加砂压裂用滑溜水返排液重复利用技术

胍胶压裂返排液重复利用新技术研究及应用雷炜(中石化西南油气分公司石油工程技术研究院，四川德阳618000)[摘 要]加砂压裂是目前油气田开发增储上产的重要技术手段，压裂后产生的大量压裂返排液为企业和油气田开发带来了巨大的环保和成本压力。

为有效解决压返液处理难题，形成了“去除有害物质而保留有益成分”的重复利用新思路。

研发了扩链处理剂、高鳌合度交联剂，解决了返排液中断链小分子胍胶的二次链接及重构难题；研发了辅助处理剂及撬装地面处理工艺，实现了深度去除影响新配液体性能的有害化学及固相物质，但同时保留了有益化学成分的目的，处理回收液配制的压裂液性能指标与清水配液性能指标相当。

通过216井次、150000 m 3液体的处理和重复利用，证实了该药剂配方及工艺技术的可行性，经济及环保效益明显，推广应用前景广阔。

[关键词]胍胶压裂液；压裂返排液；重复利用；扩链处理剂；交联剂[中图分类号]TQ [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2021)10-0332-04Study and Application of a New Technology for Reuse ofGUAR GUM Fracturing BackflowLei Wei(Petroleum Engineering Technology Research Institute, Sinopec Southwest Oil & Gas Company, Deyang 618000, China)Abstract: Sand fracturing is an important technical means to increase oil and gas reserves and production at present. A large amount of fracturing fluid produced after fracturing has brought great environmental protection and cost pressure to enterprises and oil and gas field development. In order to effectively solve the problem of pressure return liquid treatment, a new idea of reuse is formed, which is to remove harmful substances and retain beneficial components. A chain-extending agent and a high chelating cross-linking agent were developed, which solved the problem of the secondary link and reconstruction of the broken chain of the small molecule Guar Gum in the backflow, the purpose of removing the harmful chemical and solid substances which affect the performance of the newly prepared fluid is realized, but the beneficial chemical composition is kept at the same time. Through 216 wells and the treatment and reuse of 150000 m 3, the feasibility of the formulation and technology of the agent has been confirmed, and its economic and environmental benefits are obvious.Keywords: Guar gum fracturing fluid ；fracturing backflow fluid ；reuse ；chain extension agent ；crosslinker水力压裂是油气井增产的重要技术手段，压裂液完成携砂注入地层后，会随完井测试、生产而返出。

压裂返排液取水应用技术作者：王玉麟来源：《环球市场》2017年第19期摘要：为了解决非常规储层压裂改造过程中水资源的大量消耗以及日益增多的废液污染问题，研究了压裂返排液经过化学处理后用于重新配制压裂液的新方法。

关键词：返排液；压裂酸化；处理技术1压裂返排液的基本概述1.1压裂返排液的性质压裂返排液的成分非常复杂，所包含的化学药剂分量大、种类多，主要有高分子聚合物、高浓度瓜胶、硫化物及 SRB 菌等，硫含量总计大约在 20mg/L，同时氯离子和以铁为主的相关重金属离子的含量也很高。

压裂返排液的乳化度比较高，黏度很大，静沉出水更加困难。

在常规含油污水的处理过程中悬浮物往往是最难达到标准的项目，非常规压裂返排液一般是灰黑色的，散发着明显的瓜胶变质和焦糊味，搅拌它则会有大量的泡沫产生。

总之，压裂返排液成分的复杂性以及性质的独特性都使得对其进行处理的难度加大。

1.2压裂返排液的特点与危害由于压裂返排液中含有许多化学添加剂，而且它在返排过程中还会把地层里的一些细菌、有机及无机化学物、放射性元素、重金属等携带出来，因而具有成分复杂、黏度大、污染种类多样、矿化度高、浓度高、稳定性高、COD 高等特点。

一旦压裂返排液未经处理就排放出去会严重危害周边的环境，使得地表水系被污染、土壤板结、土壤盐碱化等，引发一系列严重的生态环境问题。

1.3压裂返排液的主要处理方法近些年，国内外很多专家学者都对压裂返排液进行了大量的研究，当前常用的压裂返排液处理方法主要有化学法、物理法、物理化学法、生物法这四种。

（1）化学法。

化学法是把一定数量的某些化学药剂加入到返排液里，使其发生相关化学反应，进而在药剂的作用下使返排液当中的有机污染物发生沉淀或者分解，最终使返排液的COD 值得以降低。

较为常见的化学法有沉降法、絮凝法、中和法、微电解法及氧化还原法等。

（2）物理法。

压裂返排液中的悬浮污染物通常都是通过物理法进行处理的，常见的处理方法有过滤法、离心分离法、重力分离法等。

第49卷第10期 当 代 化 工 Vol.49，No.102020年10月 Contemporary Chemical Industry October，2020收稿日期：2019-12-18作者简介：徐太平（1967-），男，博士学位，高级工程师，2002年毕业于合肥工业大学应用化学专业，研究方向：油田化学。

E -mail：xutaiping@gepetto 。

绿色清洁滑溜水重复利用技术 在瓜尔胶返排液中的应用徐太平，李栓（捷贝通石油技术集团股份有限公司，成都 610000)摘 要： 随着单井压裂规模的加大、压裂井次的增多，压裂返排液的重复利用需求逐渐增多。

通过引入速分散、耐矿化度单体，提高降阻剂SLW -1的溶解及耐盐性能，通过加入耐温稳定剂TS -2提高瓜尔胶返排液配置的滑溜水耐温性能。

当KCl 和CaCl 2质量分数为0%~10%时，SLW -1降阻率保持在75%。

在室温条件下，SLW -1的溶解时间约为15 s；当硼离子质量浓度为0~40 mg ·L -1时，降阻率维持在76%以上；当过氧化物质量浓度为0~60 mg ·L -1时，降阻率保持在76%~77%之间。

SLW -1及瓜尔胶返排液分别配置的滑溜水溶解速度均为 15 s，降阻率分别为76.5%、76.2%、76.0%；6 000 s -1剪切5 min，降阻率均为76%以上。

SLW -1返排水配置的滑溜水在150 ℃时，降阻率为76.2%；瓜尔胶返排液配置的滑溜水加入耐温稳定剂TS -2后，在150 ℃时体系降阻率可以保持在75%；加入TS -2后的瓜尔胶返排水配置的高黏液体在120 ℃剪切100 min，黏度保持在 100 mPa ·s 以上。

关 键 词：滑溜水；压裂返排液；水质分析；重复利用；尓瓜胶中图分类号：TE133 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2020）10-2203-05Application of Green Slick Water Reuse Technology in GuarGum Fracturing Flow-back FluidXU Tai-ping, LI Shuan（Gepetto Oil Technology Group Co., Ltd., Chengdu 610000, China ）Abstract : With the increase of fracturing operations, the reuse of fracturing recycling fluid has attracted attention widely. The solubility and salt resistance of reducer SLW-1 were improved by introducing fast dispersing and mineralization-resistant monomers. The temperature resistance of slick water with guar gum flow-backwater was improved by adding TS-2 as a temperature-resistant stabilizer. When the mass fraction of KCl and CaCl 2 was 0%~10%, the resistance reduction rate of SLW-1 remained at 75%. At room temperature, the dissolution time of SLW-1 was about 15 s.When boron ion concentration was 0~40 mg·L -1, the resistance reduction rate maintained above 76%. And when peroxide content was 0~60 mg·L -1, resistance reduction rate maintained between 76%~77%.The dissolution rates of SLW-1 and guar gum reflux solution were 15 s, the resistance reduction rates were 76.5%, 76.2% and 76.0%,respectively.And after shearing for 5 min, all three resistance reduction rates were more than 76.0%. The resistance reduction rate of SLW-1 with slick water flow-back water was 76.2% at 150 ℃. When TS-2 was added to the slick water with guar gum flow-back water, the resistance reduction rate of the system could be maintained at 75% at 150 ℃. When TS-2 was added to the high-viscosity liquid with guar gum flow-back water, the viscosity of the system could be maintained at 100 mPa·s after shearing in 100 min at 120 ℃. Key words : Slickwater; Flow-back water; Water analysis; Recycling; Guar gum随着我国环保要求的不断提高，天然气作为一种清洁能源得到越来越广泛的应用。

压裂返排液重复利用技术研究摘要：近几年随着分公司勘探开发不断深入，压裂工作量逐年增加，返排液产生量巨大，据不完全统计2019年压裂井施工后产生返排液50000m³以上。

返排液前期主要以拉运至污水处理厂进行处理为主，单方处理成本220元，处理成本较高。

为全面贯彻落实中国石化“绿色企业行动计划”，同时缩减分公司生产经营成本，拟开展压裂返排液重复利用技术研究，研究重点针对各区块压裂返排液的组分特征分析、压裂返排液回用处理配方等方面开展，旨在建立压裂返排液重复利用水质标准，并开展返排液基压裂液配方优化，形成完善的返排液重复利用技术，降低返排液处理成本。

关键词：压裂返排液；重复利用技术1压裂返排液处理工艺调研目前国内对压裂返排液的处理主要采取回注、外排达标和固化处理等方法，2000年以来，随着国家对所有工业污染物的排放实施强制性的标准，对石油化工领域内环境保护要求越来越严格，在压裂返排液的回注、达标外排处理技术上探索了一些新方法，概括起来压裂返排液处理技术主要为絮凝沉降法、生物及生物化学法、高级氧化技术、微电解组合工艺微电解法等。

而由于水基压裂返排液有机添加剂种类繁多，降低COD的难度较大，未来水基压裂返排液处理技术发展趋势为：（1）研发高效的复合絮凝剂、氧化剂，混凝剂应具有絮凝能力强、沉降速度快、分层效果好、絮凝体体积小的优点，且在碱性和中性条件下均有同等效果；（2）设计并研制撬装式水基压裂返排液无害化和脱盐处理的一体化装置，进一步降低成本等；（3）研制可回收的压裂液体系也是压裂液返排回收利用技术的发展方向。

2压裂返排液重复利用技术2.1技术难点返排液处理技术难点有四个方面：①返排液处理的重点组分；②组分的处理程度；③组分的处理成本；④研选主处理药剂，优化形成处理配方。

2.2技术路线研究拟采用以下技术路线（图1）：图1压裂返排液重复利用技术研究路线2.3压裂返排液组分特征分析研究采用返排液取自SW16井、北213-2HF井、北213-1井，样品详细信息如下表1：表1 返排液样品汇总取样井压裂液配方：2.3.1北213-1、北213-2HF基液：0.45%一级胍胶＋1%KCl+0.2%高效杀菌剂+0.3%复合醇醚+0.33%液碱+0.5%粘土稳定剂+0.3%破乳剂；滑溜水：0.07%减阻剂+0.3%粘土稳定剂+0.1%增效助排剂；交联剂：中温交联剂，交联比为100： 0.35；破胶剂：胶囊破胶剂，0.02%-0.04%、追加过硫酸铵；活性水：1%KCl+0.5%粘土稳定剂。

压裂返排液处理与重复利用技术1压裂返排液处理技术1.1达标外排为了有效防止生态环境及地下水污染，近几年国家能源局大力推进压裂返排液处理技术研究。

目前，我国压裂返排液外排的水质标准采用的是石油天然气行业标准SY/T5329—2012《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》和国家标准GB8978—1996《污水综合排放标准》，主要水质指标包括pH值、色度、悬浮物、化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、石油类及细菌含量。

处理工艺包括pH 调节、混凝沉淀、油水分离、杀菌及氧化处理等，最后通过清水稀释达到安全排放标准后再进行外排。

由于返排液的复杂性和稳定性，导致处理难度大，成本太高，而且现有的处理工艺都无法去除返排液中的高浓度盐类物质。

虽然各类标准都未对盐类物质作具体要求，但高浓度的盐水排入生态环境会造成许多不良影响。

另外，对于大多数缺水区域，对大量的返排液进行处理后外排也是对水资源的浪费，因此将返排液处理后外排并不是一个好的选择。

1.2处理后回注将压裂返排液经过处理达标后再回注地层，这不仅可以有效解决返排液的排放问题，还能弥补注水开发过程中对用水的需求。

处理后的返排液需达到石油天然气行业标准SY/T5329—2012《碎屑盐油藏注水水质推荐指标及分析方法》的要求方能进行回注，同时还要采取切实可行的措施，防止地层污染。

由于回注水仅对油含量、悬浮物含量及粒径有较严格要求，因此相对于返排液处理后外排，对其处理后再回注不仅可以节省大量水资源，同时也降低处理成本。

然而，由于返排液不仅悬浮物含量高，而且黏度大，性质稳定，必须对其进行氧化、絮凝及过滤等操作后方能达到回注要求，因此需要外运到回注站进行集中处理，而回注站的处理能力一般很难满足大规模返排液处理的要求，且成本高、地下水环境风险不明确。

另外，这种处理方式对返排液中大量残余的稠化剂也是一种浪费。

因此，对返排液进行处理后回注也并非是最佳选择。

1.3处理后重复配制压裂液随着非常规油气资源开采力度加大，压裂用水量和压裂废水急剧增加。

页岩气压裂返排液处理页岩气压裂返排液处理方法研究1 研究目的及意义页岩气作为重要的非常规天然气资源，已成为全球油气资源勘探与开发的新亮点，但其特殊的钻采开发技术可能带来新的环境污染问题，尤其是在页岩气压裂作业过程中将产生大量压裂返排废水，这类废水中含有随着返排废水带出的地层地下水、废压裂液和钻屑等，具有高盐、高矿化度、高色度、含有毒有害物质、可生化性差和难处理的特点。

因此，研究页岩气压裂返排液处理技术，对于缓解开发区块的环境问题显得格外重要，同时对于保障页岩气的正常生产和可持续发展具有重要意义。

2 国内外现状中国石油西南油气田分公司已形成了加砂压裂用滑溜水返排液重复利用技术并在现场应用。

其基本处理回用流程为：返排液→物理分离→水质检测→水质调整→水质检测→压裂用水或与清水混合后作为压裂用水。

现场通过过滤、沉降去除机械杂质，补充添加剂来调整返排液性能，使其满足压裂施工要求，重复利用。

该处理方式相对简单，但对成分较复杂的返排液处理后需与清水稀释才能满足压裂用水要求。

2.1 常规压裂返排处理技术1）自然蒸发依靠日照对返排液进行自然蒸发，去除水分，剩余盐类和淤泥采用固化处理。

该方法处理能力小，处理周期长，受自然条件限制（温度和土地）。

美国西部部分州和中国部分沙漠地区少量的返排液采用了自然蒸发处理。

2）冻融冻融是将返排液冷冻至冰点以下结冰，盐因溶解度降低而析出，使冰的盐浓度降低，再将冰加热融化得到低浓度盐水，从而实现盐一水分离。

该方法受地理气候限制，需要足够的冰冻天气，未见工业化应用报道。

3）过滤过滤常被用于返排液预处理和返排液处理后固-液分离，去除机械杂质/悬浮物等，也能在过滤时将部分油(脂)除去，且通常配以活性炭吸附处理。

过滤效果受滤网/滤芯孔径限制，过滤效率受过滤后的水质要求限制。

对于一些孔径较小的过滤器，细菌的存在将产生豁液堵塞过滤器，清洗后也难以保持。

过滤处理返排液在国内外各大油气田均有应用，但通常与其它处理技术复合应用，除去返排液自身和处理过程中产生的机械杂质。

压裂返排液水处理再利用现状及进展近年来，压裂技术在页岩气、煤层气等非常规天然气勘探和开发中得到广泛应用，但压裂过程中产生的返排液水却成为了极大的难题。

返排液水中含有大量化学物质、微生物、重金属等对环境和人类健康有危害的成分，若不进行正确处理，将对环境造成不可挽回的破坏。

因此，水处理再利用已成为迫在眉睫的问题，同时也是各地勘探开发的“痛点”。

1. 压裂返排液水处理技术现状压裂返排液水主要包括地下水、压裂液、地层水等，其复杂组成对处理技术提出了严峻的挑战。

目前，压裂返排液水的处理技术主要包括物理法、化学法、生物法和复合法等。

（1）物理法处理：主要是利用膜分离、蒸发浓缩等技术将返排液水中的悬浮物、沉淀物、大分子有机物等进行分离和浓缩，分离后的液体符合排放标准。

但是其处理过程中低效、能量消耗大、废水浓缩或排放后需要进行二次处理等问题，限制了其应用。

（2）化学法处理：主要包括沉淀法、氧化还原法、离子交换法等，通过化学反应将液体中的有机、无机物分离出来。

但该方法在处理后的残渣不可避免地需要在安全处置，且消耗大量能源，如电、化学药品等。

（3）生物法处理：生物降解法是指利用微生物把有机物降解成CO2和水等无害物质的方法。

其工艺简单、成本低廉，从处理效果来看生物法可以达到对有机物的高效降解。

但是微生物降解过程受温度、pH值、含氧量等环境因素影响大，易受其他污染物影响，限制了其应用。

（4）复合法：将不同的技术手段结合起来，形成一套串联/并联、相互补充的处理工艺，可以最大化的发挥每一种处理方法的优势。

复合工艺可以根据实际情况，针对性地进行组合，使处理效果能够保证。

2. 压裂返排液水处理技术发展趋势（1）利用新型材料提高物理法处理效率：传统的物理法处理涉及过滤、沉淀和蒸发浓缩，在应对大量水处理时效率低下。

为此，研究人员提出了利用新型材料，针对不同情况，针对性提升物理法的净水效率，如改进过滤器、电解去离子、光催化技术等，这些方法能够在迅速去除压裂返排液中沉淀物、悬浮物的同时，消耗较少的能源，从而使整个处理过程更加清洁，有效降低了返排液水的污染物。

压裂返排液回收利用技术
工程院开展了《压裂返排液回收利用技术》项目研究。

科研人员针对常规胍胶压裂液循环利用中存在的问题，采用化学方法对返排液进行处理，实现返排液中残余压裂液处理剂的重复利用，形成了工艺简单、成本低的压裂返排液循环利用工艺技术。

据工程技术研究院副院长潘竟军介绍，目前国内油田开展压裂返排液的循环利用技术研究，主要是返排液经过处理后用来配制滑溜水等非交联压裂液，或从根本上进行压裂液体系代替，比如采用聚合物体系代替胍胶压裂液，而针对常规胍胶压裂液返排液的循环利用技术研究很少，实现常规胍胶压裂液返排液低成本循环利用存在较大难度。

通过大量研究，课题小组使用研发的暂屏技术，不仅实现了利用返排液直接快速配制胍胶原液，还实现了交联时间可控。

该技术在国内首次实现了返排液中残余交联离子的循环利用，并可在一定程度上减少交联剂的用量。

压裂返排液循环再利用影响因素压裂技术是一种有效的石油钻采工艺，它使石油可以更容易地从地下开采出来。

在压裂作业中，水和泥浆被注入到岩石中，使岩石断裂并释放石油。

与此同时，由于压力和摩擦力等原因，也会产生大量的“返排液”，这是指在压裂过程中被排出去的混合物。

这些返排液通常包含化学物质和杂质，不能直接排到环境中去。

为了确保环境安全和节约资源，需要对返排液进行处理和循环再利用。

本文将探讨影响压裂返排液循环再利用的因素。

首先，影响压裂返排液再利用的因素之一是返排液的性质。

返排液通常是由多种物质混合而成的，包括水、化学药剂和杂质等。

这些成分的比例和含量可能会对返排液的再利用效果产生影响。

例如，如果返排液中的化学药剂含量太高，可能会降低再利用的效果。

而如果返排液中的杂质含量过高，则可能会堵塞再利用设备，使处理效率降低。

因此，需要对返排液进行化学成分分析和处理，以确保再利用的效果。

其次，影响压裂返排液再利用的因素之二是处理设备。

在返排液再利用过程中，需要使用各种设备进行处理，例如除砂器、化学剂加药装置、过滤器等。

这些设备的工作状态和效率可能会影响再利用的效果。

例如，如果过滤器的孔径太小或堵塞，可能会导致返排液无法顺利经过，影响处理效率。

因此，需要对处理设备进行定期检查和维护，保证其良好的工作状态。

第三，影响压裂返排液再利用的因素之三是治理环境。

在返排液再利用过程中，需要保证处理过程不会对环境造成污染。

例如，在返排液处理过程中，可能会产生一些废弃物，如果这些废弃物没有得到妥善处理，可能会对环境造成影响。

因此，需要在返排液再利用过程中加强环境监管，确保处理过程不会对环境造成污染。

第四，影响压裂返排液再利用的因素之四是适用场景。

不同的返排液成分和含量可能适用于不同的场景。

例如，如果返排液中的化学药剂含量过高，可能只能用于工业再利用，而不能用于农业灌溉。

因此，需要在返排液再利用前对其进行成分分析，并根据情况选择适用的场景。