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页岩气压裂返排液概述

技术前沿 270

页岩气压裂返排液概述

一、定义与来源

压裂返排液是页岩气开采水力压裂作业后,因地层压力变化回流的废水,由注入地下的压裂液与地层水、矿物质等混合形成13。作为页岩气开发的主要副产物,其产量占压裂液总量的15-70%,单井产量可达0.4-1.5万立方米。

二、成分与特点

  1. “四高”特征
    • ‌高粘度‌:含稠化剂(如胍胶)、破胶剂等添加剂,粘度可达100 mPa·s以上
    • ‌高盐‌:矿化度达5-30万mg/L,以Na⁺、Cl⁻为主,部分地区含Ba²⁺、Sr²⁺等离子
    • ‌高悬浮物‌:含支撑剂砂粒、油类及地层碎屑,悬浮物浓度超2000 mg/L
    • ‌高COD‌:含20余种化学添加剂,COD值可达2000-8000 mg/L
  2. 复杂污染物
    • 含稠化剂、交联剂等10大类750余种化学物质,包括苯系物等有毒有机物
    • 含地层溶解的放射性元素(铀、钍)、重金属(砷、铅)及硫化亚铁等

三、处理核心难点

  1. 技术挑战
    • 污染物稳定性高:乳化油、胶体物质难以自然降解,需强氧化处理
    • 水质波动大:返排初期以添加剂为主,中后期地层水占比增加导致盐度持续上升
  2. 环境风险
    • 直接外排可导致土壤板结、地表水污染及放射性物质扩散
    • 传统自然风干法存在二次污染风险7

四、处理技术体系

  1. 预处理
    • ‌旋流溶气气浮(CDFU)‌:立式罐体集成旋流分离与超微气泡技术,油类去除率>95%
    • ‌臭氧催化氧化(CDOF)‌:多重催化反应快速降解高分子有机物,COD削减率可达70%
  2. 深度处理
    • ‌MVR蒸发结晶‌:板式强制循环蒸发系统耦合预处理,实现全量化处置,结晶盐纯度>97%
    • ‌膜分离技术‌:反渗透膜脱盐后产水达到《地表水Ⅲ类标准》,满足回用要求
  3. 资源化路径
    • 处理水回用率超90%,可复配为压裂液基液或滑溜水
    • 结晶盐经提纯后可用于工业盐原料

注:当前主流技术已形成“预处理-氧化破胶-膜浓缩-蒸发结晶”集成工艺链,通过撬装化设备实现随井处理,综合成本较传统方法降低40%以上。

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