DB61T-气田压裂返排液处理技术规范编制说明

陕西省地方标准《油气田压裂返排液处理技术规范》编制说明工作概况1.1任务来源本项地方标准是根据陕市监函[2021]424号文件《陕西省市场监督管理局关于下达2021年第一批地方标准计划的函》。1.2协作单位本标准由陕西延长（石油）集团有限责任公司牵头、西安石油大学和中国石油天然气集团公司管材研究所协作完成。1.3任务背景油气田压裂工程中产生的压裂返排液由于含有石油类、重金属、高分子有机化合物等污染物，不经处理直接外排对周边环境危害极大。随着国家和地方环保法律日趋严格，多数地区对此类废弃物的处理越来越重视，生产企业必须遵循“谁污染，谁治理”原则。目前，陕北地区各个采油厂由于石油产量的需求，大量的采用水平井开发模式，而水平井压裂过程中将产生大量的压裂返排液，不但给企业增加了处理成本，而且对环境造成了污染风险。对于压裂返排液处理方式主要包括建设压裂返排液处理站集中处理和外送有资质的第三方集中处理。但无论哪种方式处理，都缺乏标准的处理规范，返排液在储存、运输和处理过程中都缺少统一的技术要求，导致处理方法不统一、处理费用居高不下、处理后的去向不明确，无论对企业自身还是地方环境都存在污染安全隐患。因此，解决压裂工程生产现场产生的压裂返排液问题迫在眉睫，而目前关于压裂返排液处理技术相关的标准尚属空白，这一环节的空缺严重制约钻完井工程污染防治和清洁生产水平，制约钻完井废弃物减量化、资源化和无害化处理技术的顺利实施，直接影响了陕西致密油气藏大规模的顺利开发和快速发展。因此，建立一套适合陕西油气田压裂返排液处理技术规范标准迫在眉睫。本标准项目符合国家十三五规划国能油气[2016]255号文件《页岩气发展规划（2016—2020年）》中“重点开展页岩气井钻井液及压裂返排液处理处置技术、开发生态及地下水环境风险评估与监控技术、安全环保标准体系等攻关研究”的要求，也符合国家十二五规划《页岩气发展规划（2011-2015年）》中“坚持开发与生态保护并重”的基本原则，满足“页岩气勘探开发过程中，严格钻完井操作井场规程和压裂液成分及排放标准，保护生态环境”的要求。因此，制定陕西省《油气田压裂返排液处理技术规范》，规范适合陕西省的压裂现场返排液处理的技术要求，不仅为本省企业井场清洁生产、绿色低碳环保开发方面提供了重要的依据，而且在建立健全致密油气田标准体系、缓解陕北地区生态系统的环保压力、开创油气生产与节约并重新局方面意义重大。1.4主要工作过程本标准具体制订工作从2021年1月开始，2020年5月底前完成本标准的征求意见稿。工作程序如下：1、调研省内外压裂返排液处理技术、现状、管理情况，以及相关国家、行业标准的应用、发展情况（2021年1月1日～5月14日）编写组分别对省内延长石油和长庆油田，以及中石油威远气田、中石化涪陵气田等单位压裂返排液处理现状进行了调研；针对本标准的制订，结合相关资料数据及现场实际应用情况，对相关国家、行业标准和地方标准进行了调研，最终完成基础资料的收集。2、编写标准工作组讨论稿（2021年5月15日～5月25日）根据调研情况，制订工作路线和预期水平，并征求多方面专家意见，确定标准相关编制内容，完成了标准工作组讨论稿的编写。在标准修订负责单位内部征求意见，修改完善本标准工作组讨论稿。3、编写标准征求意见稿（2021年5月25日～2020年6月5日）完成标准工作组讨论稿后，项目组组织研究院内专家对初稿进行审阅，会后根据专家意见对标准进行修改，形成标准征求意见稿。4、陕西省内征求意见（2021年6月6日～2021年6月30日）项目组选择陕西省内10家相关专业的高校、企业进行标准征求意见稿的外部专家意见收集工作，共收集到30条意见，并根据收集到的意见完成标准修改工作。1.5起草组组成成员及其所做的主要工作标准起草小组成员为李辉、方晓君、南蓓蓓、杨志刚、王丹丹、杨博、刘文红、马天奇、张淑侠、吕雷、马振鹏、张馨予、迟九蓉13人，其中李辉为项目负责人，主要负责标准的技术分析、标准起草、意见汇总和标准修改，其他人员负责资料收集、数据分析、校对及标准格式校核。二、标准编制原则本标准根据《标准化工作导则》GB/T1.1-2020编写规定进行编写，符合以下原则：1、科学合理，技术先进，积极借鉴、采用国内外先进技术方法、标准；2、目的明确，有利于促进技术进步，提高科研水平，提高现场实施效果；3、经济适用，有利于合理利用油气田废水资源，提高经济效益；4、安全可靠，可操作性强；5、符合国家的政策，贯彻国家的法律法规。三、标准编制的主要内容本标准内容共8章：第1章规定了标准的适用范围；第2章为本标准的规范性引用文件；第3章为一般规定；第4章为收集与贮存要求；第5章为集输要求；第6章为处理与处置要求；第7章水质分析方法；第8章为监测要求。四、主要实验（或验证）情况分析本标准参照国内油气田压裂返排液处理的研究成果，并结合陕西省压裂返排液处理的实际情况，确定了本标准的主要内容。目前针对压裂液返排液的处理方式，均是采取用水罐车运送到指定的废水处理地点，利用废水处理设备系统进行集中净化处理，有的是进行回注，补充地层能量，有的在净化处理后直接进行排放。与此同时，国内外油田多利用定向井、水平井技术进行勘探开发，并且压裂改造规模也越来越大，施工所需的清洁水量也越来越大，产生的返排废液也越来越多。针对油气田压裂返排液水质特点、产水特点和处置特点，结合近几年国内在压裂返排液处理方面所取得的科研成果和工程实例，编制本标准，用以规范和指导压裂返排液的处理工作，从而经济有效地控制环境风险，对保障油气田勘探开发具有重大的意义。国内对压裂返排液的处理方法主要化学处理，是将返排液集中进行加药絮凝、过滤等处理，然后回用或者回注。常用处理方法包括:1、絮凝沉降法絮凝沉降，即在压裂返排液中加入絮凝剂和助凝剂，使杂质、悬浮微粒沉降，实现固液分离，为目前水处理技术中重要的分离方法之一。压裂作业中使用的压裂液含有大量的高分子聚合物，返排液黏度大，将影响絮凝剂有效扩散，减弱悬浮物等的聚结沉降能力，从而影响化学絮凝的处理效果。为提高处理效果、减少化学药剂用量和降低成本，宜采用絮凝沉降和氧化工艺相组合的处理技术。2、高级氧化技术高级氧化技术是一种处理难降解有机污染物的新技术，它通过不同途径产生活性极强的羟基自由基几乎能无选择性地将废水中难降解的有机污染物氧化降解成无毒或低毒的小分子物质，甚至直接矿化为二氧化碳和水及其它小分子羧酸，达到无害化目的。（1）芬顿氧化法Fenton试剂催化氧化法（简称Fenton法）是一种高级氧化法，主要用于难处理的有机污染物。芬顿法通常和其他方法联用。Fenton法存在的主要问题是设备易受腐蚀（H2O2具有极强的腐蚀性）；水色变深（有Fe3+存在）；污泥产生量大（氢氧化铁沉淀）等。（2）电催化氧化法电催化氧化法是通过电化学催化系统产生的·OH与有机物之间的加成、取代和电子转移等过程使污染物降解、矿化。电催化法具有应用性强、高效、无二次污染和环境兼容性好等优点，但是其反应时间长，设备投资高等问题尚有待进一步研究（2）Fe/C微电解组合工艺微电解法是利用金属腐蚀原理，在废水中形成Fe/C原电池进行氧化还原反应来降解污染物，主要以废铁屑为原料，具有“以废治废”的意义，并且操作简单易行，在难降解废水的处理中得到了一定的研究和应用。3、电絮凝技术电絮凝技术是利用电能的作用，在反应过程中同时具有电凝聚、电气浮和电化学的协同作用，由电源、电絮凝反应器、过滤器等部件构成，主要去除压裂返排液中的悬浮物和重金属离子。具体工作原理是首先在电源的作用下，利用铁板或铝板作为电絮凝反应器的阳极，经过电解后阳极失去电子，发生氧化反应而产生铁、铝等离子。然后经过一系列水解、聚合及亚铁的氧化反应生成各种絮凝剂，如羟基络合物、多核羟基络合物以及氢氧化物，使污水中的胶体污染物、悬浮物在絮凝剂的作用下失去稳定性。最后脱稳后污染物与絮凝剂之间发生互相碰撞，生成肉眼可见的大絮体，从而达到分离。4、臭氧催化氧化技术臭氧催化氧化技术是利用臭氧与活性炭联用的处理技术，由催化反应器、空气气源处理系统、冷却水系统、臭氧发生器等部件组成，主要用来去除压裂返排液中的难降解有机物和细菌。但是传统的臭氧氧化技术在应用范围上有一定的局限性，在处理过程中，臭氧对污染物的去除表现出选择性，将优先与反应速率快的污染物进行反应而将其去除，从而使反应速率低的污染物不能被去除。但是羟基却可以避免此问题，因此臭氧要与其他氧化技术组成催化氧化体系，其中臭氧与活性炭就是典型的联用技术。该技术采用活性炭表面附载纳米MnO2金属氧化物作为催化剂，以提高其催化活性。同时加以超声波协同，发生水力空化反应，促进臭氧分解生成羟基，使难降解有机物的去除率显著提高。水力空化是指水进入含有超声波的反应器时，将由于振动产生数以万计的微小气泡，并逐渐长大，最后发生剧烈的崩溃，从而产生羟基去除难降解有机物。压裂返排液收集后，首先考虑重复利用，如：配制钻井液、压裂液。其中，配制钻井液或压裂液需要根据使用情况进行一定的处理，用以达到配液指标，其性能应符合SY/T7377《钻井液设计规范》和DB61/T1248《压裂返排液回配压裂液用水水质要求》。若确实无法回用的废弃钻井液，应进行处理后回注地层。回注地层要满足SY/T5329-2012《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》相应要求。压裂返排液的处理工艺，应根据返排液的种类，并结合工程实际，经技术经济比较后确定。对于滑溜水压裂液和清洁压裂液的返排液宜采用自然沉降、絮凝沉淀、过滤等工艺处理。对于植物胶压裂液返排液宜采用絮凝沉淀、高级氧化、精细过滤等工艺处理。具体处理工艺的要求可参考GB50013《室外给水设计标准》、GB50014《室外排水设计标准》、GB50428《油田采出水处理设计规范》、SY/T7020《油田采出水注入低渗与特低渗油藏精细处理设计规范》中规定的要求执行。五、征求意见情况序号意见章条及原标准内容修改意见及依据提出单位意见处理1第6章的6.4中压裂返排液应自行处理或拉运至满足环保要求的污水处理厂处理达标后，在合法的排放口排放。第6章6.4中增加在取得排污许可证后，在合法的排放口排放。中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司工程技术发展研究中心压裂液增产实验室全部采纳2第5章中增加5.4返排液装卸时应防止泄露或洒落。第5章中增加5.4返排液装卸时应防止泄露或洒落。中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司工程技术发展研究中心压裂液增产实验室全部采纳3压裂返排液的处理工艺，应根据返排液的种类，并结合工程实际，经技术经济比较后确定。压裂返排液的处理工艺，应根据返排液的种类，并结合工程实际，经技术经济比较后确定，具体遵照6.5.1及6.5.2执行。西安厚雍环保科技有限公司未采纳，理由如下：意见所列条款是6.5，6.5.1及6.5.2是下级标题，就是对本条款的具体说明，因此不必再单独列出。4预处理工艺的选用，应根据压裂返排液的性质和处理后的水质要求通过试验确定。所说的根据不明确，无法操作。西安厚雍环保科技有限公司全部采纳56.7压裂返排液处理后满足的水质指标，应根据回用途径确定。压裂返排液处理后满足的水质指标，应根据回用途径，参照6.7.1~6.7.4确定执行。西安厚雍环保科技有限公司未采纳，理由如下：意见所列条款是6.7，6.7.1-6.7.4是下级标题，就是对本条款的具体说明，因此不必再单独列出。6第I页，“本标准按照GB/T1.1-2020给出的规则编写。”请注明国标名称，便于查询参考。西安理工大学全部采纳7第1页，“本标准规定了油气田压裂过程中产生的压裂返排液的一般规定。。。”“本标准针对油气田压裂过程中产生的压裂返排液的收集、贮存、集输、处理、处置、水质分析方法及监测进行规定，使压裂反排液的整个处理过程达到安全与环保的要求。”西安理工大学未采纳，理由如下：GB/T1.1-2020对范围这部分有具体的要求，一般不按照意见里的写法编写。8第1页，“压裂返排液应采用专用储存罐收集和贮存。”建议注明材质，设计容积，是否有加强框架等，收集过程是否需要动力，可以注明。西安理工大学未采纳。理由如下：储存罐的材质、容积等具体要求根据处理方的条件需求选取，本规范不做具体要求。9第2页，“经技术经济比较后确定”请明确西安理工大学未采纳，理由如下：标准中后续内容就是对本条款的说明。103一般规定中3.2防渗应按照GB/T50934确定的措施执行。修改为“防渗应按照GB/T50934规定执行。”陕西师范大学未采纳，理由如下：本标准规范性提示是按照GB/T1.1-2020的要求编写，所提意见的写法目前不采用113一般规定中3.3在压裂施工结束，进入返排阶段时，应全程实现压裂返排液的不落地，配备符合要求的储存罐。3.3在压裂返排阶段，应全程实现压裂返排液的不落地。陕西师范大学未采纳，理由如下：“压裂返排阶段”这种说法不够严谨123一般规定中增加“3.4在压裂返排液收集、贮存和处理现场应对返排液做相应的分离和标识，并设立标志。”陕西师范大学未采纳，理由如下：压裂返排液收集、贮存使有专用储罐，处理采用专有设备，没有必要再设置标识或标志。134收集与贮存4.1压裂返排液应采用专用储存罐收集和贮存。建议修改为“压裂返排液应采用专用罐、池收集和贮存。”目前，压裂液主要以水基压裂液为主，在标准中规定压裂返排液的收集与贮存采用专用罐是否规定过高。陕西师范大学未采纳，理由如下：根据环保要求和发展趋势，井场产生的各种废液都应不落地处理，因此，本标准不推荐采用储存池收集。146.2……处理厂需持有环保部门颁发的资质证书。压裂返排液中含油，应属于危险废物。2017年关于征求《危险废物经营许可证管理办法（修订草案）》将危险废物经营许可证按照经营方式，分为危险废物综合经营许可证、危险废物利用经营许可证和危险废物收集经营许可证。建议改为：处理厂需持有环保部门颁发的危险废物综合经营许可证。陕西省石油化工研究设计院未采纳，理由如下：压裂返排液目前并没有划定为危险废物，因此不必执行危险废物的相关规定。156.4……可考虑地表外排方案，压裂返排液应自行处理或拉运至满足环保要求的污水处理厂处理达标后，在合法的排放口排放。GB50014中规定：排入城镇污水管网的污水水质必须符合国家现行标准的规定，不应影响城镇排水管渠和污水厂等的正常运行；不应影响处理后出水的再生利用和安全排放；工业园区的污、废水应优先考虑单独收集、处理，并应达标后排放。建议改为：压裂返排液应单独处理至满足城镇污水进水水质要求后，按申请的排污量排入城镇污水管网，且不应影响处理后出水的再生利用和安全排放。陕西省石油化工研究设计院部分采纳，修改为：压裂返排液应自行处理或拉运至满足环保要求的污水处理厂处理达标后，在合法的排放口排放。排入城镇污水管网的应符合GB50014的规定。166.5.1对于滑溜水压裂液和清洁压裂液的返排液宜采用自然沉降、絮凝沉淀、过滤等工艺处理。滑溜水压裂液的核心添加剂是降阻剂，丙烯酰胺类聚合物、聚氧化乙烯、胍胶及其衍生物以及纤维素衍生物等均可作为降阻剂使用；清洁压裂液所用黏弹性表面活性剂由长链脂肪酸衍生的季胺盐组成。以上添加剂遇地层水稀释或遇烃类物质破胶后，仍会有较高浓度的表面活性剂残留在返排液中。建议：规范中采取多种适宜的深化处理工艺。陕西省石油化工研究设计院未采纳，理由如下：滑溜水压裂液和清洁压裂液的返排液虽然还有一定量的有机物，但是对于回用或回注的影响很小，因此不需要采用深度处理技术。176.6压裂返排液处理后外排的工艺设计应符合GB50013、GB50014中的规定。（1）若是压裂返排液处理后的外排工艺设计，仅符合GB50014中的规定即可。（2）若是指压裂返排液具体的处理工艺，建议并入6.5中。陕西省石油化工研究设计院全部采纳18前言中第一条“本标准按照GB/T1.1-2020给出的规则编写。”描述应该更明确，便于参考。西北工业大学化学与化工学院全部采纳19一范围中“第1页，“本标准规定了油气田压裂过程中产生的压裂返排液的一般规定”应进行更为详细的描述。西北工业大学化学与化工学院未采纳，理由如下：本标准的范围是按照GB/T1.1-2020的要求编写206.4无法循环利用配置压裂液或钻井液的压裂返排液描述不够明确。西北工业大学化学与化工学院未采纳，理由如下：标准所指的就是无法实现回用于配制压裂液或钻井液的返排液，描述比较清楚。215.1压裂返排液集输方式应根据压裂返排液量、水质和区域地质条件综合分析后确定，可采用管道输送或罐车拉运。可以直接指定输运方式或者需要指出水质综合分析的对应条件西安交通大学部分采纳，修改为：具体要求按照NB/T14002.3确定的要求执行。226.5.2对于植物胶压裂液返排液宜采用絮凝沉淀、高级氧化、精细过滤等工艺处理。是否只有者三种方式？还有没有其他处理方式？比如厌氧处理、水热处理等等西安交通大学未采纳，理由如下：标准中推荐的三种方法为常用处理工艺，但不仅限于这三种方法。236.3、6.4、6.7.2将“配置”改为“配制”长庆油田分公司油气工艺研究院全部采纳242规范性引用文件增加标准“SY/T6376压裂液通用技术条件”长庆油田分公司油气工艺研究院全部采纳256.3增加“压裂液初次配制所得液体技术指标满足SY/T6376相关要求”。长庆油田分公司油气工艺研究院全部采纳26前言本标准按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则—第1部分：标准化文件的结构和起草规则》给出的规则编写。西北大学全部采纳27P13.3