頁巖氣開發水平井大型壓裂作業淡水消耗量大，返排液含有多種地層礦物離子、殘余添加劑和懸浮物，如何對其進行無害化處理，是一道環保技術難題。

2013年，中原石油工程公司鉆井工程技術研究院副總師、環境保護研究所所長何煥杰帶領科研人員，以廢水再利用為目標，圍繞嚴格控制引入外來干擾離子，保留有效成分、去除有害成分等課題進行攻關。經過兩年多的努力，他們自主研發的頁巖氣壓裂返排液復合混凝-過濾-吸附凈化處理及配液工藝，不僅節約了淡水資源，而且消除了壓裂施工對周邊生態環境的不利影響，實現了頁巖氣綠色環保及安全高效開發。

打響攻關戰役，壓裂返排液需進行無害化環保處理

頁巖氣開發，特別是致密頁巖氣，一般采用多級分段、高排量和超大液量的壓裂模式。僅一口井壓裂就需要2萬～4萬立方米壓裂液，壓裂后產生含有石油、重金屬離子、有機物等成分的壓裂返排液，是一種難以處理的油氣田工業有機廢水。

“可別小看這類返排液，如果得不到妥善處理，就會污染土壤及水源。”何煥杰說。

何煥杰與科研人員采集了4口頁巖氣井的6個壓裂返排液水樣，參照國家標準對水質指標進行了分析。

結果發現，壓裂返排液中主要污染物是懸浮物、石油類、有機物、重金屬離子和礦物質（包括堿金屬、堿土金屬和過渡金屬離子、硼酸根等）。

出于環境保護和重復利用方面的考慮，頁巖氣壓裂返排液必須進行無害化環保處理。只有達到相關回用標準，才能重復再利用。

于是，一場針對頁巖氣壓裂返排液的技術攻關戰役打響。

兩年攻關，形成系列技術成果

丁頁2-HF井產生的壓裂返排液經過4種不同工藝處理，復合混凝-過濾-吸附聯合凈化處理工藝效果最好。

這一發現，讓何煥杰與科研人員興奮不已。

他們又進一步考察了不同工藝處理的凈化液與壓裂液添加劑的配伍性，將其重新用于壓裂液黏度穩定性的配制中。實驗表明，壓裂返排液經復合混凝-過濾-吸附工藝處理后，既可配制減阻水，又可配制膠液壓裂液。

找到攻關方向就有了目標。何煥杰與科研人員開始對復合混凝處理工藝進行研究。他們通過對15種單一混凝劑和復合型混凝劑對壓裂返排液中石油類、懸浮物、總鐵和硼等污染物的分離效果進行系統研究，優選出其中一種復合混凝劑YN。

隨后，他們對涪頁1-HF井、元頁1-HF井等4口井的壓裂返排液進行處理。復合混凝工藝處理壓裂返排液的適應性較強，處理的凈化液水質指標符合配制減阻水壓裂液體系的用水水質指標要求。

壓裂返排液經復合混凝工藝預處理后，除硼外水質情況均能滿足配制減阻水壓裂液的水質要求。于是，科研人員又開始對微量硼的深度分離工藝進行研究。

最終形成壓裂返排液再利用凈化工藝、復合混凝處理工藝、壓裂返排液吸附深度處理工藝等技術。

自主研制專用裝置，實現壓裂返排液循環利用

焦頁4號平臺返排液經橇裝式裝置現場處理后，被裝進罐車，運至焦頁5號平臺壓裂液廢液池，處理后重新用于配制壓裂液，對焦頁5-1HF井第8段進行壓裂作業。

為了使研究成果發揮到極致，他們自主研制了專用裝置。該裝置不僅能讓壓裂全過程中的壓裂液不落地，而且能對壓裂返排液進行環保處理和循環利用。

這套專用裝置有復合混凝、板框分離、過濾和吸附4個模塊單元，可根據需求靈活進行不同模塊的組合，形成頁巖氣壓裂返排液凈化處理成套裝置。

其中，用于配制減阻水壓裂液的快速凈化裝置由復合混凝、固液分離和過濾3個單元設備組成，該套裝置處理能力為20～25立方米/小時。

用于配制膠液類壓裂液的凈化裝置，由復合混凝、固液分離、過濾和吸附等4個單元設備組成，裝置處理能力20～25立方米/小時。

“經過處理的壓裂返排液完全符合配制壓裂液的行業技術要求，可以配制滑溜水、線性膠等不同壓裂液。”何煥杰介紹說，“相比將壓裂返排液處理后達標排放，這項技術不僅減少了處理返排液的投入，而且實現了返排液的循環利用。”

該裝置先后在涪陵頁巖氣示范區12個平臺40余口井上進行了推廣應用，處理返排液4萬余立方米，循環利用率超過95%，不僅節約了淡水資源，而且消除了壓裂施工對周邊生態環境的影響，實現了頁巖氣綠色環保及安全高效開發。