理废弃物讨论处理返排液产生的固体废弃物的技术和方法。
强调固体废弃物的正确处置对环境和人类健康的重要性。
提供合适的固体废弃物处理方法，如沉淀、过滤、干燥等。
6.监测与法规遵守强调返排液处理过程中的监测和监控的重要性，包括水质、废弃物管理和排放标准的符合情况。
提醒企业遵守国家或地区的法规和规范，确保返排液处理活动合法和可持续发展。
7.研究与创新强调持续的研究和创新在返排液处理技术方面的重要性。
鼓励开展更高效、环保和经济可行的返排液处理技术研究，以满足不断增长的页岩气开采需求。
请注意，以上是关于页岩气压裂返排液处理技术的简要介绍。
实际的处理技术和方法可能需要根据特定的地质条件、返排液组成和环境要求进行调整和选择。
在实施返排液处理技术时，请确保遵守相关的法规和标准，并与专业机构和监管部门合作，以确保处理过程安全、有效，并对环境产生最小的影响。
页岩气压裂返排液处理技术的研究综述
页岩气压裂返排液处理技术的研究综述开采页岩气的一般规律表现为初期产量较高，经过一段时间的开发后产量呈快速递减趋势，进入开发后期之后气井具有低产稳产、生产周期长的特点。
为提高页岩气井采收率，通常需要采用压裂技术，但在应用该技术时可产生具有高污染性的返排液。
本文综述了返排液的处理技术情况，包括物理处理技术，化学处理技术，生物处理技术；同时简单阐述了新处理技术的发展动向。
标签：返排液；压裂；页岩气；综述页岩气属于非常规形式的天然气，主要存在于有机质丰富、孔隙率及渗透率极低的页岩储集层当中，由于在开采页岩气的过程中需要采用人工的方法进行大型储层造缝或造网处理，因此页岩气也有人造气藏之称。
在造缝或造网时需要应用压裂技术，应用压裂技术后产生的返排液必须进行特殊的处理。
本文对近年来处理返排液的相关技术进行了综述，具体如下。
1、压裂返排液处理技术综述1.1 物理处理技术综述处理返排液时可以采用的物理技术包括自然蒸发、冻融、过滤等。
冻融指的是对返排液进行冷冻处理，使返排液结冰，结冰的过程中可析出盐类物质，因此可降低冰中盐的浓度，随后加热冰块获得盐浓度较低的盐水，并由此分离水、盐类物质。
冻融技术对于气候条件的要求较高，因此目前没有得到大规模的使用。
自然蒸发指的是利用日照产生的能量去除返排液中的水分，在水分完全蒸发后，对剩余的淤泥及盐类物质进行固化处理即可。
自然蒸发技术的处理成本较低，但处理能力相对较小，且需要的时间较长，土地与温度等自然条件均可对处理过程与效果产生影响，因此适用范围较小。
目前自然蒸发技术被应用于我国沙漠地区与美国西部地区仅需要处理少量返排液的页岩气开发工程中。
过滤技术指的是分离返排液中的液体与固体，从而将液体中的脂类物质、油类物质、悬浮物及机械杂质等去除，在进行过滤处理的过程中通常需要使用活性炭，以增强对于固体小颗粒的吸附作用。
滤芯孔径与滤网孔径是决定过滤效果的主要因素，如过滤器的孔径较小，则孔道容易被细菌黏液堵塞，需要清洗滤网才能有效保证返排液的处理效果达到要求。
压裂返排液处理技术方案
压裂返排液处理技术方案压裂返排液是在页岩气或致密油开采过程中产生的含有大量固体颗粒、有机化合物和盐类的废水。
为了减少环境污染，必须对压裂返排液进行处理。
以下是一种压裂返排液处理技术方案，包括整体流程和每个环节的详细描述。
整体流程：1. 预处理：去除固体颗粒和沉淀物。
2. 生化处理：利用生物方法降解有机化合物。
3. 分离技术：使用物理化学方法分离压裂返排液中的盐类和其他污染物。
4. 中水回用：将处理后的废水进行处理，使其符合再利用的要求。
5. 残渣处理：处理剩余的固体废物和沉淀物。
详细描述：1. 预处理：将含有固体颗粒和沉淀物的压裂返排液经过初步过滤，去除大颗粒的固体物质。
可以通过物理方法，如筛网、沉淀池、离心机等进行处理，以去除大颗粒固体物质。
2. 生化处理：经过预处理后的压裂返排液中仍然含有大量的有机物。
这些有机物可以通过生物降解来去除。
可以通过搭建生物反应器，如活性污泥法、生物膜法等，利用微生物对有机物进行降解，从而达到净化废水的目的。
3. 分离技术：生化处理后的废水中仍然含有盐类和其他杂质。
可以通过离子交换、逆渗透、膜过滤等物理化学方法来分离废水中的盐类和其他污染物。
离子交换可以去除废水中的离子污染物，逆渗透可以通过膜的选择性透过性去除盐类和溶解性有机物。
4. 中水回用：经过分离技术处理后，废水中的盐类和污染物被有效去除，可以将中水回用于压裂作业或其他工业用水。
这样不仅能减少淡水的使用，还能减少对环境的污染。
5. 残渣处理：在处理压裂返排液时，会产生一定数量的固体废物和沉淀物。
这些残渣需要经过特殊处理来处理。
可以采取固化、焚烧、填埋等方法进行处理，确保不会对环境产生二次污染。
以上是一种压裂返排液处理技术方案的整体流程和每个环节的详细描述。
在实际应用中，还需要根据具体情况进行调整和改进，以达到更好的废水处理效果和环境保护效果。
页岩气返排液处理方法
页岩气返排液处理方法
页岩气的生产过程中会产生大量的返排液（flowback water），返排液中含有多种化学物质和杂质，需要经过处理才能安全地进行处理或排放。
以下是常见的页岩气返排液处理方法：
1. 沉淀池处理：将返排液暂时存放在沉淀池中，利用重力作用使悬浮物沉淀到底部。
然后，清除沉淀物，并将清水排放或进行进一步的处理。
2. 过滤处理：使用过滤器或纤维滤料过滤返排液，去除悬浮物和颗粒物。
过滤后的液体可以更安全地处理或排放。
3. 活性炭吸附：将返排液通过活性炭床，活性炭具有吸附有机化合物和其他污染物的能力。
这种方法可以有效去除有机物质和某些化学物质。
4. 反渗透：使用反渗透膜过滤返排液，以去除其中的溶解性盐和有机物。
这种方法可以产生高质量的水，可以用于再利用或安全排放。
5. 化学处理：使用化学产品对返排液进行处理，包括调整pH 值、添加凝聚剂和氧化剂等。
这些化学品能够帮助去除污染物并促进沉淀和过滤过程。
6. 生物处理：利用微生物或生物反应器对返排液中的有机物进行降解。
这种方法可以有效地去除有机物质并将其转化为更稳定和安全的产物。
以上方法可以单独或结合使用，根据特定情况选择适合的处理方法。
为了确保返排液的安全处理，需要进行相应的监测和测试，并遵守相关的环保法规和标准。
页岩气压裂返排液无害化处理技术简述
页岩气压裂返排液无害化处理技术简述江苏泰州225300摘要：页岩气压裂返排液量大、水质复杂, 对生态环境危害较大, 其处理、处置技术是制约页岩气规模有效开发的瓶颈问题之一。
页岩气是蕴藏于页岩层中，赋存于以富有机质页岩为主的一种非常规天然气。
随着页岩气开采技术的进步，已成为世界天然气产量增长的主要推动力。
由于页岩气的气藏特点，采用水力压裂技术是提高天然气收率的必要手段。
而在水力压裂过程中，大量高压水注入矿井中破裂岩层，释放天然气。
被注入到地层的高压水，会在页岩气产气的不同阶段返排回地面，即压裂返排液和产出水，统称为采出水。
本文主要对页岩气压裂返排液无害化处理技术进行简述，详情如下。
关键词：页岩气；压裂返排液；无害化处理引言目前，全球页岩气储量巨大，开展页岩气商业开发的国家主要是美国、中国、阿根廷和加拿大。
页岩气开采潜力巨大，开采寿命长、生产周期长，并且具有“低碳、洁净、高效、低污染”的优势，具有很大的开采价值。
然而，页岩气储集层地质条件较为复杂，具有超低孔隙度和渗透率，与常规油气相比，开发难度相当大，必须通过一些特殊的技术手段来实现商业化开采。
页岩气藏“天然”生产产量极低，为了使页岩开采有价值，必须在短期内收回投资成本并具有一定利益，压裂是页岩有效开采的唯一途径。
1压裂返排液的特点在页岩气开采过程中，为保证设备正常运转，会向压裂液中加入大量的高分子聚合物，包括稠化剂、支撑剂、稳定剂等十几种添加剂。
仅在2005年之后的4年内，就有多达750种的化学试剂被用于压裂液中，在这些化学试剂中，既含无毒物质，也含有毒物质，且有毒物质的种类多、范围广，共涵盖29种类别。
因此，众多添加剂导致返排液具有高COD、高稳定性、高粘度的特点。
返排液中除含大量高分子聚合物外，还含一定量的泥沙、油类、硫化亚铁等悬浮物(SS)和溶解性固体(TDS)。
返排液中的TDS取决于地层水和岩层中矿物质的组分和浓度，主要以Na+、Cl-为主，多种无机盐共存的复杂体系，部分地区还携带出岩层中的重金属和放射性元素，如钡、锶。
压裂返排液处理方案
压裂返排液处理方案
压裂返排液是指通过压裂作业所产生的含有大量固体颗粒、有机物和化学添加剂的废水。
处理压裂返排液需要采取多重技术和方案，以确保废水的安全排放或有效回收利用。
以下是一种常见的压裂返排液处理方案：
1. 溶解气浮：将压裂返排液首先加入溶解气浮槽中，通过加入一定量的药剂和气体，使其中的悬浮物和油脂等污染物从废水中浮出，形成浮渣。
2. 机械过滤：将溶解气浮后的废水进一步通过机械过滤设备，如滤网或滤料，去除较小的颗粒物和悬浮物。
3. 活性炭吸附：将过滤后的废水通过活性炭吸附器，吸附其中有机物质和化学添加剂等溶解性污染物。
4. 生物处理：将吸附后的废水通过生物反应器进行生物降解处理，利用微生物降解有机物质和部分化学添加剂。
5. 深度过滤：将生物处理后的废水进行深度过滤，去除残留的微生物和颗粒物。
6. 杂质去除：通过离子交换等方式去除废水中的重金属离子和其他残留杂质。
7. 监测和排放：对处理过的废水进行监测，确保达到当地环保
标准后，安全进行排放或者回用。
需要注意的是，不同地区和不同情况下的压裂返排液可能存在一定的差异，因此处理方案可能需要根据具体情况进行调整和优化。
同时，处理过程中需要遵循相关环保法规和标准，并严格控制处理过程中的废弃物和废气排放。
页岩气压裂返排液处理
页岩气压裂返排液处理页岩气压裂返排液处理方法研究1 研究目的及意义页岩气作为重要的非常规天然气资源，已成为全球油气资源勘探与开发的新亮点，但其特殊的钻采开发技术可能带来新的环境污染问题，尤其是在页岩气压裂作业过程中将产生大量压裂返排废水，这类废水中含有随着返排废水带出的地层地下水、废压裂液和钻屑等，具有高盐、高矿化度、高色度、含有毒有害物质、可生化性差和难处理的特点。
因此，研究页岩气压裂返排液处理技术，对于缓解开发区块的环境问题显得格外重要，同时对于保障页岩气的正常生产和可持续发展具有重要意义。
2 国内外现状中国石油西南油气田分公司已形成了加砂压裂用滑溜水返排液重复利用技术并在现场应用。
其基本处理回用流程为：返排液→物理分离→水质检测→水质调整→水质检测→压裂用水或与清水混合后作为压裂用水。
现场通过过滤、沉降去除机械杂质，补充添加剂来调整返排液性能，使其满足压裂施工要求，重复利用。
该处理方式相对简单，但对成分较复杂的返排液处理后需与清水稀释才能满足压裂用水要求。
2.1 常规压裂返排处理技术1）自然蒸发依靠日照对返排液进行自然蒸发，去除水分，剩余盐类和淤泥采用固化处理。
该方法处理能力小，处理周期长，受自然条件限制（温度和土地）。
美国西部部分州和中国部分沙漠地区少量的返排液采用了自然蒸发处理。
2）冻融冻融是将返排液冷冻至冰点以下结冰，盐因溶解度降低而析出，使冰的盐浓度降低，再将冰加热融化得到低浓度盐水，从而实现盐一水分离。
该方法受地理气候限制，需要足够的冰冻天气，未见工业化应用报道。
3）过滤过滤常被用于返排液预处理和返排液处理后固-液分离，去除机械杂质/悬浮物等，也能在过滤时将部分油(脂)除去，且通常配以活性炭吸附处理。
过滤效果受滤网/滤芯孔径限制，过滤效率受过滤后的水质要求限制。
对于一些孔径较小的过滤器，细菌的存在将产生豁液堵塞过滤器，清洗后也难以保持。
过滤处理返排液在国内外各大油气田均有应用，但通常与其它处理技术复合应用，除去返排液自身和处理过程中产生的机械杂质。
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页岩气压裂返排液处理方法研究
1 研究目的及意义
页岩气作为重要的非常规天然气资源，已成为全球油气资源勘探与开发的新亮点，但其特殊的钻采开发技术可能带来新的环境污染问题，尤其是在页岩气压裂作业过程中将产生大量压裂返排废水，这类废水中含有随着返排废水带出的地层地下水、废压裂液和钻屑等，具有高盐、高矿化度、高色度、含有毒有害物质、可生化性差和难处理的特点。
因此，研究页岩气压裂返排液处理技术，对于缓解开发区块的环境问题显得格外重要，同时对于保障页岩气的正常生产和可持续发展具有重要意义。
2 国内外现状
中国石油西南油气田分公司已形成了加砂压裂用滑溜水返排液重复利用技术并在现场应用。
其基本处理回用流程为：返排液→物理分离→水质检测→水质调整→水质检测→压裂用水或与清水混合后作为压裂用水。
现场通过过滤、沉降去除机械杂质，补充添加剂来调整返排液性能，使其满足压裂施工要求，重复利用。
该处理方式相对简单，但对成分较复杂的返排液处理后需与清水稀释才能满足压裂用水要求。
2.1 常规压裂返排处理技术
1）自然蒸发
依靠日照对返排液进行自然蒸发，去除水分，剩余盐类和淤泥采用固化处理。
该方法处理能力小，处理周期长，受自然条件限制（温度和土地）。
美国西部部分州和中国部分沙漠地区少量的返排液采用了自然蒸发处理。
2）冻融
冻融是将返排液冷冻至冰点以下结冰，盐因溶解度降低而析出，使冰的盐浓度降低，再将冰加热融化得到低浓度盐水，从而实现盐一水分离。
该方法受地理气候限制，需要足够的冰冻天气，未见工业化应用报道。
3）过滤
过滤常被用于返排液预处理和返排液处理后固-液分离，去除机械杂质/悬浮
物等，也能在过滤时将部分油(脂)除去，且通常配以活性炭吸附处理。
过滤效果受滤网/滤芯孔径限制，过滤效率受过滤后的水质要求限制。
对于一些孔径较小的过滤器，细菌的存在将产生豁液堵塞过滤器，清洗后也难以保持。
过滤处理返排液在国内外各大油气田均有应用，但通常与其它处理技术复合应用，除去返排液自身和处理过程中产生的机械杂质。
4）臭氧氧化
臭氧氧化是利用臭氧的强氧化性去除返排液中的色、浊、嗅味以及可溶性有机物(包括挥发性酸、苯系物和环烷酸等)、油(脂)以及重金属等。
该方法常与过滤配合应用，将一些重金属离子氧化成不溶性物质，过滤去除。
中原油田、河南油田将臭氧化与絮凝等技术复合应用，取得了较好效果。
5）化学絮凝
絮凝剂加人返排液中能使返排液中的悬浮微粒集聚变大或形成絮团，加快悬浮微粒的聚沉，实现固-液分离。
为了提高化学絮凝效果，减少絮凝剂用量，常先采用臭氧对返排液进行氧化处理，再进行化学絮凝。
胜利油田采用化学絮凝处理王家岗污水站的返排液和钻井、洗井废水的混合物，处理后的水质达到了油田采出水处理系统要求。
6）电絮凝
电絮凝利用直流电的解离作用，在阳极产生Al3+、Fe2+等离子，经水解、聚合及Fe2+氧化，形成各种经基络合物、多核轻基络合物、氢氧化物，使返排液中的胶状杂质、悬浮杂质失去稳定性而凝聚沉淀分离。
同时，带电杂质颗粒在电场中泳动，其电荷被电极中和而失去稳定性聚沉。
此外，电絮凝能使返排液过滤效率大幅提升。
有试验表明：电絮凝后返排液通过0.45um滤膜时的速率提高了7~8倍，且不受絮体量的影响。
但电絮凝会消耗电极，普通钢或铝电极易结垢，有机物易吸附在电极表面形成涂层，降低处理效果。
电絮凝处理返排液常与臭氧化、过滤或其它深度处理方式复合应用。
海拉尔油田采用将电絮凝与悬浮污泥过滤(SSF)污水净化处理技术复合应用，取得了良好效果。
7）反渗透
反渗透利用淡水与盐水的渗透压不同，在压差作用下使返排液中盐-水分离。
由于机械杂质冲刷将造成膜表面损坏，可溶性烃类可使膜失去分离性能，因此在处理前需对返排液进行过滤和软化预处理。
目前，反渗透能够处理总盐度(TDS)高达
40000 mg/L的返排液。
反渗透处理返排液在国内仅见室内研究报道，而国外已将反渗透与其它处理技术复合应用。
如Woodford页岩气田在其它处理技术的基础上采用反渗透深度处理，可将返排液处理成清水。
8）蒸馏
蒸馏利用返排液中固液组分沸点不同，加热蒸发水分，实现固一液分离，而蒸馏出的水经冷凝后回收利用。
DTE Gas Resources公司开展的现场试验表明，蒸馏处理返排液并不经济。
2.2返排液处理新技术
1）Ecosphere臭氧处理技术
普通臭氧处理技术对返排液的处理表现出选择性，与臭氧反应速率快的成分先被除去，而反应速率慢的成分不易除去。
Ecosphere公司采用超声波催化，活性炭与臭氧氧化协同作用的处理方式，不使用化学药剂，利用臭氧破坏细胞壁杀
作为催化剂提高其催化活灭细菌、抑制结垢，并采用活性炭表面负载纳米MnO
2
性。
同时，利用超声波发生水力空化反应，促进臭氧分解生成经基，使难降解有机物的去除率显著提高。
Ecosphere公司利用该技术不仅为美国西南能源公司和新田石油等这样的大型石油企业提供服务，也为其它中小石油公司提供类似服务。
2）臭氧/超声波/电絮凝/反渗透复合技术
臭氧/超声波/电絮凝/反渗透复合技术利用臭氧和超声波氧化重金属和有机物，然后经电絮凝除去悬浮物，再通过反渗透处理成清水。
3）MI SWACO技术
Schlumberger公司研发了一种MI SWACO水处理装置，可为油气田提供移动式压裂返排液处理。
该技术利用过滤器去除水中若干微米尺寸粒径的微粒，通过化学沉淀除去溶解于返排液中的钙、镁、铁、钡等金属离子，已在美国许多非常规和常规油气田的开发中实现了现场应用。
4）Clean Wave技术
Halliburton公司开发出了一种Clean Wave移动电凝技术。
该技术通过紫外线杀菌，利用电絮凝使悬浮物絮凝,最后通过过滤除去絮体。
5）机械蒸汽再压缩技术
机械蒸汽再压缩技术(MVR)首先回收蒸发或浓缩过程中损失的热量，经压缩使压力和温度升高，然后再输送到蒸发器作为加热蒸汽的热源，使返排液沸腾，而压缩蒸汽再次冷凝成蒸馏水，蒸发残留物即为浓缩的盐溶液(含盐和淤泥等)，实现固-液分离。
3 主要研究内容
本项目的主要研究目标是在了解和充分认识返排液成分的基础之上，结合“氧化——絮凝——过滤”的处理工艺路线，研究页岩气压裂返排液处理方法，本项目的主要研究内容如下：
1、返排液流体性质分析
1）测定返排液中Na+，K+，Ca2+，Mg2+，Cl-，，等各项离子的含量。
2）测试返排液pH值、密度、粘度、细菌含量、悬浮物含量、氧、总铁、硫化物等辅助性指标。
3）测定返排液表界面张力、防膨、成垢等性能指标。
并将返排液流体分析和性能评价数据与原始减阻液各项性能进行对比与分析。
2、返排液的水质处理
1）氧化剂筛选及氧化剂剂量优选
2）絮凝剂筛选及氧化剂剂量优选
3）选定现场水处理方法，制定现场水处理方案；
3、有针对性地处理返排液中的不同成分，对有用成分进行合理收再利用，降低处理和循环利用的成本，实现技术与经济的良好结合。
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