压裂返排液快速解决办法钻研
压裂返排液普遍具有以下3个特点[4, 5]：(1)间歇排放。每口井排放量在100～300 m3，若统一运至某处集中处理，费时费力且经济成本高，即返排即处理是更为 可行的方案。(2)浊度高，成分复杂。为保障压裂基液的良好携砂能力、抗剪切性、热稳定性及较低的滤失与阻 力等，在配制压裂基液时，除胍胶等稠化剂外还需加入表面活性剂、sha菌剂、防膨剂、缓释剂、交联剂、交联稳定 剂、延迟交联剂、破胶剂等多种添加剂。完成压裂作业后，这些添加剂一并返排，另外返排过程中还会从地下携带 泥沙、石油类、盐类等物质。(3)体系稳定，COD高，处理困难。由于含有大量高分子有机物，压裂返排液的COD 一般从数千到上万mg/L不等，返排出的残余压裂液经传统的絮凝、氧化过程可初步去除大部分石油类、泥沙及部分 有机物，但由于压裂废液的有机添加剂种类繁多，溶于水中性质稳定，使得降低COD的难度较大[1, 2, 3, 4, 5]。压裂返排液处理的传统策略为“用时间、空间换效果”，采用大型污水池或大罐贮存，依靠污水自身的长时间挥发 或沉降。此方法速度慢、效率低，且存在污水外溢、渗透的风险[1, 2]，对于空间受限(如海上及海外油田)的油 田更不适用。近年来压裂返排液的深度处理技术逐渐成为研究热点，方法主要集中在初步分离、絮凝、高级氧化、 吸附、生化法、微电解等步骤不同次序的组合，如混凝—次氯酸钠氧化—Fe/C微电解—H2O2/专属催化剂催化氧化 —活性炭吸附[3, 4, 5]、混凝—萃取—Fe/C微电解—活性炭吸附—催化氧化—生化处理[6, 7]等。由于压裂返排液成分复杂，此种 组合方法普遍需5~6步，若形成工艺可能还需沉降、过滤、中和等，整体工艺则需9~10步，处理时间普遍长达十几 个小时，若采用生化法处理时间甚至可达十几至几十天。另外在海上、沙漠、戈壁等地，及时有效的压裂返排液处 理工艺更为欠缺，主要依靠压裂车或压裂船将返排液长距离运输至统一地点进行集中处理，费时费力且经济成本高 。鉴于油气田开发普遍具有生产设施使用寿命有限、生产作业和时间成本高等特点，决定了返排液处理工艺应满足 设备占地面积小、成本投入低、快速、处理周期短等要求。综上，油田开发生产迫切需要一种快速的压裂 返排液处理技术。
近年来，电化学方法被逐渐应用到各类废水处理中，效果显著，但在压裂返排液处理方面的应用鲜有报道[8, 9]。 电化学方法是集电絮凝、电氧化及电气浮为一体的处理技术，具有设备占地面积小、常温常压操作、易于控制等优 点[10, 11]，一定程度上符合压裂返排液的处理要求，但单一技术依然无法实现快速处理。笔者对实际压裂返 排液的水质及主要污染物进行分析，确定去除COD为首要任务，锅炉软水，建立了絮凝预处理+电化学/高级氧化/超声耦合 处理两步法处理技术。首先通过絮凝沉降去除水中的固体悬浮物及少量有机物，然后将电化学法、高级氧化、超声 法有机结合，通过1种设备实现3种处理，终达到去除COD的目的。通过大量室内实验优选佳操作条件，使 处理后的水质达到规定要求，为压裂返排液撬装处理装置的研制及现场即返排即处理奠定技术基础。
1 材料与方法
实验水样为某油田实际压裂返排液。压裂基液配方为0.25%羟丙基胍胶+0.3%助排剂+0.3%黏土稳定剂+0.1%sha菌剂( 以品质分数计，下同)，交联液是0.8%硼砂+0.8%过硫酸铵，交联比为100∶5。
1.2 实验装置
电解槽由有机玻璃制成，有效容积为5 L，直流电源为WYK-505型稳压稳流电源，其整流范围为0~50 V、0~6 A直流 电。电解槽中置有超声装置，超声源功率为200 W，超声频率在20~100 kHz范围内可调。实验装置见图1。
图1 电化学/高级氧化/超声耦合处理装置
1—电解池;2—进液口;3—氧化剂入口;4—出液口;5—超声装置。
1.3 实验材料
实验原料和试剂列于表1。
1.4 实验方法
1.4.1 压裂返排液水质分析
分别采用重铬酸钾法、分光光度法、重量法测定返排液的COD、油及固体悬浮物含量。采用Brookfield LVDV-ⅡPro 黏度计的ULA号转子在扭矩>30%、转速100 r/min条件下测定污水的黏度，温度为室温。浊度通过Orion AQUA Fast Ⅱ浊度仪进行测定。对压裂返排液进行絮凝处理，取处理后所得絮体，经干燥后进行红外测试，确定水中有机物的 主要组成。
1.4.2 絮凝预处理
#p#分页标题#e#絮凝预处理即首先投加一定絮凝剂，去除压裂返排液中的固体悬浮物及少量有机污染物。絮凝预处理过程重点关注 处理后水样的COD及COD去除率，优选佳絮凝剂类型及投加浓度、复配剂投加浓度及佳pH。
1.4.3 电化学/高级氧化/超声耦合处理
经絮凝预处理后的压裂返排液进行电化学耦合高级氧化处理。采用室内静态实验，首先安装电极板，将压裂返排液 倒入电解槽内，投加一定浓度的氧化剂，接通电源，调节电流密度及电极板间距至设定值，电解一定时间后取少量 上层清液测定COD。通过单因素实验考察电极板组合、氧化剂添加量、pH、电解电流、电极板间距、面体比及电解 时间对COD去除效果的影响，综合考虑并确定佳操作条件。在佳操作条件下，引入超声装置强化传质进一步深 化COD处理效果。
2 结果与分析
2.1 压裂返排液的水质及主要污染物
压裂返排液的水质分析结果见表2，净水，其特点为：(1)固体悬浮物高、浊度较大，需要进行适当的预处理。(2)COD高，因此去除COD是处理重点。
将返排液絮凝处理后所得絮体进行干燥，用红外光谱表征。结果表明，3 343 cm-1处产生一宽吸收峰，说明大部分 为各种氢键缔合分子，1 650 cm-1及1 552 cm-1处出现六元环骨架的吸收峰，证明存在羟丙基胍胶分子。2 950、2 850 cm-1处未出现C—H伸展振动峰，说明甲基、次甲基和亚甲基较少，对应含油量较低。1 002 cm-1处有较强吸收 峰表明可能存在脂肪醚类物质，来源为表面活性剂类物质。
压裂返排液COD的主要来源是羟丙基胍胶和表面活性剂。在压裂返排液的处理过程中去除羟丙基胍胶是重点也是难 点。羟丙基胍胶是一种具有六元环稳定结构的有机物，难降解，水溶性良好，处理难度大，因此需要有效的处理手 段。
2.2 絮凝预处理
2.2.1 絮凝剂类型对COD去除效果的影响
对6种商品化无机高分子絮凝剂进行了筛选。取压裂返排液500 mL，维持原pH不变，分别加入500 mg/L的絮凝剂， 快速搅拌3 min，沉降3 min后，取上清液测定COD，结果见表3。
如表3所示，FG-1作絮凝剂时COD去除率高，为28.8%，COD从原液的4 020 mg/L降至2 860 mg/L。
2.2.2 絮凝剂投加品质浓度对COD去除效果的影响
取压裂返排液500 mL，维持原pH不变，加入FG-1絮凝剂，品质浓度分别取0、50、100、250、350、500、750、1000 mg/L，快速搅拌3 min，沉降3 min，测定终絮体占水样的体积分数，并取上清液测定COD。
实验结果表明，随着FG-1投加量的增加COD去除率显著升高，但当FG-1达到350 mg/L后COD及COD去除率基本保持不 变，絮体体积却迅速增加。综合考虑选取FG-1投加量为350 mg/L，此时COD降至2 880 mg/L，COD去除率为28.3%，软水， 絮体占水样的体积分数约为11.4%。
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