浅析油井压裂液返排管理与实践

摘 要：水力压裂是非常规油气藏开发的重要增产措施之一，压裂施工结束后，压裂液会对环境造成影响。我们应从提高压裂液返排，严格处理返排液这两方面来降低压裂液对环境造成的污染。

关键词：辽河油田；压裂液；返排率；压裂；环境污染

1 概述

近年来，石油开采将目光投向了非常规油气藏，其基质渗透率一般很小，需要借助水力压裂才能获得产能。非常规油气藏开发模式以水平井为主，压裂施工规模、液量是常规油气藏的5到10倍，水力压裂在施工过程中向地层注入了大量的压裂液。压裂施工结束后，一部分压裂液返排到地面，另一部分未返排的压裂液留在地层中，如果处理措施不当，压裂液会对环境造成严重污染。因此，提高压裂液返排率，以及对返排液的处理技术，减少环境污染，是非常规油气藏开发需要重点关注的问题。

2 压裂液对环境的影响

2.1 压裂液废液量增加。水力压裂是非常规油气藏开发的重要手段之一，非常规油气井钻井完成后，只有少数天然裂缝特别发育的井可直接投入生产，90%以上的井需要经过压裂储层改造才能获得比较理想的产量。非常规油气藏压裂规模一般为常规油气藏的5到10倍，水平井采用分段压裂，压裂段数为10段，预计总液量13400m3，压裂液量显著增加，产生了大量成分复杂的压裂返排液，水力压裂对环境的影响逐渐增加。

2.2 污染地下水及地面环境。水力压裂施工后，返排不及时或返排率低都会导致部分压裂液长期残留在地层中，对地层造成伤害。如果油气藏目的层附近有地下水源，压裂施工沟通地下水层，就会对地下水源造成严重的污染。压裂液添加剂种类繁多，组分复杂，不同的压裂液体系组成差别很大。如果处理不当，造成压裂返排液中的污染物滲入地下水，就会严重影响地下水质。此外，由于雨水冲刷可能造成返排废液随地表径流进入河流，对地表水体造成污染。压裂返排液中含有微量的重金属元素，这些元素性能稳定，渗入土壤不易去除，短时间内不会对地表水和植被产生明显影响。但是随着土壤中这些元素含量的增多，会使土壤肥力下降，不利于农作物及植被等的生长，对环境造成影响。压裂返排液中的各种污染组分还有可能影响到陆生野生动植物，间接对人体健康产生危害。

3 压裂液返排及返排液处理现状

3.1 压裂液返排现状。压裂液的返排率和油气藏的地质特征有着密切的关系。受地层能量的影响，返排率最低仅为10%左右。在压裂设计优化过程中，针对不同的地层物性，优化压裂液体系，提高压裂液破胶性能，促进压裂液返排，是目前非常规油藏压裂要解决的重要问题之一。

3.2 返排液处理现状。水力压裂施工结束后，大量的压裂液添加剂，返排的压裂液具有高粘度、高稳定性的特点。此外添加剂的种类较多，包含一些亲水性的有机添加剂，使COD值偏高，而且降低的难度较大。如果这些返排液不经过处理直接排放，将会对周围的环境造成很大的污染。压裂返排液的处理方法较多，作为预处理比较常用的是化学混凝法。它的主要机理包括吸附架桥作用、电中和、压缩双电层以及沉淀物网捕。通过混凝处理后，COD能降低到73%。应用比较广泛的另一种方法是化学氧化法。它利用强氧化剂将返排液中的无机物和有机物氧化分解，以达到降低COD值的目的。

3.3 存在的问题。目前压裂液多采用几种处理工艺相结合的多元组合处理，已实现降低压裂返排液中的污染物含量，从而达到废液排放满足环保标准的目的，但是这些技术运行成本过高，在实际生产中还未达到大规模应用的水平。一旦压裂废液量剧增，目前的压裂返排液处理水平难以满足实际需求。

4 如何减少对环境的污染

4.1 提高压裂液返排率，降低地层污染。压裂液添加剂成分复杂，种类多。在压裂液体系的研发和实验阶段，添加剂尽量选择符合环保要求的产品，并按照标准进行严格测试。从源头做起，提高压裂液的破胶性能，尽量减少压裂返排液中污染物的含量。目前水处理剂的研究也出现了积极的转变，从无机高分子到有机高分子，从天然有机高分子到改性有机高分子及合成有机高分子，这一变化反映出我们的压裂废水处理剂逐渐向新型、高效、清洁、无毒的方向发展。

4.2 液氮助排工艺。对于地层压力系数较低的油井，压裂后地层能量不足，返排率低。为了改善这种状况，在压裂设计时考虑液氮伴注。采用液氮助排不仅可以为压后返排提供一定的高压能量，弥补地层返排能量的不足，显著提高低压油气井的返排速度。另外，压裂施工中注入液氮还可以降低压裂液滤失对地层造成的伤害。

4.3 加防水锁剂。对于低渗透油气藏，压裂过程常伴随着水锁伤害，以某低渗气藏为例，进行不同水锁强度气驱水实验，测试结果表明，在束缚水存在的条件下，随着气体累积产出量的增加，气相的有效渗透率逐渐恢复。当产出气量较少时，气相的有效渗透率较小，反映了水锁堵塞对地层渗透率的影响。

4.4 加强压裂液排放管理。在压裂施工现场，严格执行相关环保标准，大罐和管道下方铺上很厚的防渗布，并使用自吸车吸走防渗布上的残液，避免由于管道渗漏液体污染土地。施工完成后要求将放喷返排液排入专用储液罐，防止返排液污染井场。将返排液储液罐运送到联合站进行统一处理。根据《综合污水排放标准》，严格对处理后的返排压裂液主要污染指标进行检测，达到标准后才能排放。

5 结束语

5.1 目前压裂施工中，存在着压裂液返排率低、返排液处理困难的问题。

5.2 压裂液不仅伤害地层，还对地下水及地面农作物等造成污染，对周围居民的生活质量造成影响。

5.3 通过新型环保压裂液、液氮助排、防水锁等措施提高压裂液的返排率。通过对返排液排放控制及回收再利用，严格处理压裂返排液，减少环境污染。

参考文献：

[1]赵晓.压裂液返排模型的建立及应用[J].石油钻采工艺，2011，33（3）：62-65.

作者简介：王林，女（1990，03-），辽宁辽中人，2013年毕业于长江大学地球化学专业，本科，地质技术员，助理工程师，现从事安全环保工作。