1、溶气气浮技术在胍胶压裂返排液处理中的应用（新疆石油科技-翟怀建）
1 前言
水力压裂技术是20世纪40年代以来逐渐发展起来的一项改造油层渗流特性的工艺技术，是油气田增产增注的一项重要措施。为降低压裂液对储层伤害，压裂液体系中常加入黏土稳定剂、助排剂、破乳剂、防水锁剂及过氧化物类破胶剂等化学添加剂，因此压裂液体系成分十分复杂。据室内初步分析，压裂返排液内含有胍胶残渣、各种细菌、悬浮物、原油、钙镁离子及各种有机物添加剂。
近年来，随着新疆油田油气储层压裂改造技术的广泛应用，压裂后从地层返排出的压裂返排液液量越来越大，返排液的回收再利用技术已成为油气田高效开发和环境保护亟待解决的问题。因此，新疆油田早在2013年开始研发压裂返排液回收利用关键技术，并在2015年将压裂返排液回收利用配制胍胶压裂液技术投入现场应用，截至到2017年底，新疆油田已经累计回收利用压裂返排液20000余方，累计使用压裂返排液配制的胍胶压裂液施工80余井次，施工成功率100%。新疆油田研发的压裂返排液回收利用技术的关键是“去芜存菁”，即保留压裂返排液中的有益组分，去除有害组分，发展出杀菌降黏一体化技术、气浮除渣技术及化学屏蔽等关键技术。本文以新疆油田压裂返排液为研究对象，研究使用溶气气浮技术有效去除压裂返排液内悬浮物的方法及工艺。
2 压裂返排液分析与处理方法
2.1 压裂返排液水质分析
压裂液体系中除了以天然胍胶为主外，常加入黏土稳定剂、助排剂、破乳剂、防水锁剂和过氧化物类破胶剂等近十种化学添加剂，使得压裂返排液中的成分十分复杂。压裂返排液水质分析结果如表1所示。
从表1可知，压裂返排液内悬浮物含量较高，悬浮物粒径偏小。前期实验发现使用板框式压滤机去除压裂返排液内悬浮物时，滤布容易堵塞造成板框式压滤机出水量不断下降，表明过滤类型的设备不适用于大规模的压裂返排液处理。其它离心式除渣、砂滤式除渣等处理方法在现场大规模应用中同样存在处理成本高、稳定性差等问题。针对压裂返排液内悬浮物的特点及处理工艺适用性等问题，本文对压裂返排液内悬浮物的处理采用悬浮物絮凝及溶气气浮组合工艺。
2.2 实验装置与方法
溶气气浮技术是利用空气在不同压力下在水中溶解度不同的特性，对水进行加压、加气以增加水中的空气溶解量，并在常压条件下释放，空气析出形成微米级别的小气泡并黏附在杂质絮粒上，造成絮粒整体密度小于水而上浮至水表面从而实现固液分离的目的。
溶气气浮技术使用的气浮装置包括压力溶气系统、溶气释放系统、气浮池和刮渣机等，具有水力负荷高、产生的气泡微细而均匀、上浮稳定的优点。气浮系统流程是压裂返排液处理流程的关键部分，压裂返排液处理流程图如图1所示，气浮系统流程图如图2所示。
实验装置设计流量10m3/h，压裂返排液采用新疆油田各采油区混合返排液，pH值6～7，悬浮物浓度400～850mg/L，气浮池前端按比例投加絮凝剂PAC(聚合氯化铝)和助絮凝剂PAM(聚丙烯酰胺)，气浮后清水由气浮池底部排出，浮渣由刮渣机从气浮池上部刮出。溶气系统采用部分回流加压溶气。气浮装置运行中调整回流比、溶气压力、PAC和PAM的投加量及投加比例等参数，以出水的悬浮物含量考察溶气气浮处理效果。
3 实验结果与讨论
3.1 回流比
回流比是指回流加压溶气水水量与处理水量的体积比。回流比的大小，直接影响到气浮效果、设备投资及日常运行费用。在确保出水水质的情况下，应尽量减小回流比，以降低运行费用。不同回流比对压裂返排液中悬浮物的去除效果见图3 所示。
由图3可以看出，回流比与气浮出水中悬浮物含量反相关，当回流比达到30%时，回流比对气浮出水中悬浮物含量的影响趋势变化较小，但设备耗能增加较大，综合考虑，将回流比选为30%。
3.2 溶气压力
压裂返排液内的悬浮物在絮凝剂的作用下聚拢成絮体，在气浮过程中，絮体上升需要溶气水提供足够数量的微细气泡。根据亨利定律，加大溶气罐的压力，可以增大空气在水中的溶解量。所以溶气压力的大小直接影响到出水的处理效果，改变溶气罐压力，考察其对压裂返排液中悬浮物的去除效果，结果见图4。
由图4可以看出，随着溶气压力的增大，出水中悬浮物含量逐渐降低，溶气压力与气浮出水中悬浮物含量具有反相关的关系，但压力增大到0.4MPa后，溶气压力对气浮出水中悬浮物含量的影响趋势变化较小，综合考虑设备能耗、长期稳定运行等因素，确定溶气压力控制在0.4MPa。
3.3 絮凝剂与助絮凝剂
压裂返排液中悬浮物主要来源是植物胶破胶后的残渣，具有含量高，粒径小的特点。此类悬浮物最有效的去除方法是加入絮凝剂，通过絮凝、吸附过程，充分吸附水中的悬浮微粒，然后通过溶气气浮技术实现悬浮物的有效去除。通过室内实验研究，选取絮凝剂PAC及助絮凝剂PAM复配，絮凝压裂返排液内的小粒径悬浮物。PAC与PAM的加量及复配比例对压裂返排液中悬浮物的去除效果见表2所示。
PAC、PAM不同加量对产生絮体的大小、重量产生直接影响，絮体过小或过重均影响悬浮物的去除效率。由表2 可知，PAC∶PAM=1∶1，PAC 添加10mg/L，PAM 添加10mg/L时，悬浮物去除效率最高，达到92.5%。
4 结论
溶气气浮技术与高效絮凝的综合应用能够有效地去除压裂返排液内大量的悬浮物，试验得出溶气气浮装置的最佳工艺参数为：回流比30%，溶气压力0.40MPa，絮凝剂的最佳复配比例为PAC∶PAM=1∶1，加量分别为PAC10mg/L，PAM10mg/L。
2、浅谈压裂酸化返排液处理技术方法（技术研究-胡光兴）
1 引言
目前，油气田的开发过程中，压裂、酸化是油气井增产的主要措施之一，为各油田普遍采用。但在压裂酸化施工完成后从井筒返排出来的压裂破胶液，由于压裂废液具有黏度大、稳定性好、COD高等特点，环保达标处理难度较大，这一问题制约了酸化压裂技术的进一步应用。为了确保更好地对返排液进行低成本的处理，需要不断对酸化压裂返排液处理技术进行优化，尽可能避免使用过程中对环境造成危害，最终实现企业的最大效益。
2 酸化压裂技术介绍
酸化压裂技术是一项运用于油气田开发过程中的关键技术，该技术的运用可以有效增加油气的产量。该技术按照工艺流程和酸液的种类可以分为几个不同的类型，其中按照酸液的类型基本可以分为常规盐酸酸化、乳化酸酸化和延迟酸酸化等；而按照工艺流程大致可以分为酸压、酸洗和基质酸化3种类型。
该技术的基本原理是：将酸液加入到油田的裂缝后便会在破裂压力较低的缝隙中流淌，在流动过程中便会将缝隙中的那些颗粒较大并且质地较硬的岩石部分溶解，这就增加了石油的渗透能力，最终提高石油产量。该技术在使用过程中的核心点在于酸液对矿物质的溶解，在该化学反应过程中还会产生一些气体，这些气体的积累便会在缝隙中产生一定的压力，这也可以加速缝隙的进一步扩大，反过来也会促进酸液的进一步流动。
而在该技术的使用过程中为了提高压裂效果，使用的压裂液一般都需要返排到地面上，并且返排上来的压裂液可以占到总液体的60%左右。在返排到地面上的压裂液中会含有原油、地层水和一些高分子聚合物，如果不对这些物质进行处理，就会对周围的环境和工作人员造成一定的伤害，这其中对土壤的酸碱度影响最大。目前大多数的油田还没有一个有效的办法来处理返排液，基本都是通过罐车进行回收处理。故为了更好地在油田生产中应用该技术，就需要研发处理技术，尽可能使其达到排放标准，避免对环境的污染。
3 国内相关的压裂酸化返排液处理技术
关专家的研究，目前对油气田压裂作业过程中的返排液处理较好流程为：絮凝沉降—氧化— 中和—Fe/C微电解—活性炭吸附。
3.1 絮凝沉降
该流程是在压裂返排液中加入一些絮凝剂，这就会使合液中的杂质微粒凝固到一起，最终达到固体颗粒和液体的分离效果。如果使用无机高分子絮凝剂的话，可以对混合液中的杂质起到黏附和交联作用，这就会使得胶体凝聚并逐步增大；同时还可以中和胶团的电荷，使胶团达到稳定，最终形成絮状沉淀。而如果使用无机高分子絮凝剂的话，既可以对混合液中的杂质进行吸附和中和，还可以起到桥联作用，最终也可以达到固液分离的效果。除了加入絮凝剂之外，还可以在混合液中加入助凝剂，通常包括硫酸、碳酸钠和氢氧化钠等物质，其主要起到调节混合液酸碱度，提高絮凝效果的作用。
3.2 氧化
通过氧化流程，可以使絮凝形成的沉淀物得到降解，该流程是通过在混合物中添加氧化剂来实现的。同时根据相关研究发现，次氯酸钠在酸性条件下的氧化效果会比较好，为此就可以在压裂返排液中加入次氯酸钠，最终可以对COD达到35%左右的去除率。并且通过实验发现，在氧化过程中同时使用活性炭吸附工艺，会提高氧化的效果，但是会增加处理的成本。
3.3 中和
中和的流程主要是通过在酸化返排液中加入生石灰来与其中的酸液发生酸碱中和反应，以此来调节返排液的酸碱度，使其便于Fe/C微电解流程的进行；同时在中和过程中也可以对返排液中的一些杂质进行沉降去除。
3.4 Fe/C微电解
该技术又可以称为零价铁法电解技术，其在石油化工类废水处理的应用过程中取得了良好的效果。该微电解技术主要通过电极反应、电场作用、铁离子的络合作用、物理吸附和电子的传递作用，来对返排液中的COD进行去除。该微电解过程通常在常温下就可以进行，但为了达到最好的电解效果，需要找到一个合适的温度。
3.5 活性炭吸附
该流程是处理返排液的最后一步流程，利用活性炭可以吸附返排液中的杂质。活性炭的吸附性能一般是由其表面积比和表面化学特性来决定的，其中表面积比可以影响活性炭的吸附容量，而表面化学特性可以影响活性炭与极性物质或非极性物质之间的作用力。通过使用活性炭吸附，可以很好地对返排混合液中的一些物质进行分离和提纯。
4 结束语
根据环境保护中要求的污染物的排放标准，对在油田中使用压裂酸化的技术后返排液处理技术进行研究，使处后的返排液达到配置压裂液或达到回注的标准要求，进一步降低酸化压裂施工成本，实现返排液的重复利用，不但降低了环境污染，另一方面大大降低油田作业成本。因此，对油气田压裂返排液处理的研究应集中在一种全面、高效、综合的处理技术，实现压裂返排液的重复回收利用，促进油气田的高效开发。
