吴起油田压裂返排液回用处理技术及其应用

吴起油田压裂返排液回用处理技术及其应用

文章来源：《工业水处理》2025年第2期

第一作者：陈刚

第一作者单位：延长油田股份有限公司吴起采油厂

合作单位：延长油田股份有限公司勘探开发技术研究中心，陕西省化工产品质量检验检测站有限公司

论文DOI：10.19965/j.cnki.iwi.2024-0065

论文引用：陈刚，王伟龙，杨水胜，等. 吴起油田压裂返排液回用处理技术及其应用[J]. 工业水处理，2025，45(2): 175-184.

一、摘 要

吴起（WQ）油田压裂返排液存在排放量大、黏度大、处理难等问题，环保形势异常严峻。结合油田开发实际，分析压裂返排液的主要成分，对其重复配液回用性能的影响因素及应对其影响的处理方法进行系统研究。结果表明，K+、Na⁺、SO₄^2-浓度对基液黏度影响比较小，而Ca²⁺、Mg2+及总铁浓度带来的影响比较大，利用Pearson相关系数法确定了离子影响因素排序为总铁>Ca??>Mg??>K?>Na?> SO₄^2-；残余交联剂浓度、破胶剂浓度、细菌含量、pH 对基液黏度也有一定影响，需要进行适当处理。

基于影响因素分析结果，分别采用化学反应、纳米活性炭吸附、紫外灯或太阳光照射、添加氢氧化钠等方法对压裂返排液进行处理，创新性地提出一套“气浮除油-氧化破胶和阳离子去除-混凝脱稳-板框压滤-水质净化”就地处理工艺，经该工艺处理后的压裂返排液用于配制新的压裂液，能够满足现场需求，应用效果较好，实现了压裂返排液的循环利用，达到了清洁生产和节约成本的目的。

二、创新性发展

创新性地提出“气浮除油-氧化破胶和阳离子去除-混凝脱稳-板框压滤-水质净化”一体化移动处理工艺，将纳米活性炭吸附与紫外光降解技术结合应用于压裂返排液处理，显著提升了高价金属离子及有机污染物的去除效率。工艺具备模块化、可移动特点，解决了油田现场分散处理难题，为低渗透油田压裂返排液高效回用提供了技术范例。

三、全文导读

吴起（WQ）油田压裂返排液成分复杂，且高价金属离子浓度和 COD 超标现象严重，亟需研发一套适用的压裂返排液回收利用系统，但目前没有足够的有效处理案例可参考。 

WQ油田属于低渗透油田，注水、压裂等技术措施是提高油气采收率的主要手段，目前每年常规井、水平井、大斜度井压裂达 800 井次以上，需处理大约 1×10⁵ m³以上压裂返排液，处理后压裂返排液应满足《压裂返排液回配压裂液用水水质要求》（DB 61/T 1248—2019）中以硼砂作交联剂的控制指标以便用于重复配液。

现有的压裂返排液处理技术还不够完善，不足以满足现场重复利用的技术要求，环保形势异常严峻。鉴于此，本研究对WQ 油田现场压裂返排液成分及重复配液影响因素进行分析，基于此提出一套施工现场一站式压裂返排液处理新工艺，并将其应用于现场压裂返排液的处理，考察其应用效果。

由于压裂返排液成分复杂，液体中的离子（如 K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Cl^-、SO₄^2-等）、残余破胶剂、交联剂等均有可能对新配基液的黏度造成影响，因此，本研究首先对压裂返排液成分进行分析，并考察以上各种因素的不同影响，结果表明，K⁺、Na⁺浓度对基液黏度影响比较小；Ca²⁺、Mg²⁺阻碍压裂液稠化分子的延展，使稠化剂分子不能在水中溶解膨胀，降低了基液的黏度；交联剂中含有大量的硼使基液黏度增加，但实际操作中胍胶的交联时间应严格控制，因此残留在压裂返排液中的交联剂应予以去除；残留破胶剂和细菌的存在使基液黏度下降，pH在中性偏酸性的情况下基液交联性能良好。之后基于Pearson相关性分析，明确了离子影响排序为总铁>Ca??>Mg??>K?>Na?> SO₄^2-。

针对上述分析，通过实验验证了化学沉淀法（NaOH+Na?CO?）对高价离子的高效去除效果，进一步采用纳米活性炭吸附硼、紫外光降解破胶剂及杀菌剂抑制微生物，结合气浮除油、混凝脱稳等工序，形成了一套移动式处理工艺，如图1所示。

以WQ油田W28-237压裂井返排液为处理对象，考察一体化工艺的现场应用效果，结果表明，压裂返排液中油的去除率达91.3%，SS去除率达99.3%，水的外观由浑浊变为清澈透明，达到配液要求。利用处理后的压裂返排液配制胍胶压裂液，其pH=7.2，黏度为39 mPa·s，交联时间为55 s，挑挂性能良好。采用该压裂液对W28-237井进行压裂，压裂施工现场一切正常，平稳有序，入地液量299.4 m³，平均砂比19%，施工泵压28.5~30.5 MPa，破裂压力35.2 MPa，停泵压力13.4 MPa，加砂量40 m³，压后焖井24 h返排，返排率达到 62.0%，初期单井日产液量稳定在3.5 m³，含水23%，稳产期日产油1.62 t，压裂后开发效果良好。