压裂返排液的膜裂及回复突变处理

压裂返排液的膜裂及回复突变处理

1压裂返排液处理的必要性在水井压碎过程中，大多数情况下井需要大量的水，其中大部分是返回到地层，也称为残液。其特点主要包括：（1）组成成分较为复杂，包含大量污染物，其中高浓度胍胶、高分子聚合物居多，同时包含部分硫酸盐还原菌、硫化物以及铁质等，硫含量约为20mg/L。（2）黏度较大、乳化程度较为严重。特别是防喷液浓度较高，最高可达10～20MPa·s。复合型压裂液应用于复合压裂过程中发生严重性乳化现象风险较高，压裂液大多情况下可表现为黑色黏稠状，具有高度刺激气味，难以通过常规静置法处理。（3）该类返排液的处理难度较大。压裂液的化学成分较为复杂，其中COD、TDS、TSS等含量居多，若未经有效处理而直接排放，可对生态环境造成严重损害。我国处理压裂返排液主要是实施自然风干（将返排液置于返排液池或罐中，使用自然蒸发技术将其干化，而后直接填埋）、化学处理（化学药剂）。自然风干存在较多缺陷，其耗时较大，且填埋的污泥仍可渗出油性物质、重金属、醛、酚等具有毒性或无毒性的污染物，对生态环境造成二次损害。随着绿色发展理念的提出，对化学处理技术提出更高标准要求。国外处理压裂返排液的经验较为丰富且水平较高，其基于水力压裂技术的生产实操成本及环境保护需求，主张能源资源重复利用。近年，国外相继研发出更为先进、高效的压裂返排液深度处理技术，例如臭氧催化氧化、电絮凝、MVR蒸发、智能海绵吸附等等，以上技术一方面可有效处理返排液，如石油类、悬浮物以及降解难度较高的有机物的去除率高达95%以上，另一方面降低了返排液处理中对生态环境的污染与损害，可以说不论是普适性需求、经济需求或是生态需求，均是值得深入学习与进一步研究的对象。2油田压裂反流深度处理技术分析2.1复合饮料返排液处理技术该技术主要是借助超声波及臭氧法，对返排液中包含的有机物、重金属等进行氧化处理，操作机理是通过采用电絮凝法，去除悬浮物，再开展反渗透处理为符合排放标准的清水。操作步骤主要分为三个步骤：第一，将返排液常规安置于容器中，使其自然沉降，该步骤初步清除其中固体颗粒；第二，筛滤，该步骤主要是进一步清除返排液中的悬浮物质；第三，融合超声波/臭氧氧化-电絮凝开展处理。过饱和条件的臭氧水加入到返排液中，利用双频超声波在返排液中开展溶气浮选，再次清除悬浮物与油及其油性物质；臭氧的主要作用在于氧化返排液中包含的羟基类物质；纳米级泡沫主要作用是产生气液层面，当泡沫破裂达到最小体积时，温度可高达482℃，致使有机类物质于35～100ps条件下被氧化；超声波在此间主要作用是聚合小体积泡沫，缩短泡沫上升时间，从而减少固体颗粒与油及其油性物质的浮选时间。2.2预处理阶段的转化该技术将页岩气田压裂返排液处理步骤分为两步：第一，其第一阶段的4个年度内，将返排液筛滤后，分别开展好氧、厌氧生化处理，通过生物降解处理及回收返排液中残留的添加剂；第二，为满足第二三阶段处理返排液过程中补充新鲜清水的可直接外排标准要求，在预处理阶段，提前清除返排液中包含的甲醇、硼以及芳香族化合物等。首先使用膜生物反应器开展交换反渗透离子处理，旨在减少返排液中的有机成分物质，主要是促使有机成分下降至检测限定范围以下，例如硼定值为15.00～30.00mg/L，需降低至0.75mg/L以下；无机盐定值为8000mg/L，需降低至100mg/L以下。此外，研究表示，特殊情况下亦可运用膜过滤快速清除压裂返排液中降解的胍胶、聚丙烯酰胺等，再加入石灰进行软化与过滤沉淀物2.3电絮凝物的分离纯化该技术主要由Halliburton公司研发，全称是CleanWave移动电凝技术。处理返排液时，首先使用紫外线杀菌处理，再使用电絮凝促使悬浮物絮凝化，最后再筛滤清除絮体，当返排液流入电絮凝装置，阳极释放正电离子，与返排液中胶体颗粒表面的负电离子双相融合，促使返排液的稳定分散状态发生变动，其电荷吸附聚合，产生凝聚。同时阴极产生的气泡，附着于絮体凝结物表面，漂浮至水面，通过分离器予以清除，产生的肉眼可见的絮凝物则沉淀至水底自然排出。CleanWave移动电凝技术已广泛应用于美国压裂返排液处理，经处理后的压裂返排液可用制备滑溜水或交联压裂液。2.4助臭氧保鲜技术该技术由Ecosphere公司研发，其主张不应用化学药剂进行处理，以超声波催化作入路，结合活性炭与臭氧的协同作用效应，借助臭氧破坏细胞壁，以实现杀菌目的，并阻止其产生结垢。在使用臭氧过程中，将活性炭表面附着的纳米二氧化锰作为催化剂，增强催化活性。该项技术可近乎完全清除水中细菌，同步使用超声波产生水力空化反应，加速臭氧分解生成·OH。而针对有些难以直接降解的有机物，运用该技术可提升清除率约2～3倍。相较于常规臭氧处理技术，Ecosphere臭氧处理技术的整体性能约强化十倍～二十倍2.5油及汽油物质吸附该技术依托于一种新型弹性聚合材料制成的“智能海绵”，显著功能是高效益的疏水亲油，由Abtech公司研发。其可吸附>自身质量约3倍的油及油性物质。此外智能海绵十分亲民化、特色化，可根据不同实践工程所需，将其加工成多种形状，Abtech公司表明设计为爆米花形状的”智能海绵”吸附效果相对最佳，每分钟大约可吸附废水中99.99%的碳氢化合物，可对1.14m2.6应用领域广泛机械蒸汽再压缩蒸发技术(mechanicalvaporrecompression,MVR)属于高效节能技术之一，现已广泛应用于化工、轻工业、冶金、医药、食品制作、海水淡化处理、废水处理等领域。该技术促使废弃无用的蒸汽得到二次应用，进一步提升热效率、回收潜热以及降低蒸发能耗除此之外，该技术处理返排液中，处理废水的同时可获取废水之中所包含的盐分，有效攻克了常规返排液处理中脱盐工艺的技术难点，最终实现能源资源再次集约使用。3未来研究方向我国在压裂返排液处理方面，相较于西方先进国家的现行理念、技术、工艺等还存在较大优化空间，其处理过程复杂繁琐、综合成本相对偏高，未来压裂返排液处理技术相关研究还应重视以下几点：优化压裂返排液处理