吉林油田压裂返排液处理方法研究

本文根据吉林油田关于压裂液返排废水环保处理的要求,结合实验室内药剂筛选复配、药剂加量调整和处理工艺流程的稳定性等基础性实验,以及返排废水处理现场的实际情况,针对吉林油田乾安矿区现场采集的废水进行了大量的实验室试验,开展了化学药剂对污水体系处理的适应性、处理工艺及相关设备运行的稳定性试验,并在原有工艺的基础上利用微波高级氧化系统及活性炭毡再生系统有效打断胍胶以及有机高分子分子链,不产生二次交联,彻底解决了活性炭再生问题,为生产装置的设计和现场实验的实施奠定了坚实的基础。     

小球藻处理压裂返排液过程中藻生物量积累的影响因素

为研究微藻处理油田污水过程中藻生物量积累的影响因素,将小球藻固化后在压裂返排液中培养,利用响应面法结合Box-Behnken设计建立连续变量曲面模型考察返排液稀释倍数、β-甘露聚糖酶、活性炭投加量对藻密度的影响.试验结果表明,3种因素与藻密度之间的二次多项回归模型方程显著性、拟合性良好,其中返排液稀释倍数对藻密度影响较大.3种因素对藻密度的影响有交互作用,其中β-甘露聚糖酶投加量与活性炭投加量之间交互作用较弱,返排液稀释倍数与β-甘露聚糖酶投加量之间交互作用明显,返排液稀释倍数和活性炭投加量之间交互作用最为显著.进一步优化小球藻处理压裂返排液条件为:返排液稀释倍数、活性炭投加量分别取3.2倍、50 mg/L,此时固化藻密度可达2.09 g/L,返排液COD(化学需氧量)去除率为47.32％.     

某页岩气开发场地重金属污染风险分析

为探究页岩气开发不同阶段对开发场地土壤中重金属含量的影响,以长宁区块某平台为例,监测开发过程中场地土壤重金属Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni、Zn的质量比变化,并对其分布特征评价。结果表明：页岩气开发各阶段场地土壤中重金属元素As的超标率最高达到了76.92%,页岩气开发对场地土壤中重金属Hg、Cd、As质量比变化影响程度相对较大;部分采样点土壤受重金属元素Cd与Hg影响存在中等生态危害风险,但场地内土壤重金属的综合生态风险指数RI平均值为70.357<150,仍有0.67%的比例存在中等生态危害风险;4.35%采样点土壤中因重金属元素As影响为中度污染风险,场地内土壤重金属的综合污染指数P的平均值为0.880,但1.35%采样点的土壤为中度污染风险。因此页岩气开发场地内土壤重金属存在一定的污染风险,为避免页岩气开发过程对场地土壤的污染,应加强重点区域防控与措施整改降低页岩气开发过程对场地土壤的污染风险,减少页岩气开采对资源地环境的影响。     

页岩气开采返排/产出水处理技术选择的评述与展望

页岩气是常规油气资源最现实的接替资源之一,但采用水力压裂(HF)技术的开采方法不仅水量耗费大,还会产生含复杂有机物的高盐度返排/产出水(FPW).这可能诱发水资源短缺、环境污染、人体和生态健康损害等风险.因此优化FPW的处理方法对于缓解和消除页岩气开采的生态环境风险极为重要.通过系统综述相关文献资料,主要从功效方面对FPW处理技术进行评估.以水资源利用最大化为目标,提出了处理后内部HF回用-外部回用-深井回注的FPW管理模式,并结合FPW的污染特征和不同处理目标以及多个国内外典型实例对相应管理模式下的处理技术进行推荐.最后基于资源化利用的理念,对FPW处理技术进行了展望,以期为页岩气开采FPW的管理提供支持.     

页岩气井场土壤石油类污染特性及对理化性质的影响

为了解页岩气开采过程中的石油烃污染情况及其对土壤理化性质的影响,选择四川4个典型页岩气井场周围土壤为研究样地,采集石油烃污染土壤样品并测定土壤污染特征和理化性质,进一步利用SPSS分析了石油烃质量比与各类理化因子的相关性。结果表明:1)页岩气开发过程井场周围土壤受到不同程度的石油烃污染,质量比为0.022~15.6 g/kg,15个样点中有11个点土壤石油烃质量比超过500 mg/kg的临界值,石油烃萃取物GC-MS组分分析表明,污染物以大分子的直链烷烃和支链烷烃为主,占污染组分的90%以上;2)土壤受到石油烃污染后,土壤有机质显著增加,使含水率和p H值明显降低,还使发光细菌的半致死率EC50显著降低,即提高了土壤水浸液的毒性等级;3)土壤含油量对营养素全磷和全氮无显著影响,污染土壤中C、N、P比例严重失调,因此在进行烃污染土壤修复时需要适当补充N、P营养盐,可增强土壤中微生物的活性,加速石油烃的分解;4)相关性检验(LSD)结果显示,受烃污染土壤中的石油烃质量比与含水率和有机质呈极显著相关,与p H值和生物毒性EC50呈显著相关,与电导率、TN和TP无显著相关关系。     

基于水质矩阵的石油压裂废水处理性评价

结合石油川裂废水水质特征与评价指标及其污染物范围因子,建立了石油压裂废水的水质评价矩陈,表明石油压裂废水中的COD和黏度是影响其处理的主要污染因子.以混凝为预处理工艺,分别采用臭氧催化氧化,吸附和Fe/C微电解等对压裂废水进行处理.结果表明,混凝预处理工艺可以有效去除水中的钍浮性染物和石油类物质,臭氧催化氧化和Fe/C微电解工艺不仅能有效去除水中的有机污染物,且能降低压裂废水的黏度.以国家污水综合排放标准和污水反应处理时间为约束条件,建立了石油压裂废水处理性评价矩陈,指出压袋废水可采用的基本工艺为混凝、臭氧催化氧化组合处理工艺.     

铅锌矿冶区土壤锌污染特征及评价

为了调查湖南某铅锌冶炼厂未进行防渗处理长期露天堆放废渣的渣堆场周边土壤中的锌(Zn)污染,以距渣场0~4 km的0~20cm表层土壤及0~100 cm深度土壤的Zn质量比来表征Zn污染特征,采用单项污染指数法进行评价。结果表明,铅锌冶炼厂渣堆场周边土壤受到了Zn污染,污染范围在距渣堆场1 km内,污染程度随距离增加而减弱。渣堆场下、距渣堆场10 m及1 km处0~20 cm土壤中Zn质量比超过了土壤二级和三级质量标准,渣堆场下及距渣堆场10 m处为重污染,距渣堆场1 km处为轻污染。在距渣堆场1 km处及对照土壤中Zn质量比随土壤加深而减小;但在渣堆场下及距渣堆场10 m处土壤中,80~100 cm的土壤Zn质量比大于60~80 cm的土壤Zn质量比。土壤中Zn质量比随与渣堆场距离增加而减小。     

暴雨径流对海河干流水质的影响及排干水质要求的确定

以天津市海河上游河段为研究对象,模拟计算暴雨径流由二级河道排入海河干流后所造成的影响。采用EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code)模型建立了海河干流上游河段的水动力和水质模型。在不同降雨重现期和干流入口流量的情况下,模拟了二级河道排放污染物COD、DO、NH3-N和TP等在海河干流的迁移转化规律。降雨重现期选取0.5 a、1 a、2 a、5 a、10 a和50 a。海河干流入口流量选取0、10 m3/s、20 m3/s、30 m3/s、50 m3/s、100 m3/s、150 m3/s和200 m3/s。海河干流的柳林控制断面为水质控制断面。当降雨重现期为10 a、干流入口流量为0时,柳林控制断面处COD、NH3-N和TP质量浓度分别超标73%、47%和197%,DO质量浓度只有3.16mg/L,水体污染严重。在保证柳林控制断面处水质满足水质要求的前提下,确定了各二级河道排干水质要求拟合曲线。当固定降雨量时,干流入口流量越小,二级河道排干水质的控制指标就越严;当固定干流入口流量时,降雨量越大,二级河道排干水质的控制指标就越严。根据二级河道排干水质控制指标,可计算各二级河道的排干水体的总截污量和DO补充量,为汛期海河水环境保护提供理论指导。     

中部地区省会城市雾霾污染变化特征研究及因素分解

为了分析中部省会城市大气污染的异同性及影响因素,基于中部省会城市的空气质量监测数据,以AQI为代表指标对中部地区雾霾污染城市间异同性及分布特征进行识别,并在STIRPAT模型基础上构建空气污染影响因素模型,借助固定效应模型及2SLS进行回归分析。结果表明:1)中部省会城市在多年经济的推动下,已逐渐呈现春秋适中,夏冬偏高的污染发展趋势,且经济增长与空气质量呈现倒U形趋势;2)五省省会城市除南昌外,其余四省省会空气污染表现出相似特征,尤以南京、合肥、武汉为甚,其显著性差异值达到0.964、0.879、0.915;3)中部地区跨区域雾霾污染在协同控制时,需要着重关注城市人口的变化趋势、新增建筑面积、工业排放的总量控制等方面,并将其纳入到雾霾污染协同控制体系之中。     

页岩气压裂弯管中液固两相流冲蚀磨损的数值模拟

为了研究超高压水力压裂下支撑剂颗粒进入弯管后冲蚀磨损区域的变化特性。基于液-固两相流理论、Fluent冲蚀模型建立弯管冲蚀模型,结合弯管内流场分析颗粒运动轨迹,引入斯托克斯数（St）探究冲蚀磨损区域变化,并进行数值分析。研究结果表明:弯管中冲蚀磨损发生区域有5处,主要严重区域有3处,弯管流场会改变固体颗粒数量及对壁面冲击动能与运动轨迹,St变化会明显引起冲蚀磨损区域的规律性变化;随着St从0~1至St>1变化,弯管段内壁面外侧（液体进入弯管后的正对区域）与直管段靠近弯管段的侧方区域的冲蚀磨损情况呈现“此消彼长”的规律性差异;管径越小,最大冲蚀速率的增长幅度越明显,增大管径,是减小冲蚀磨损的有效途径。研究结果对压裂弯管的改进设计及管道安全防护具有指导作用。     

考虑气体传输和应力耦合作用的页岩表观渗透率演化机理

为模拟页岩气抽采过程中孔隙压力对其吸附特性和渗透特性的影响,通过吸附及多孔弹性理论,建立考虑过剩吸附量的吸附模型,并进一步建立考虑气体传输影响的页岩表观渗透率模型,通过试验数据验证其合理性。结果表明,1)随孔隙压力逐渐升高,页岩过剩吸附量呈先快速增加后趋于平缓的变化趋势;随温度升高,其吸附量呈降低趋势。考虑过剩吸附量和温度修正的吸附模型计算结果与试验所测结果吻合较好,且能较好地反映不同温度下页岩过剩吸附量与孔隙压力的关系。2)页岩气体吸附过程中产生的基质膨胀变形量随孔隙压力升高而升高,且温度较低时的气体吸附变形量大于温度较高时的变形量。3)在有效应力恒定的条件下,CH₄和He的表观渗透率随努森数增大而减小。相同孔隙压力条件下,随有效应力升高CH4和He的表观渗透率均呈降低的趋势,且页岩表观渗透率对有效应力的敏感程度随孔隙压力升高而降低。相同有效应力条件下,充入He的页岩表观渗透率均大于充入CH4的页岩表观渗透率。4)构建考虑气体传输和应力耦合作用的页岩表观渗透率模型,模型计算的渗透率与实测值具有良好的一致性,能较好地表征不同外应力条件下的页岩表观渗透率演化规律。     

页岩气压裂作业人因失误结构化辨识方法研究

为提高页岩气压裂作业人因失误辨识结果的全面性和针对性,建立一种结构化的人因失误辨识方法。通过概括辨识阶段的作业流程,建立作业人员行为模型,概述作业人员的行为阶段。利用筛选出的引导词辨识行为阶段人因失误。将该方法应用于页岩气压裂过程的替液阶段。结果表明,用引导词能明确辨识方向,减少头脑风暴时间以及对专家知识的依赖;辨识过程的动态调整能改善认知可靠性,使更多人因失误模式(与传统CREAM方法相比)被辨识出来。     

天然气开发对区域水环境安全的影响研究——以川东平原德阳地区为例

天然气开发在实际过程中大多是区域滚动开发,对流域的水环境安全可能形成较大的影响和隐患.运用主成分分析法对区域内各部分环境特征和国家环境质量标准进行分析、处理、排序,能够识别区域内各部分的环境质量变化情况,为区域环境管理和风险预防提供理论基础.以川东盆地,沱江和涪江上游德阳地区天然气区域开发为例,分析天然气开采对区域内各部分地表水环境质量的影响.可知在选定的4个水质参数中,pH值和COD两个主成分能够代表开发前所有监测信息的93.02%,开发后的95.09%.研究结果表明,在加强环境保护的前提下,区域天然气开发不会影响区域水质;同时也证明在区域水环境安全评价中主成分分析法是一种非常有效、快速的方法.     

煤系页岩瓦斯吸附-解吸特性核磁共振实验研究

吸附态和游离态瓦斯变化规律能为煤系页岩瓦斯安全高效抽采提供技术参考,常规实验方法难以实现对吸附态和游离态瓦斯变化规律的独立表征。以阜新盆地清河门矿煤系页岩为例,采用低场核磁共振技术对煤系页岩粉试样进行瓦斯吸附-解吸实验,并提出以核磁共振T2（横向弛豫时间）谱幅值积分作为瓦斯含量定量表征指标。实验表明:吸附-解吸过程T2谱曲线有3个特性峰,对应3个横向弛豫时间截止阈值;吸附态瓦斯量与瓦斯压力符合朗格缪尔方程,而游离态瓦斯量与瓦斯压力呈线性关系;吸附态瓦斯解吸过程具有明显滞后性,且存在7.26 MPa临界滞后瓦斯压力,而游离态瓦斯吸附和解吸过程近似可逆,无明显滞后性。     

街道峡谷中汽车排放的CO气体扩散特性的数值模拟

为了研究平行街道中汽车排放的污染气体扩散特性,本文采用RNG k-ε湍流模型和污染气体扩散方程对几种不同结构的平行街道进行了二维数值模拟,得到了峡谷内的流场和质量浓度场分布.结果表明,与单个街道峡谷相比,平行街道内污染气体扩散特性有很大不同,通过增加街道单侧建筑物的高度,可使污染气体容易扩散,减少污染气体在峡谷中的聚集.     

采空区瓦斯涌出源位置对瓦斯分布影响的数值模拟

根据多孔介质渗流理论,利用Fluent软件,分别对采空区瓦斯在整个采空区均匀涌出、上邻近层及底板遗煤涌出2种情况下采空区瓦斯分布规律进行了数值模拟.结果表明:采空区瓦斯为上邻近层及底板遗煤处涌出时,沿走向方向,靠近上邻近层及底板处高体积分数瓦斯距离工作面较近;沿竖直方向,瓦斯体积分数分布呈钩状,靠近瓦斯涌出源处瓦斯体积分数最高;整个采空区均匀涌出时采空区瓦斯体积分数分布与上邻近层及底板遗煤涌出时有很大差别.因此,为了得到更符合实际情况的瓦斯分布规律,数值模拟时应按照现场实际的瓦斯涌出源位置建立模型.     

风机横向布置间距对公路隧道污染物分布的影响研究

隧道内风机布置方式对通风效率和汽车尾气净化有显著影响,为了优化隧道顶部风机横向布置,提高隧道通风效率,改善隧道内的环境质量,有效节约隧道运营通风能耗,利用计算流体软件Fluent,建立公路隧道射流通风模型,开展不同风机横向布置间距隧道内流场和污染物分布的三维数值模拟,分析隧道内流场分布、纵向CO质量分数分布和不同截面CO质量分数分布特征及规律。结果表明:风机横向布置间距对隧道内的通风和净化除尘效果都有一定的影响,流场分布与污染物分布规律相似;在风机横向布置间距为3倍风机直径时,升压折减系数为0.6154,达到最大值,此时隧道内的流场分布和污染物控制效果较好;因此,在进行风机布置时,建议将风机横向布置间距确定为3倍风机直径。     

城市大气污染物浓度预测方法研究

城市大气污染物浓度预测方法主要有2类,即以污染物排放为基础的模型和以与污染相关的环境因素为基础的模型.本文分析了后者中的3种预测模型,并利用BP神经网络模型对城市的SO2浓度进行预测,对不同预测模型的结果进行比较分析.     

复杂地质低渗煤层水力压裂-割缝综合瓦斯增透技术研究

针对水力压裂区域化瓦斯增透盲区,提出了水力割缝局部化瓦斯增透技术措施,形成了复杂地质低渗煤层水力压裂-割缝综合瓦斯增透技术,并进行现场验证。研究结果表明:水力压裂区内的3个压裂钻孔平均瓦斯抽采纯流量较238底板道常规抽采钻孔单孔瓦斯抽采纯流量提高15.8倍,瓦斯抽采浓度提高4%,压裂区瓦斯抽采纯流量较对比区提高2.1倍,但水力压裂区域性措施受断层及煤层硬度等地质条件限制,存在盲区;水力割缝增透区内的抽采钻孔瓦斯浓度平均提高4.9倍,瓦斯纯流量平均提高3.3倍,对不同地质条件的适应性强,但是割缝影响范围小,抽采时效短;复杂地质低渗煤层水力压裂-割缝综合瓦斯增透技术综合了水力压裂与割缝的优点,对复杂地质煤层具有较强适应性,大幅提高了瓦斯治理水平。现场验证结果表明复杂地质低渗煤层水力压裂-割缝综合瓦斯增透技术在复杂地质条件下煤层强化抽采中有较好的实际应用价值。     

温度对污泥焚烧残渣中重金属形态分布及残渣综合毒性的影响

通过实验考察了干污泥在固定床焚烧炉中停留20 min,温度分别为500 ℃、700 ℃和900 ℃的焚烧残渣中重金属(Cr、Cu、Ni、Zn、Pb、Cd)的残留特性及形态分布规律.在实验温度范围内,重金属的残留率因元素和焚烧温度而异,Cu的残留率最高在80%以上,Cd的最低,900 ℃时仅为3.4%;焚烧残渣中各重金属在稳定态的分布比例均较干污泥中有显著提高.提出了用于重金属毒性定量分析的指标--重金属综合毒性指数,并采用该指数对污泥和残渣中重金属的综合毒性进行了评价.结果显示,单位质量污泥焚烧后的各残渣中重金属综合毒性均较干污泥小且随焚烧温度升高而降低,焚烧能够实现一定程度的无害化; 并且,单位质量残渣中重金属的综合毒性也随焚烧温度的升高而降低.