非常规气采出水回注环境风险的研究进展

采用水力压裂法开采非常规气时,成分复杂、高盐度的采出水需经简单处理后回注地层。此过程可能引发的环境风险逐渐受到各界关注。针对采出水回注的井位层位、回注水水质等环境风险,综述了室内高温高压静态反应釜实验、动态驱替实验、数值模拟、分析评价等方面的研究进展,在此基础上提出了该领域研究存在的问题和发展方向,为我国采出水回注环境影响研究提供借鉴。     

气田压裂返排液回用影响因素研究

针对气田压裂返排液回用配制压裂液的水质要求,研究了pH值、金属离子、细菌和泡沫对处理后液体配制压裂液的影响。结果表明,通过调节pH值、控制金属离子浓度、加入杀菌剂和消泡剂可以达到回用配制压裂液的要求。其中,pH值应控制在6.5左右;当Na2CO3和NaOH的复配比为800/600、NaOH投加量为300mg/L时,能有效去除Ca2+、Mg2+、Fe3+等离子的影响;杀菌剂采用气田压裂专用杀菌剂;消泡剂采用二甲基硅油。实验在气井井场采用撬装微涡流混凝装置处理气田压裂返排液,并对上清液回用配液,回用率达到98.4%。     

压裂返排液处理规模效应经济分析

压裂技术的副产物压裂返排液的处理处置逐渐成为页岩气开发过程中关键的环保瓶颈,面对压裂返排液高昂的处理费用和川渝页岩气开采区复杂的地形,目前国内并未建立完整压裂返排液集中处理厂。选择压裂返排液处理主要应用的工艺单元,通过文献查阅和数据调研,初步建立了压裂返排液处理的规模经济模型,从经济效率的角度,对返排液集中处理规模提出了合理建议:应在现场试验中进一步验证返排液处理装置的经济效率。     

四川页岩气钻井及压裂作业边界噪声调查与分析

简要分析了四川页岩气勘探钻井现状,监测了单、双平台钻井作业和压裂作业边界噪声。监测结果表明:压裂作业边界昼间噪声平均值高于单、双平台钻井作业平均值约10 dB(A),噪声测量值的最低值和最高值相应高出4～6 dB(A),昼间噪声超标率高于钻井作业,说明压裂作业噪声对周边的影响远超过钻井作业;相对于单平台,双平台发声设备多,造成声叠加影响严重,高发声设备在同一方位声叠加更显著。通过噪声值对比,提出页岩气勘探钻井过程可考虑选取噪声更小的气代油或电代油动力设备、建立隔音设备、根据地形与噪声传播规律调整声源设备摆放位置等降噪措施。     

美国页岩气压裂返排液处理技术进展及前景展望

页岩气作为一种非常规天然气资源,正在改变着国际能源市场格局。美国的页岩气储量大,工业开发起步早、时间长,在开发技术方面领先优势显著。由于页岩气储藏的特殊性,在开发过程中会产生大量高盐度、组成复杂的压裂返排液和产出水,处理难度大、污染严重。返排液和产出水的处理通常需经过三级处理流程,依次去除水中悬浮物、压裂液残余成份、浮油和钙镁等二价离子,最后完成脱盐达标排放或回用。目前,我国页岩气产业刚刚起步,学习借鉴美国已成熟并且市场化的技术和设备,对实现我国页岩气开发跨越式发展具有重要的指导意义和借鉴价值。     

聚合硅酸铝铁絮凝剂处理油井压裂废水

制备了聚合硅酸铝铁絮凝剂,并用于处理油井压裂废水。制备聚合硅酸铝铁絮凝剂的优化实验条件为：聚硅酸活化pH1~2,活化温度25~30℃,活化时间2.0h。在此条件下制备的聚合硅酸铝铁絮凝剂对油井压裂废水浊度和COD的去除率分别可达到97％和58％。与聚合氯化铝铁絮凝剂相比,聚合硅酸铝铁絮凝剂在浊度及COD去除方面有着更佳的处理效果,并且处理后废水的总溶解性固体含量较低。     

页岩气开发水力压裂水循环对水环境的潜在影响

在对美国环保署公布的主要研究成果进行梳理的基础上,从页岩气开发过程中的水力压裂水循环角度,对取水、配制压裂液、压裂液注入、生产水处理、压裂废水的处置和循环利用等各环节可能对地表水和/或地下水环境造成的影响进行分析。同时,结合我国页岩气开发的水力压裂水循环现状,主要从强化对水力压裂水循环的环境监管、健全水环境监管法规体系方面提出关于水环境保护的对策与建议。     

化学氧化-絮凝工艺在压裂返排液除硼中的应用

为降低压裂返排液中的硼含量,满足水样回用配液或外排标准,以5口水平井压裂后的返排液为研究对象,考察了氧化剂类型、投加量、预处理条件、沉淀剂类型、投加量对化学氧化工艺的影响;在化学氧化工艺出水的基础上,考察了絮凝剂投加量、搅拌速度和加药时间间隔对絮凝工艺的影响,并监测了两者耦合联用后的效果。结果表明,H2O2和 BaCl2分别作为氧化剂和沉淀剂时,除硼效果较好,建立了最佳投加量与返排液中初始硼浓度相关的线性方程,便于现场快速选定加药浓度;当PAC浓度为80 mg/L、PAM浓度为5 mg/L、搅拌速度30 r/min、加药时间间隔30 s时,絮凝工艺的处理效果最优;将化学氧化-絮凝工艺耦合后,在氧化反应pH 值为９、氧化反应时间为30 min,沉淀反应pH值为9和最佳絮凝工艺的条件下,可保证滤液中硼质量浓度小于5 mg/L,满足回用配液的要求。研究结果可为压裂返排液的高效、清洁处理提供实际参考。     

穿层钻孔煤巷条带水力压裂增透防突技术试验研究

针对突出煤层巷道掘进中瓦斯治理难题,打通一矿采用了穿层钻孔水力压裂增透防突技术。基于弹性理论和拉应力破坏准则,建立了穿层钻孔煤巷条带水力压裂起裂压力计算模型;在W2706S回风巷的底板瓦斯抽采巷中进行了压裂试验,考察了压裂前后瓦斯抽采效果。现场试验结果表明,压裂后掘进巷道瓦斯抽采量呈现先快速增加、后缓慢上升并保持稳定的变化规律;压裂后穿层钻孔单孔瓦斯抽采量、瓦斯抽采浓度分别是压裂前的1.24～5.61,1.4～2.27倍,W2706S回风巷平均每月的掘进速度增加了34.1%;掘进期间未出现超标现象,穿层钻孔煤巷条带水力压裂增透消突效果显著。     

井下射孔强化压裂裂缝导流机理研究

煤矿井下水力压裂中经常出现裂缝扩展无序、闭合快等现象,导致裂缝导流能力较差,无法实现瓦斯的高效抽采。针对此问题,提出采用水射流射孔强化裂缝导流能力的方法,即采用高压水射流在煤孔段垂直于钻孔轴向射孔。采用FLAC3D分析了射孔周边煤体应力分布,结果表明,射孔尖端处存在耳状塑性区。根据最大主应力的准则判断,塑性区的存在可促使裂缝在射孔尖端处起裂。采用RFPA2D-Flow分析了不同水平应力组合下的裂缝扩展特性,结果表明,裂缝在射孔尖端处起裂后,在塑性区内沿水平方向延伸,然后平行于最大水平主应力方向延伸。视压裂裂缝面为粗糙面,基于Y模型分析了裂缝面微凸体分布规律。采用Hertz接触理论研究了两缝面单个微凸体接触受力状态,得出压裂裂缝面微凸体受力与裂缝闭合量呈正指数关系。基于N-S方程分析了真实压裂裂缝内瓦斯渗流速度分布,得出了煤岩体裂缝中瓦斯流量与裂缝面高度成立方关系。对比分析得出,射孔煤体周边应力明显小于不射孔煤体周边应力。通过以上分析得出,射孔导向裂缝在煤层中有序扩展,降低了煤岩体有效应力,减小了压裂裂缝的闭合量,实现了瓦斯长时高效抽放。