石油圈
2页岩气采出水处理技术
2.1处理方式
页岩气采出水的处理方式主要与当地最新的政策法规、气田的开发方案、采出水质特点、可用水处理设施以及技术经济性有关，气田需要综合考虑以上因素以选择合理的采出水处理方式。
目前，国内外对页岩气采出水的处理方式主要包括：
1)深井回注，即经泵加压后，通过深井回注到指定的可接纳处理水的地层?该方式适用于采出水水质符合回注水水质标准、附近具有可回注地层的页岩气田?截至2009年底，美国页岩气采出水采用深井回注的比例高于95。该处理方式的优点是地面设施少、处理工艺相对简单且水处理投资少，缺点是开采所需水资消耗较大、回注深井数量需求量大以及回注水质标准越趋严格。
2)部分处理后内部回用，即经过气田水处理厂部分处理并与清水混合，其后重新用于该页岩气田的水力压裂施工?该方式适用于现有技术达不到外排标准、当地水资源匮乏的页岩气田?其优点是节省水资源、环境污染小且处理成本低，缺点是回用于水力压裂的采出水组分较为复杂，容易造成钢管的腐蚀、气井壁阻塞以及产气效果不规律或下降等生产事故。
3)处理达标后外排，即经气田的水处理厂或市政污水处理厂处理达到相应外排标准后，排入地表水中，可用于灌溉农田或牲畜饮水等。该方式适用于采出水TDS含量较小、附近缺乏回注地层、配备了水处理厂及相关设施的页岩气田。但是，由于市政污水处理厂一般无法去除总溶解固体。因此，在2008~2011年间，美国页岩气田逐渐由采用市政污水处理厂处理方式向采用气田处理厂处理方式转换，前者所占比例锐减?处理达标后外排的优点是可以减少页岩气开采对当地水资源的威胁、大幅减少对环境的影响，缺点是处理工艺复杂、建设与运行投资均比较大。
2.2处理技术
由页岩气采出水组成特点分析可知，不同开采地区不同阶段内的采出水水质相差较大，因此其处理也存在一定差异，本文总结分析了页岩气采出水一般采用的三级处理技术。
2.2.1一级预处理技术
一级预处理工艺是对采出水进行预处理，主要去除采出水中的油脂、压裂液残余成分以及悬浮物颗粒。目前，国内外采出水预处理中的油脂处理对象包括浮油、分散油以及乳化油，当采出水中油脂成分主要为浮油时，采取”重力/沉降分离+电化学/化学絮凝”的处理技术较为经济合理；当采出水中油脂成分主要为分散油与乳化油时，传统采取“过滤/粗粒化+电化学/化学絮凝”的处理技术?其中，电化学絮凝与化学絮凝原理相似，但是电化学絮凝在处理污染种类要求、处理效率、总成本以及自动化控制方面均优于化学絮凝?此外，电化学絮凝还可以与其他二级、三级处理中的相关技术相结合，以达到深度处理采出水的效果。因此，建议气田水处理厂在一级处理工艺中根据采出水水质选用“重力分离/沉降分离/过滤/粗粒化+电化学絮凝”的工艺技术。
2.2.2二级软化处理技术
二级软化处理技术是对采出水进行软化，即去除采出水中的Ca2+、Mg2+、Ba2+以及Sr2+等金属离子。目前，工业处理废水中金属离子的方法包括电解法、离子交换法以及化学沉淀法等，其中化学沉淀法具有成本低、运行操作简便、工业应用成熟等特点，因此气田经常采取化学沉淀法对采出水进行处理。但是，传统的化学沉淀法对页岩气采出水的二级软化处理效果并不理想，主要是由于页岩气采出水中的组分较为复杂。结合页岩气采出水水质特点，国外气田研究机构对传统的化学沉淀法进行了改进，如美国Marcellus页岩气田应用的SSP步进沉淀法、Veolia公司开发的Multiflo技术，二级软化处理效果明显提高。
2.2.3三级脱盐处理技术
三级脱盐处理技术主要是为了对采出水进行脱盐，这也是三级处理技术中最难处理的阶段?相对于无效回注成本，脱盐成本较高，国外一般会在二级软化处理后直接回注地层，但是对于缺乏回注地层、水资源供给短缺的页岩气田，应当根据脱盐工艺技术指标与采出水质特点选取合适的脱盐技术，降低采出水含盐量，达到回用或外排要求。页岩气采出水中的TDS含量较高是限制脱盐技术选择的主要因素，比如，对于TDS接近35000mg/L的采出水，通过反渗透技术脱盐使水回收率达到50时，未被回收的采出水TDS含量将会达到70000mg/L。
针对高含盐的采出水，经济合理的脱盐技术主要包括机械蒸汽压缩(MVC)技术、膜蒸馏(MD)技术以及正渗透法(FO)。相对而言，机械蒸汽压缩技术是海水淡化工业已成功广泛应用的成熟技术，膜蒸馏技术和正渗透法属于新兴的高效节能脱盐新技术，存在的问题还很多，有待进一步研究改进。
3页岩气采出水处理存在的问题与建议
目前，我国页岩气开发试点少，整体生产规模偏小，包括页岩气采出水处理在内的地面集输技术尚处于探索初期阶段，缺乏水处理体系与相应的国家和行业标准，涉及到的水处理关键技术不成熟，而国外在长期的页岩气勘探开发中，积累了宝贵的水处理与管理经验，水处理技术也比较成熟。
因此，借鉴国外页岩气采出水处理经验，结合国内南方某页岩气田采出水的组成特点，对我国页岩气采出水处理提出以下建议：
1)制定相应的页岩气采出水处理标准与政策法规?美国针对页岩气田开发制定或修改了一系列的环境保护政策，如《FRAC》法案，而我国目前主要借鉴或采用常规天然气与煤层气采出水处理的标准，存在许多漏洞。
2)逐渐增加部分处理后内部回用这一处理方式的比例。我国页岩气优先勘探开发的地区(如四川盆地、山西及河西走廊等)大多处于缺水区域或附近，水资源比较短缺，且开发区域附近适合深井回注的地质较少。因此，应尽量采用内部回用处理方式以减少对当地水资源的威胁。
3)采用两种或两种以上水处理技术结合的综合处理方式。不同的水处理技术具有其相应的优缺点，综合处理方式有利于弥补单个水处理技术的不足，而且可以灵活适应不同阶段内采出水组成变化较大的特点。
4)探索研究适应于我国的处理工艺技术路径。传统采用的三级处理工艺中包括的水处理技术适应条件也有所不同，采用的工艺技术路径选择较多?应当根据当地页岩气田采出水的组成及特点，探索出适应各区域的工艺技术路径，如我国陆相页岩气田开发的“氧化降黏-絮凝沉降-固液分离-多级过滤”四步法处理工艺。
4结论
1)国内外页岩气采出水组成的主要特点有：组成较为复杂；水质指标普遍具有”三高”特点；开采阶段内的采出水水质指标波动范围较大；多数水质指标大大超过国内外污水回用标准。
2)页岩气开采不当或采出水处理不达标可能会导致严重的水污染问题，主要包括地下水污染和地表水污染，其水体污染通道和种类均比较多。
3)页岩气采出水处理方式选择的影响因素较多，采出水处理方式主要包括深井回注、部分处理后内部回用以及处理达标后外排。
4)针对页岩气采出水，传统上采用三级处理技术，即一级预处理、二级软化、三级脱盐，其中各种水处理技术均有其自身适用条件。我国应当借鉴国外积累的采出水处理经验，结合国内页岩气采出水的组成特点，探索研究出适应于我国的采出水处理工艺技术。
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