美国页岩气压裂返排液处理技术现状及启示

水力压裂技术是目前页岩气开发依靠的主要储层改造手段,但采用该技术开采页岩气对水资源的消耗情况和压裂施工完成后返排液如何处置则引起了人们广泛的关注。为此,以美国Marcellus页岩区和Barnett页岩区为例,分析整理了其压裂返排液的水质特点与处置方式。在系统归纳美国页岩气开发过程中形成的返排液管理路线的基础上,从处理回用和处理外排两个方面介绍了返排液处理技术现状及研究进展。结论认为：从目前国外应用和研究现状来看,页岩气压裂返排液处理的理论和技术是相对成熟的。进而结合我国页岩气开发的形势,提出了符合实际的压裂返排液处理技术研究框架,明确了研究主题,提出了研究方向和目标建议：①完善页岩气压裂返排液深井灌注技术标准体系;②开展页岩气压裂返排液处理回用技术研究,研发耐盐耐硬度压裂液体系及配方;③开展其他废水回用配制页岩气压裂液体系或无水压裂可行性研究;④探索压裂返排液外排技术应用的可能性。以期为上述热点问题的最终解决提供技术思路。     

页岩储层增产改造工作液的研究与应用

页岩储层具有脆性高、天然裂缝或层理发育、低孔特征和极低的基质渗透率等特点,四川盆地页岩储层压裂改造主要采用滑溜水或"滑溜水+线性胶"的"大液量+大排量"体积压裂模式。针对页岩储层特点,结合改造工艺要求,形成了低摩阻、低伤害、高防膨率的SD常规滑溜水体系及SD页岩气井压裂用线性胶体系。同时为了提高页岩气开发过程中对水资源的使用效率,减少环境伤害,研发出一套高效抗盐滑溜水体系,实现了对返排液高效回收利用。现场应用表明,SD常规滑溜水及线性胶体系性能稳定,现场配制方便快捷,降阻效果明显,完全满足页岩气体积改造的要求;SD高效抗盐滑溜水体系实现了高矿化度下返排液的重复利用,满足了页岩气经济、环境保护的开发要求。      

返排液中离子对滑溜水性能的影响及循环使用

页岩气井大规模压裂返排液总量较大、成分复杂,处理成本高且易造成污染,需循环使用。研究压裂返排液中主要离子对滑溜水压裂液性能的影响,实验发现Ca~(2+)、Mg~(2+)等高价阳离子对液体性能的影响大于低价阳离子,阴离子中Cl~-的影响最大,是水处理的主要目标离子。通过针对性处理降低部分特定离子浓度,处理后的返排液实现二次配液使用,且配制的液体性能完全满足施工要求。使用以上技术在四川威远页岩气开发平台处理返排液并全部配制成滑溜水压裂液,液体性能稳定,现场计算平均减阻率达到78. 5%。     

“水质调节-絮凝-O3氧化”工艺处理胍胶压裂返排液 及回用技术

基于对延长油田某油井的胍胶压裂返排液的水质特性分析,采用"水质调节-絮凝-O3氧化"工艺对该压裂返排液进行处理,通过实验探索各工艺参数对处理效果的影响,并考察了处理后返排液回配滑溜水压裂液的性能。先将压裂返排液的pH值调至9.0,然后加入800 mg/L絮凝剂IF-A和1.0 mg/L助凝剂FA-B,再在通臭氧量30 mL/min处理500 mL返排液的情形下通气处理40 min。处理后水质呈无色、清澈透明状,SS含量小于3.00mg/L,Fe离子含量0.5 mg/L以下,黏度降至1.28 mPa·s,细菌含量低。用处理液回配滑溜水压裂液的各项性能与用自来水配制的滑溜水压裂液性能相近,符合DB.61/T 575—2013《压裂用滑溜水体系》标准,满足滑溜水压裂液配制用水要求。图3表2参11     

橇装气浮与磁分离装置处理压裂返排液的效果

根据油田"十二五"及"十三五"开发规划,2014年至2020年,大庆油田每年将增加压裂井次,单井产生的压裂液量将大幅增加。压裂返排液中含有大量对环境有害的物质,不能直接排放,大量的废液存放在废液坑中存在安全隐患。基于此,油田集成了3套橇装式处理装置用以处理废液池压裂返排液和现场直接返排的废液。根据压裂返排液的水质特点及实验研究结果,制定了"调质—气浮—磁分离"的工艺路线。对三种氧化药剂进行了不同投量和氧化时间的优化试验,1#氧化剂在投加量为100 mg/L、氧化40 min时的黏度去除率达到74%。压裂返排液经橇装装置的调质单元、气浮单元、磁分离单元处理后,其悬浮物、含油量都降低到20 mg/L以下,达到进入联合站的要求。     

页岩气藏压裂返排液回收处理技术探讨

页岩气藏采用大规模、大液量加砂压裂改造后返排液的处理一直是业界备受关注的热点问题,涉及到页岩气藏开发成本与环境保护两个方面。文章就页岩气压裂返排液的回收处理技术展进行了探讨,针对钻磨桥塞以及返排期间,压裂返排液中往往含有大量压裂砂等固相颗粒,分离处理难度大等难题,优化了压裂返排液回收再利用系统,主要包括捕屑模块、除砂模块和精细化过滤模块,通过捕屑模块、除砂模块实现了返排流体的初步"清洁",进一步通过精细化过滤模块对返排液中极细固体杂质进行二次精细化连续过滤,过滤精度达到10 um级别,充分提高回收液的清洁度,使得处理后的液体可直接用作下一层或下一口井压裂基液,返排液回收利用率达到90%以上。该回收再利用系统是压裂返排液深度环保处理必不缺少的组成部分,通过进一步对蒸发技术、膜处理技术、电絮凝技术等各种环保处理技术适用性进行探讨,为国内压裂返排液环保处理技术的创新发展提供借鉴,有利于进一步解决页岩气藏开发过程中水资源瓶颈和环境保护问题。     

耐盐速溶滑溜水体系研究与应用

针对页岩气压裂施工对滑溜水的性能要求及长宁区块页岩气储层特征,室内通过对降阻剂、黏土稳定剂、助排剂的优选评价,形成了配方为0.07%乳液减阻剂+0.1%助排剂+0.3%黏土稳定剂的滑溜水体系,并对该体系进行了性能评价。研究结果表明:用总矿化度为35 484.7 mg/L的返排液配制的滑溜水,其表面张力为23.1 m N/m,降阻率为73.6%,且配伍性能良好。经9口页岩气井的现场应用证明,该滑溜水体系具有速溶、低伤害、低摩阻、低加量、耐盐等优势。     

长宁地区页岩气井出砂原因分析初探

目前长宁地区主体采用大通径桥塞分段压裂工具,压裂完成后不能实现井筒全通径。该地区页岩气井地层出砂较为普遍,除砂手段单一,只能通过连续油管井下冲砂来解除井筒堵塞,该项作业成本高,井下风险大。通过对页岩储层物性、页岩压裂模式、压裂液体系、返排制度适应性等分析表明：页岩气井地层出砂与储层岩石特征、大排量大液量滑溜水加砂压裂模式、压裂后返排制度有关,统计发现,页岩气井出砂量与该井胶液使用量存在一定的相关关系。提出了采用纤维防砂工艺、延长小直径油嘴排液时间、确保胶液在储层中彻底破胶等方式来防止和控制地层出砂,为后期页岩气井出砂防治、页岩气规模效益开发提供了技术支撑。     

清洁滑溜水压裂液在长宁H26平台的应用

目前使用的滑溜水压裂液存在着与返排水不适应以及对储层伤害大等缺点。根据四川盆地南部下志留统龙马溪组页岩特点及施工需要,研发出一种适合长宁区块的清洁滑溜水压裂液体系,进行了室内性能评价和现场应用。室内实验表明,该压裂液主剂JHFR-2的减阻性能好,使用现场返排液配制滑溜水时减阻率可达70%,溶解时间在30 s以内,最优加量为0.07%~0.10%;对岩心渗透率恢复率为91.9%;压裂液无毒,易返排。在长宁H26-4井的应用表明,清洁滑溜水压裂液的降阻性能好,能达到连续在线混配施工的要求,完全满足长时间大液量大砂量的页岩气井地层压裂。该压裂液配制工艺简单,可降低施工成本,有较好的应用前景。      

压裂返排液电催化氧化解交联降黏分析*

为了研究电催化氧化技术处理压裂返排液中的主要有机物羟丙基胍胶降黏机理,考察了处理条件如处理时间、处理温度、电流密度等对模拟羟丙基胍胶基压裂返排液黏度、硼赋存形态的影响,以及通过极板电子交换的直接氧化与电化学过程生成的活性氧化物的间接氧化对羟丙基胍胶降解的影响。研究表明,羟丙基胍胶压裂返排液的降黏率随电催化氧化处理时间延长、温度的升高、电流密度的增加、Cl-浓度增加而提高,研究得到最佳处理条件:时间>100 min、温度>25℃、电流密度≥70 A/m²、[Cl^-]≥4855 mg/L;电催化氧化降解过程中间接氧化与直接氧化共同起作用。压裂返排液在降黏的同时可以解交联并释放出交联的硼。     

磁分离技术在石油及化工领域的应用

磁分离技术作为一种新兴的分离技术具有处理量大、效率高、选择性好以及处理过程中不产生二次污染等优势。基于磁分离技术的原理和技术特点,调研分析该技术在石油及化工行业废水处理、催化裂化催化剂分离和费-托合成催化剂分离领域的应用现状。磁分离技术对于石油及化工行业废水中重金属、油类及微细悬浮物有良好的分离效果;采用该技术分离、回收催化裂化催化剂流程简单,经济效益高;经磁分离技术分离后,费-托合成液态产物中的催化剂含量显著降低。磁分离技术具有广阔的应用前景,建议在磁种回收、聚磁介质的选择以及新型磁分离设备的研发等方面要重点关注和突破。     

元坝气田采出水电化学氧化法除氨氮工艺研究

针对元坝气田低温蒸馏站现有处理工艺环节多、产泥量大等问题,拟引入电化学氧化法对采出水进行预处理,以除氨氮和降低有机物含量。通过小试优化了电化学氧化反应中电流强度、电解时间。结果表明,采出水脱除硬度之后,当电解电流为1 200 A、反应时间为30 min时,氨氮去除率可达100%,同时有效降低废水有机物含量,此时吨水处理成本为7.56元。结合低温蒸馏站实际情况,中试采用“澄清软化+电解脱氨氮+反渗透+MVR蒸发”工艺,缩短处理流程,可有效降低药剂及污泥处置成本,为后续新建资源化站提供了理论和工艺设计支撑。      

电催化氧化处理N-甲基二乙醇胺废水

将N-甲基二乙醇胺（MDEA）与去离子水按一定比例混合,制得MDEA模拟废水,然后选用电催化氧化技术,研究了去除模拟MDEA废水中总有机碳（TOC）的最佳工艺条件,并应用于工业MDEA废水的处理试验。结果表明:电催化氧化法净化处理模拟MDEA废水最佳工艺条件为:MDEA废水的初始pH值为9,Cl-的初始质量浓度为5 000 mg/L,以Ti/RuO2-IrO2电极为正极,电极板间距为2 cm,工作电流为4 A;在此最佳处理工艺条件下,模拟MDEA废水经电催化氧化处理8 h的TOC去除率为91.90%,而工业MDEA废水在同等实验室处理条件下的TOC去除率仅为52.79%,这可能是因实际工业MDEA废水中含有噻吩、苯并三唑、苯环类等复杂有机物且具有更高的化学稳定性,较难处理所致。     

钢管3PE防腐生产中的自动脱管探讨——漏磁检测钢管接口

介绍了钢管3PE防腐生产线现有的钢管传动线自动追脱控制系统和该系统存在的不足,提出一种用漏磁检测方法检测钢管接口实现自动脱管的方案,解决了我国目前钢管3PE防腐生产中自动脱管难以实现的问题。     

风城超稠油预处理工艺的改进

风城超稠油混合油（含60%~70%风城超稠油）进入焦化电脱盐装置时存在电流经常超限的问题,通过分析发现原料罐底水含量偏高是主要原因。通过采取增加原料罐脱水频率、提高原料罐温度、罐底油带炼、破乳剂注入点前移、降低混合阀混合强度和变压器电压的措施,使电脱盐装置能够安全平稳运行,净化油水含量（w）控制在0.5%以下,盐（NaCl）含量控制在7.5 mg/g以下。为了进一步降低净化油中水、盐含量,使其达到装置指标要求[水含量（w）不大于0.3%,盐（NaCl）含量不大于3.0 mg/g],提出了进一步改进的措施。     

环己酮装置废碱液分离技术的工业应用

为解决环己烷氧化法制备环己酮中氧化液废碱的分离问题，提出了将重力沉降技术、旋流分离技术和聚结分离技术依次串联组合的梯度分离技术，同时采用较为先进的两段逆流碱洗工艺，实现水的循环利用。该技术在巴陵石油化工有限责任公司80kt/a环己酮生产装置上的应用结果表明，当一级碱洗分离器进口Na+含量在2.92%～3.20%，经过碱洗分离系统处理后，聚结器出口有机相中Na+的质量浓度由改造前的6 mg/L以上降低为3mg/L以下，聚结器出口有机相中水含量由改造前的0.1%~0.2%降低为0.05%左右。环己酮生产工艺中烷蒸馏塔工作周期由改造前的平均2个月延长至9个月以上，实现整套装置长周期稳定运转。同时，降低了生产成本，减少了环境污染。     

叔丁醇-乙醇-水混合溶液萃取分离工艺流程模拟与优化

以乙二醇为萃取剂,利用Aspen Plus软件中的Rad Frac模块和NRTL物性方法对叔丁醇-乙醇-水混合溶液的常规萃取和隔壁塔萃取分离工艺流程进行了模拟与优化,分别考察了各塔回流比、塔板数、原料进料位置、萃取剂用量及进料位置、侧线采出位置等因素对分离效果的影响。结果表明:隔壁塔萃取分离模拟工艺最佳优化条件中萃取塔T 1～T 4的理论塔板数依次为26,26,41,15块,进料塔板依次为第7,15,40,16块,回流比依次为2.5,1.3,2.7,2.0,T 2和T 3萃取剂进料位置均为第5块;2种工艺分离出的叔丁醇、乙醇、水的质量分数均超过95.00%,且隔壁塔萃取分离工艺比常规萃取分离工艺节能约65.03%。     

丙酮-丁醇精馏工艺中丁醇塔的优化模拟

针对发酵法的丙酮-丁醇精馏工艺中能耗较高的问题,提出一个优化方案:在醪塔增加一个侧线出料,醪塔的侧线与塔顶出料分别从不同位置进入丁醇塔,并增加丁醇塔的塔高,同时将丁醇塔内的分相罐移至塔外。采用PRO/Ⅱ化工流程模拟软件对优化后的丁醇塔进行模拟计算,考察了理论塔板数、进料位置、回流比对分离性能的影响。优化的丁醇塔为40块理论塔板,两股进料位置分别为第8块和第14块理论塔板,回流比为4。在此条件下,丁醇塔塔顶馏出物中水的质量分数由8.56%降为2.18%,丁醇的质量分数由2.71%降为微量,蒸汽消耗量与原丁醇塔相比降低了52.6%。工业试运行结果与优化结果吻合良好。