页岩气压裂返排液生物处理技术研究进展

页岩气作为国家新能源战略的重要组成部分,其开采一般采用水力压裂技术实现,生产过程中伴生数量较大的压裂返排液(采出水)。在国家“双碳”战略下,高盐度、高COD值的压裂返排液达标处置成为一个重要的行业性绿色技术命题。聚焦页岩气压裂返排液生物处理技术,总结了活性污泥、生物膜、膜生物反应器(MBR)、好氧颗粒污泥等技术的研究进展,根据压裂返排液水质特性比较了不同工艺方法的优势与短板,并分析了生物强化技术在压裂返排液处理过程中的应用前景,为页岩气压裂返排液绿色高效处理处置决策提供参考。      

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。     

四川盆地威远返排液元素地球化学特征及排放处理建议

水力压裂技术是页岩气开发的核心技术之一,大规模水力压裂技术可能会带来大量压裂返排液,而压裂返排液存在污染地下水和地表水等风险.综合对比分析四川盆地威远页岩气开发区压裂返排液与盆地内不同层系地层水地球化学特征,结果表明:威远页岩气返排液具有高矿化度、高含金属离子的特点,但与地层水相比,返排液中钠(7334 mg/L,n=...     

碳中和愿景下页岩气压裂返排液处理技术思考

随着中国碳中和目标的推进,石油领域作为碳排放大户,面临着较大的碳减排压力。以页岩气压裂返排液低碳处理为目标,分析了页岩气压裂返排液水质特点及潜在影响,介绍了现有处理技术及原理,指出页岩气压裂返排液处理应从减少污染物排放总量、能源回收与利用、节能降耗3个方面着手,应大力发展和推广少水或无水压裂技术、清洁压裂液工艺技术、新型微生物处理技术、压裂返排液节能处理技术、新能源替代技术、智能设备节能技术在油气田开发过程中的应用,以确保页岩气的合理开发与可持续发展。     

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。     

实现页岩气“绿色”开发的配套工艺技术体系

在川渝地区页岩气产能建设过程中,不可避免地会产生大量的废水、废气、废渣(特别是含油岩屑)和噪声,并且还有可能造成水土流失。如何防治上述环境风险源、确保页岩气的"绿色"开发,是一个重大难题。为此,总结了中国石油天然气集团有限公司在长宁—威远国家级页岩气产业示范区开发实践中形成的系列环保技术体系:(1)采用井场清污分流系统、钻井液不落地技术、随钻实时处理工艺和岩屑资源化利用技术保障钻井清洁生产;(2)优选环保型压裂液、对压裂返排液进行循环利用,从而实现压裂环保管理;(3)配套平台化作业实现"井工厂化"、实施油改电降噪音、推行环保钻井工艺、制订全面的环境评价方案等措施,进一步降低环境污染的风险。实践证明,页岩气清洁生产工艺从废弃物产生源头入手,加强作业过程控制、末端污染治理,则可实现废弃物减量、无害化、资源化的目标。结论认为,采用上述污染防治和"绿色"开发配套技术,可以有效促进该区页岩气的可持续开发。     

页岩气开发潜在水环境风险与应对措施

全球规模不断扩大的页岩气开发对水环境的潜在影响正逐渐受到世界各国的普遍重视。明确页岩气开发过程对水环境的潜在影响及机理、制定相关环保应对措施,对于页岩气行业的绿色可持续发展具有重要意义。页岩气开发过程中潜在的水环境风险主要包括水资源污染和水资源短缺两大类型。引发水资源污染的主要原因有：(1)烃类气体沿页岩气井、天然断裂体系或邻近油气井迁移至浅部地下水或地表水;(2)压裂液或添加剂在地表储存、输送、混合以及入井过程中,由于机械故障、容器或管线破裂等原因而发生的压裂液或添加剂的泄漏;(3)返排液发生泄漏或不当排放。气候干旱地区大规模页岩气水力压裂作业可能引发局部地区地下水位下降或河水流量降低,增大区域水资源压力。页岩气开发过程中水资源风险的主要应对措施包括：优化完井与施工,做好页岩气井完整性监测;加强管理,防止发生压裂液、返排液泄漏事故;优化返排液处理技术,加强返排液排放管理;依据区域水资源现状,制定合理的页岩气开发方案,并通过废水再利用等降低页岩气开发对区域淡水资源的影响;同时,选取典型区域开展持续性水资源污染监测,及时发现问题并解决问题。     

页岩气井水力压裂技术及环境问题探讨

水力压裂法开采天然气时,用高压将混有化学物质和沙子的水注入到地下页岩层,在高压下用水压裂岩石,同时用沙或其他物质支撑裂口,使页岩破碎释放出气体。国内外页岩气井水压裂增产技术,主要包括清水压裂、同步压裂、重复压裂和水平井压裂技术;深度研究页岩气井水力压裂带来的环境污染问题,主要包括甲烷污染和其他化学物质污染;分析目前在页岩气水力压裂开发中解决环境污染问题的具体补救措施,主要包括压裂返排废水的控制、对空气污染的控制和非常规气清洁开发的黄金准则。     

页岩气开发过程中的水处理技术探讨

页岩气开发普遍采用水力压裂开采方式,开发过程中会产生大量压裂返排液,压裂返排液中悬浮物、总溶解固体、金属离子和有机物等含量都较高,并且组成成分复杂,这些因素都决定着处理后的水是否能够有效再利用;然而目前压裂返排液回收再利用的基本方法由于没有彻底解决清除盐和其他化学成分的问题,还存在一定局限性。针对压裂返排液进行净化处理的主要方法有过滤法、化学沉淀法、热技术法、膜过滤技术法等。美国的废水管理方法主要包括尽可能降低生产废水量、循环回收利用气井作业过程中的水、在生产场地采用储水罐或储水池、对作业外水进行处理和再利用。相比于美国,我国页岩气起步较晚,经验欠缺,故为了确保我国页岩气的长期开采,不仅要选择合适的水处理方案,而且还应启动相应的监管工作,才能减小其对环境造成的污染和破坏。     

页岩气压裂返排液达标排放执行标准及处理技术

针对页岩气压裂返排液的达标排放,如果不考虑总溶解固体(Total Dissolved Solids,缩写为TDS),仅降解和去除包括高浓度化学需氧量(COD)和固体悬浮物(SS)在内的其他污染物,将极大地降低处理技术难度和处理成本,但要避免过高的TDS浓度对受纳水体的生态环境和用水安全的影响,就必须根据现有的压裂返排液中氯化物排放标准,研究在技术和经济上可行的压裂返排液达标排放处理方法和实施途径。为此,在详细梳理并分析国家标准、行业标准和地方标准对氯化物及其他无机盐排放规定的基础上,结合页岩气开发的指导性技术文件对压裂返排液处理的要求和众多文献资料的调研成果,分析了两种高含盐工业废水(循环冷却排污水、垃圾渗滤液)与压裂返排液处理的相似性,进而提出了压裂返排液"预处理+生化法"处理的技术途径。研究结果表明:①在页岩气田进入开发后期,压裂返排液无法回用时,可先在气田内预处理后按适当比例配送至集中式污水处理厂进行生化处理,达标后排放;②实例演算结果表明,非脱盐技术处理压裂返排液可实现达标排放且不会影响当地的用水安全。结论认为:①应开展压裂返排液以生化法为最终处理方式的预处理技术研究和区域内主要河流地表水体氯化物和硫酸盐的本底调查研究;②压裂返排液"预处理+生化法"处理途径依法合规,处理成本相对较低,具有技术经济可行性。     

正渗透压裂返排液处理技术研究进展

随着页岩气开采力度不断增大,压裂返排液的净化处理问题是目前国内外面临的一个共同难题。正渗透技术是近年来兴起的一项新型水处理技术,已在海水淡化等领域得到成功应用,但在压裂返排液处理中的应用则刚刚起步。本文将介绍正渗透技术处理压裂返排液的研究进展。通过对比传统压裂返排液处理技术,阐述其优点;通过介绍国内外最新的现场应用情况,探讨该项技术在压裂返排液处理中的发展前景。     

威远－长宁地区页岩气压裂返排液回用技术研究与应用

中国页岩气开发进展迅速,但页岩气开发对水资源的消耗和对环境的影响不可忽视。将页岩气压裂
返排液进行处理回用将减少对水资源的消耗和对环境的伤害。结合威远－长宁地区返排液成分分析,初步认为影
响返排液回用的主要因素是返排液中的离子种类和含量,通过室内研究提出了采用稀释法、抗盐降阻剂等方法。
现场实践表明：在页岩气开发初期采用稀释法或抗盐降阻剂对返排液加以回收利用是可行的,可根据返排液水质
特点、工艺需求和成本核算形成不同处理方案。     

基于页岩气井压后返排液氯离子分析的压后效果评价

页岩具有低孔隙度、特低渗透率的特征,只有通过储层改造后才能获得经济开发效益。水平井钻井与多段多簇压裂是页岩气效益开发的关键核心技术,为提高页岩气单井产量,以储层改造体积和裂缝复杂程度最大化为目标函数,但现有裂缝复杂程度表征及气井产能预测方法有限。压裂液的返排动态可表征储层压后的裂缝形态,是影响压后产能的重要因素,通过对返排液测试数据的分析总结表明,压裂返排液氯离子浓度变化分为3个区域:快速上涨区,缓慢上涨区,趋于平稳区。同区块邻井在相同压裂工艺及返排制度下,返排液氯离子浓度变化趋于一致;页岩气井排液期间返排率越低,氯离子浓度变化幅度越小,即快速上涨区与缓慢上涨区持续时间越短,裂缝复杂程度越高,压裂改造效果越好;页岩气井最大瞬时产气量出现在平稳区初期。丰富了页岩气压裂后评估技术体系,为气井产能预测提供了支撑。     

四川盆地长宁-威远页岩气开发示范区生产废水管理

在四川盆地长宁-威远页岩气示范区规模开发的过程中,钻井、压裂对水的需求量很大,而钻井废水、压裂返排液等产量大、处置难度大,生产用水的供需产不平衡,对水环境保护提出了巨大挑战。针对存在的问题,开展了现场生产废水处理的工艺研究及管理提升,通过废水的源头控制、过程管控、合理处置及重复利用,积极促进生产废水的生态化管理,并取得一定的成果。对页岩气开发现场生产废水管理经验进行了总结,并为进一步实现页岩气清洁生产"减量化、资源化、无害化"目标提出建议方案。     

页岩气集输系统的腐蚀评价与控制——以长宁—威远国家级页岩气示范区为例

四川盆地南部长宁—威远国家级页岩气示范区页岩气开采普遍采用了体积压裂技术，单井水平井压裂液用量介于4×104～5×104 m3、支撑剂（石英砂和陶粒）用量介于2.5×103～3.0×103 t，在压裂施工结束后的页岩气排采和生产过程中，压裂返排液对地面排采流程和地面集输系统带来了不同程度的腐蚀，有可能致使设备和管线穿孔失效，进而影响生产系统的安全运行。为了提高页岩气集输系统的安全运行水平，基于中国石油西南油气田公司天然气腐蚀控制技术支撑平台，借助于腐蚀环境和生产工况分析、材料失效评价及优选、杀菌缓蚀剂应用和生产工艺参数控制优化等方法和手段，开展了川南页岩气集输系统腐蚀行为和控制措施研究。研究结果表明：①川南页岩气集输系统主要表现为冲刷腐蚀和电化学腐蚀；②冲刷腐蚀主要集中在页岩气站内工艺流程，体现在砂粒对弯头、三通、阀门等部位持续的机械磨损；③电化学腐蚀主要集中在页岩气站外集气管线，体现在积液环境中二氧化碳与硫酸盐还原菌的共同腐蚀作用；④采用提高除砂效率、优化流程设计等手段，可以有效控制冲刷腐蚀；⑤加注杀菌缓蚀剂并配套生产管理措施，可以有效控制电化学腐蚀；⑥页岩气集输系统腐蚀评价与控制工作应从设计阶段就开始考虑。结论认为，所形成的集材料优选、设备结构优化、腐蚀介质处理和运行工艺参数优化控制等为一体的页岩气集输系统整体腐蚀控制技术，有效地减缓了川南页岩气集输系统的腐蚀失效、提升了安全运行水平。     

电催化氧化复合磁分离处理页岩气压裂返排液室内研究

通过对页岩气开采用滑溜水压裂返排液组成、特性及处理现状分析,结合页岩气开采现场及国家对水资源的资源化利用、环保要求,提出了采用电催化氧化技术及磁分离处理滑溜水压裂返排液研究思路。实验研究了影响电催化氧化技术及磁分离处理的主要影响因素,讨论了电催化氧化作用机理,研究得到处理优化工艺条件。电极板选择铝板电极,极板间距为4cm;催化剂选择二氧化钛,加量为3.0(w)%;处理时间为40min;电催化氧化处理电流为0.06A,电流频率为1 800Hz;磁铁粉加量为0.3%(w),絮凝剂HPAM加量为20mg/L。研究表明,采用上述技术及优化工艺条件处理滑溜水压裂返排液,处理后水质COD值、SS、油含量、色度、pH值等指标均达到GB 8978-1996的一级排放要求。     

页岩气开采中典型重金属及无机物对周边环境的潜在影响

页岩气开采在满足能源需求的同时也可能带来潜在环境风险。页岩气开采产生的岩屑和返排液携带了地层物质、添加剂及其可能的转化产物,其组成成分复杂,浓度差异显著,意外泄漏、不合理处理处置或者不达标排放容易对周边环境造成污染。研究选择典型的毒害重金属以及返排液中重要的无机离子为研究目标,评述岩屑和返排液中目标污染物的浓度水平和赋存特征,剖析它们进入周边环境的主要途径及潜在环境影响。同时,针对中国国内页岩气开采现状,就污染控制提出建议和研究展望,希望为中国页岩气开采中污染物防控和风险管理提供可借鉴的经验和教训。     

长宁区块页岩气井排液技术现状及攻关方向探讨

页岩气储层具有脆性高、孔隙度和渗透率极低、天然微裂缝发育等特点,须通过大规模水力压裂作业形成复杂裂缝网络来获得工业气流。排液作为压裂和后期生产"衔上接下"的关键一环,在页岩气开发中被高度重视。目前长宁大多数页岩气井采用经验方法或者借助邻井的返排数据指导控制排液,缺乏理论依据。文章针对长宁区块页岩气井返排关井时间、返排速率、返排率、返排液矿化度等,提出了从五个方面进行排液技术研究:压裂后关井时间对裂缝扩展、气井产量的影响;返排液矿化度和离子成分变化的特征及离子来源;页岩气井返排效果影响因素及压裂液去向问题;压裂液滞留于地层对页岩气储层伤害及返排率对气井产量的影响;返排控制参数对返排率及支撑剂回流的影响。     

大规模增产作业中液体的回用技术探讨

针对页岩气、致密气等非常规气藏体积压裂过程中存在的配液用水缺乏、压裂返排液处理困难、环境污染风险大等问题,探讨了大规模增产作业中的液体回用技术。大规模增产作业对水资源的需求量大,井场用水供需矛盾突出,且产生的压裂返排液量大,面临的环境形势严峻,制约了非常规气藏的开发。压裂返排液的组成复杂,其成分主要取决于压裂液配液水质、压裂液化学组成、储层地质化学、地层水等,影响其回用时的压裂液性能,需针对性地进行处理。大规模增产作业中的液体回用技术主要是通过杀菌、沉降除机械杂质、化学沉淀除高价金属离子、补充损失的添加剂等措施使压裂返排液的性能满足再次施工要求。该技术在四川盆地须家河致密气储层及侏罗系致密油储层中得到了广泛应用,返排液回收后的利用率达95%,节约了水资源,实现了循环经济。     

威远地区页岩气压裂返排液配制钻井液技术研究

为了解决威远地区页岩气压裂返排液无害化处理成本高、处理手段单一、安全环保隐患突出等问题,文章分析了威远地区压裂返排液的碱度、密度、离子含量、物化指标等,明确了影响压裂返排液直接回用配制钻井液的主要因素。通过对比测试优选处理剂,对压裂返排液进行了碱度调节、抑泡处理、杀菌处理、高价金属离子处理。回用处理后的返排液配制钻井液,与未处理返排液配制的钻井液相比,高温高压失水从48 mL降至12 mL,起泡率从13.3%降至0。经过对钻井液体系中处理剂种类和加量进一步优选,优化后的钻井液体系高温高压失水降低至8.8 mL,综合性能与清水配制的钻井液体系一致,满足现场钻进需求,实现压裂返排液在现场直接处理回用,保障页岩气绿色勘探开发。