页岩气压裂返排液无害化处理

页岩气开发水平井大型压裂作业淡水消耗量大，返排液含有多种地层矿物离子、残余添加剂和悬浮物，如何对其进行无害化处理，是一道环保技术难题。

2013年，中原石油工程公司钻井工程技术研究院副总师、环境保护研究所所长何焕杰带领科研人员，以废水再利用为目标，围绕严格控制引入外来干扰离子，保留有效成分、去除有害成分等课题进行攻关。经过两年多的努力，他们自主研发的页岩气压裂返排液复合混凝-过滤-吸附净化处理及配液工艺，不仅节约了淡水资源，而且消除了压裂施工对周边生态环境的不利影响，实现了页岩气绿色环保及安全高效开发。

打响攻关战役，压裂返排液需进行无害化环保处理

页岩气开发，特别是致密页岩气，一般采用多级分段、高排量和超大液量的压裂模式。仅一口井压裂就需要2万～4万立方米压裂液，压裂后产生含有石油、重金属离子、有机物等成分的压裂返排液，是一种难以处理的油气田工业有机废水。

“可别小看这类返排液，如果得不到妥善处理，就会污染土壤及水源。”何焕杰说。

何焕杰与科研人员采集了4口页岩气井的6个压裂返排液水样，参照国家标准对水质指标进行了分析。

结果发现，压裂返排液中主要污染物是悬浮物、石油类、有机物、重金属离子和矿物质（包括碱金属、碱土金属和过渡金属离子、硼酸根等）。

出于环境保护和重复利用方面的考虑，页岩气压裂返排液必须进行无害化环保处理。只有达到相关回用标准，才能重复再利用。

于是，一场针对页岩气压裂返排液的技术攻关战役打响。

两年攻关，形成系列技术成果

丁页2-HF井产生的压裂返排液经过4种不同工艺处理，复合混凝-过滤-吸附联合净化处理工艺效果最好。

这一发现，让何焕杰与科研人员兴奋不已。

他们又进一步考察了不同工艺处理的净化液与压裂液添加剂的配伍性，将其重新用于压裂液黏度稳定性的配制中。实验表明，压裂返排液经复合混凝-过滤-吸附工艺处理后，既可配制减阻水，又可配制胶液压裂液。

找到攻关方向就有了目标。何焕杰与科研人员开始对复合混凝处理工艺进行研究。他们通过对15种单一混凝剂和复合型混凝剂对压裂返排液中石油类、悬浮物、总铁和硼等污染物的分离效果进行系统研究，优选出其中一种复合混凝剂YN。

随后，他们对涪页1-HF井、元页1-HF井等4口井的压裂返排液进行处理。复合混凝工艺处理压裂返排液的适应性较强，处理的净化液水质指标符合配制减阻水压裂液体系的用水水质指标要求。

压裂返排液经复合混凝工艺预处理后，除硼外水质情况均能满足配制减阻水压裂液的水质要求。于是，科研人员又开始对微量硼的深度分离工艺进行研究。

最终形成压裂返排液再利用净化工艺、复合混凝处理工艺、压裂返排液吸附深度处理工艺等技术。

自主研制专用装置，实现压裂返排液循环利用

焦页4号平台返排液经橇装式装置现场处理后，被装进罐车，运至焦页5号平台压裂液废液池，处理后重新用于配制压裂液，对焦页5-1HF井第8段进行压裂作业。

为了使研究成果发挥到极致，他们自主研制了专用装置。该装置不仅能让压裂全过程中的压裂液不落地，而且能对压裂返排液进行环保处理和循环利用。

这套专用装置有复合混凝、板框分离、过滤和吸附4个模块单元，可根据需求灵活进行不同模块的组合，形成页岩气压裂返排液净化处理成套装置。

其中，用于配制减阻水压裂液的快速净化装置由复合混凝、固液分离和过滤3个单元设备组成，该套装置处理能力为20～25立方米/小时。

用于配制胶液类压裂液的净化装置，由复合混凝、固液分离、过滤和吸附等4个单元设备组成，装置处理能力20～25立方米/小时。

“经过处理的压裂返排液完全符合配制压裂液的行业技术要求，可以配制滑溜水、线性胶等不同压裂液。”何焕杰介绍说，“相比将压裂返排液处理后达标排放，这项技术不仅减少了处理返排液的投入，而且实现了返排液的循环利用。”

该装置先后在涪陵页岩气示范区12个平台40余口井上进行了推广应用，处理返排液4万余立方米，循环利用率超过95%，不仅节约了淡水资源，而且消除了压裂施工对周边生态环境的影响，实现了页岩气绿色环保及安全高效开发。