油田压裂返排液处理技术

来源:建树环保 2024-09-04 17:23:09 239

我国当前在油田的开发过程中面临着储层改造、油气田的劫探及开采的难题,其中增加油田产量的重要手段就包含压裂技术。石油压裂技术是指利用水的作用力,在油气开采过程中,人为干预使地层造成裂缝,以改善油气在地下的流动速度、流动方向和流动环境。油田压裂技术,随着科学技术和信息化技术的快速发展,为低渗透油田开发和增加单井油气产量发挥了积极作用。

通过压裂技术,能够扩大油井供油半径,提高储层渗透率,降低油气流入井底阻力。通过压裂工艺技术能有效提供储层裂缝渗流能力,采用压裂技术开采油气,对低孔低渗透和复杂断块油气田是一种重要的技术措施,具有生产能力高、经济效益强的特点。压裂技术的应用,也会在开采油田中造成环境污染,压裂返排液含有石油类、甲醛、瓜胶等污染物质,需做好处理工作。

本文将重点对于压裂返排液的危害、压裂返排液处理技术、以及压裂返排液处理技术的创新发展做一个简单分析,探讨在油田增产中压裂技术发挥的重要作用,以便不断的改进压裂技术,促进油田增产,满足社会经济发展的能源需求。

1、压裂返排液的危害

1.1 土壤危害

在自然条件下,压裂返排液污染物难以迅速讲解,含有有机污染物多呈现碱性或酸性,少部分还具有毒性,尽管压裂返排液渗透缓慢,短期内不会影响周围环境,长期渗透下,产生污染会愈发严重,直接危害是周围土壤会降低吸收钾、氮、磷等矿物质能力,导致土壤丧失肥沃性。

1.2 难以处理

压裂返排液所含物质较为复杂,可能含有油井钻探时所用的胶体钻井液,以冻胶状态存在,也较高,造成压裂返排液乳化程度较高,增加了处理废液难度。其中,还存在种类较多的添加剂,也易造成环境污染,浪费资源,耗费经济,提高处理难度。

1.3 成分复杂

压裂返排液中还存在铁细菌、付胜军、硫酸盐还原菌等在地层中生长繁殖,会堵塞、腐蚀油井设备、注水井、固安县等,地层也会由于微生物被堵塞,降低地层渗透率。特别是压裂液内添加诸多添加剂,导致压裂返排液具有不易被降解、高COD、高特点,不经处理或不达标排放,则会污染地表水与地下水。

2、压裂返排液处理技术

2.1 物理方法

2.1.1 悬浮法

该方法是在污水内添加相应物质,让液体杂志可悬浮于水面,操作较为繁琐复杂,工艺原理是利用气压性质,将污水中不易沉淀杂志,利用气压漂浮至污水表面,便于将污水上方漂浮杂志去除,能够有效处理污水不溶杂质,却无法去除其他污染物,使用较少。

2.1.2 过滤法

该方法是常见污水处理方式,主要是利用特殊膜结构,将污水中较大、较小的分子结构相互隔离,能够去除污水污染物。在处理污水中,能够提高处理效率,对于COD去除效率却较低,无明显效果。

2.1.3 絮凝法

该方法常用于高浓度废水处理,通常混凝沉淀法可聚集液体悬浮颗粒杂质,使用方法简单,无需特别装备,经济性较高却会产生诸多沉淀物,尽管解决了污水悬浮物问题,却也产生新问题,即怎样处理沉淀物。但是,也有资料表明,污水使用混凝剂的效果,会随着污水增加随之降低,可去除石油类、悬浮物等,处理COD效果不乐观。在压裂返排液处理中,液体黏度较大,为达到良好混凝效果,需增加过量混凝剂,不仅会造成二次污染,还会延长处理周期,需要将过滤、絮凝法、吸附法工艺联用,提高处理效果。

2.2 微生物法

微生物是生物处理方法,较为节能环保,处理难度却较高,主要是利用生物达成净水目标。以现有研究而言,压裂反派也处理不是单一应用微生物法,需要将其和其他方法联用,处理工艺如下:先开展预处理,增加废水可生化性;而是培反应负荷,外部需投入碳源、氮源及所需生长因子,生成诸多绿膜,得到所需菌种,可利用菌种分解代谢功能,将有机污染物去除,具有投资少、保护生态环境的特点,却存在处理周期长的问题。

2.3 化学方法

2.3.1 化学氧化法

压裂返排液长期处理研究中心,发现使用化学氧化物将有机污染物氧化,具有良好效果,主要是由于压裂返排液成分复杂,仅采取物理方法难以获得理想效果,通过添加氧化剂,降解高分子有机物,可减少污染物浓度,多用于排除压裂返排液有害成分,运用范围广泛。当前,常用化学氧化及包括高锰酸钾、双氧水、次氯酸钠等,通过强氧化剂,可有效、迅速的降解废液有害无机物与有机物,也可称之为初级氧化法,是自由基反应。例如,污水中添加次氯酸钠会发生水解,生成不稳定次氯酸分子,生成新生态氧,氧化性较高,可氧化废液难以降解的污染物,断裂污染物支链,改变分子结构。同时,该方法还能破坏废液发色基团,污水色度降低,操作简单。例如,有学者"将处理后的废液调节pH值至中性,添加次氯酸盐,放置于紫外灯下照射,可达到81.3%的COD去除率。

2.3.2 电化学氧化法

该方法主要是根据污染物杂质得失电子方法去除污染物,污染物得失电子后,将吸附于电极位置,通过诸多反应,达到净水效果。氧化机理有两种,一是直接氧化,即污染物阳极丧失电子被直接降解;二是间接氧化,电化学氧化中生成氧化性中间产物,利用中间产物将污染物氧化降解。而在实际处理污水中,两种机制均可能存在,有研究者利用电化学氧化法对油田废水进行处理,发现可降低废水COD值,直至排放标准,还不会造成二次污染,实现自动化操作。

2.3.3 微电解氧化法

该方法是兼具絮凝吸附、催化氧化、氧化还原与电沉积作用的处理方法,也称为Fe/C微电解法。在酸性水溶液内,碳粒和铁屑形成诸多微小原电池,生成电场效应,破坏溶液分散胶体稳定体系,沉淀的胶体粒子吸附于电击伤,可去除荣业内胶体状态或悬浮状态污染物。而电极反应下,产生Fe2+和[H]原子态化学活性较高,可和废水高分子有机物产生化学反应,分解大分子物质为小分子物质,将发色基团破坏,失去发色能力。并且,Fe2+和Fe3+新生态是良好絮凝剂,碱性条件下生成、,絮凝效果良好,可吸附聚集肺水肿为电池反应生成的不溶物、不溶性胶体及悬浮物质。有学者使用微电解法对原油田压裂废水进行处理,先将压裂废水实施氧化、混凝预处理,再使用微电解法,确定最佳反应条件是pH值1.0,铁:碳为0.67,停留时间是30min,结果显示,COD质量浓度<150mg·L-1,总COD去除率为98.0%,满足国家二级排放标准。通过微电解法,能够有效去除COD,加药量少,处理成本低,适用范围光,却也存在废渣产量达,填料比例复杂,处理装置成本高的缺点。

2.3.4 臭氧催化氧化法

在水中催化剂诱导下,臭氧产生自我分解反应,生成拥有强氧化性羟基自由基,对水中有机物具有降解氧化作用。在处理压裂返排液中,可采取“降黏-混合反应-混凝-沉淀-臭氧催化氧化-活性炭吸附”工艺,工艺选择高锰酸钾为催化剂,催化氧化时间是30~60min,其投加量是1g·L-1,保证处理最终废水满足排放标准。该方法具有产泥量低、加药量少的有点,却受限于臭氧发生率低的问题。

2.3.5 光催化氧化法

在特定光照下,半导体催化剂会产生电子迁越,发生光致电子-空穴,诱发产生氢氧基,利用氢氧基强氧化性,对有机物进行讲解,常用催化剂多使用等。例如,光催化氧化技术采取纳米级作为催化剂,提供最佳条件,COD质量浓度低于100mg·L-1,去除率达到96%,水质满足一级排放要求。氧化方法具有处理速度快、降解效果好的特点,是最有潜力处理方法之一,却存在高能耗、高成本问题。

2.3.6 超声波氧化法

该方法结合了化学技术与物理技术,是利用超声波激发处理污水中有关化学、物理的反应,降级为污水污染物质,能够准确控制某些反应环节,提高反应速率,一定程度上达到高标准污水处理效果。研究者通过不断研究克制,处理技术可有效处理污水,成本较低,相比其他技术更为简单,逐渐受到业界认可,发展前景广阔。

2.4 多种技术联合方法

压裂返排液处理技术的深入研究,仅采取一种方法处理污水,难以达到处理水质要求,通常为优化处理效果,会根据实际情况,联合使用多种技术,实现互相配合,优化处理效果。例如,五步处理法,经过五个步骤处理后,能够减少压裂返排液有害物质含量,达到处理标准,工艺处理流程十分简单,对人员操作无较高要求,不会腐蚀设备,应用广泛。此过程中,可通过物理化学脱稳后,再使用复合催化氧化、过滤等组合工艺进行返排液处理,保证处理水质满足一级排放标准。

2.5 井下氧化处理技术

油气井开采中,开采油气井时间较长,会逐渐降低地层压力,导致幽静压裂液返排率减小,地层将会残留更多废液,不仅会损害地层土壤、水资源等,也将影响采油效果。而采取井下氧化处理方式,通过处理液氧化处理返排液,能够从地层中排挤返排液,使用处理液是有蜡溶剂、氧化剂及其他助剂构成,能够氧化降解压裂返排液污染物质,使得压裂液未能彻底破胶的胶体物质进行分解,成为小分子网状结构,减小,便于排出地层。通过此种处理液方法,可降解废液高分子聚合物,提高压裂返排液降解性。返排液处理,保证处理水质满足一级排放标准。

2.6 固化法处理技术

该方法是将固化剂投入压裂返排液内,固化处理压裂返排液,使得废液能够固化成型,推土复耕。采取此种方法,不仅企业易于获得固化材料,提高处理效果,还能简化处理流程,处理后为动植物生长提供相应环境条件,却存在占地面积大、处理成本高的情况,难以大规模在油田中推广应用。

3、压裂返排液处理技术的创新发展

在压裂返排液处理中,传统处理方法可能污染环境,诸多研究者着手研究清洁式处理方法,获得良好效果。思贝伦谢企业先研究出清洁压裂液,为解决低渗透层和高温井开采问题,提高弹性表面活性剂抗性,开发助表面活性剂、两性离子表面活性剂、各种盐类等构成复合体系,后续开发抗高温表面活性剂。我国由于清洁压裂液研究交完,却也获得良好成果,刘刚芝等研究海水基压裂液体系,主要是利用海水,承受高矿化环境能力液较强,耐高温120℃;江倍等学者研发出SCF耐高温清洁压裂液,通过添加有机/无机阴离子、碱性表面活性剂获得较强粘弹性,能够溶于水的压裂液。

现阶段,清洁压裂液研究中心,追求低伤害、高效、低成本,多集中于复合压裂液研究,相比单一阴离子或阳离子清洁压裂液,其抗温、破胶、抗剪性能更好,使用成本低。可见,我国清洁剂研究仍有所不足,缺乏气藏针对性,需结合储存不同条件,颜值性质不同的清洁压裂剂。而实际应用中,返排液通常含有诸多阳离子表面活性剂,相对分子量小,无法直接被环境降解,提高了处理难度,可能污染环境,需采取压裂液循环工艺,收集返回液循环利用,提高使用清洁压裂液效率。

4、结束语

压裂返排液具有处理难度高、影响范围广的特点,对于油田开采勘探造成严重制约,尽管近几年压裂返排处理技术研发诸多新工艺、新方法,却存在处理成本高、工序复杂的情况。因此,在压裂返排液处理中,需要加强对绿色处理剂的研究,优化现有工艺,通过多种方法资源化利用压裂返排液,降低处理难度。

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