頁巖氣壓裂返排液水量大、水質(zhì)復(fù)雜，對生態(tài)環(huán)境具有較大危害，其高！效處理與處置技術(shù)是制約頁巖氣規(guī)模化開發(fā)的關(guān)鍵瓶頸之一。頁巖氣作為一種賦存于富有機(jī)質(zhì)頁巖層中的非常規(guī)天然氣，隨著開采技術(shù)的不斷進(jìn)步，已成為全球天然氣供應(yīng)增長的重要推動力。由于頁巖氣儲層具有低孔隙度和低滲透率的特點(diǎn)，水力壓裂成為提高采收率的必要手段。該過程中注入地層的壓裂液在不同階段會部分返排至地面，形成壓裂返排液和產(chǎn)出水，統(tǒng)稱為采出水。

當(dāng)前，全球頁巖氣資源儲量豐富，美國、中國、阿根廷和加拿大等國家已實(shí)現(xiàn)頁巖氣的商業(yè)化開發(fā)。頁巖氣具備開采壽命長、生產(chǎn)周期久、清潔高！效及污染較低等優(yōu)勢，開發(fā)潛力巨大。然而，頁巖氣儲層地質(zhì)條件復(fù)雜，孔隙度和滲透率極低，開發(fā)難度遠(yuǎn)超常規(guī)油氣資源，必須依靠特殊技術(shù)手段才能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)有效的開采。壓裂技術(shù)是提升頁巖氣產(chǎn)能的關(guān)鍵途徑，對保障頁巖氣項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)可行性具有重要作用。

1 壓裂返排液的特點(diǎn)

在頁巖氣水力壓裂過程中，為確保施工順利進(jìn)行，通常會在壓裂液中添加多種高分子聚合物及化學(xué)添加劑，如稠化劑、支撐劑、穩(wěn)定劑等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅2005年至2009年間，就有約750種化學(xué)試劑被用于壓裂液配制，其中既包括無~毒組分，也涵蓋多種有毒物質(zhì)，涉及29個類別。這些添加劑使得返排液呈現(xiàn)高化學(xué)需氧量（COD）、高穩(wěn)定性和高粘度的特征。此外，返排液中還含有泥沙、油類、硫化亞鐵等懸浮物（SS）以及大量溶解性總固體（TDS）。TDS主要來源于地層水及巖層中礦物質(zhì)，以Na?、Cl?為主，部分地區(qū)還可能溶出重金屬和放射性元素，如鋇、鍶等。

2 頁巖氣壓裂返排液無害化處理技術(shù)

2.1 水平井分段壓裂技術(shù)

水平井分段壓裂技術(shù)融合了水平鉆井與分段壓裂兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，適用于頁巖氣的有效開采。水平井增大了井筒與儲層的接觸面積，提高了裂縫相遇幾率，特別適用于低滲透率頁巖氣藏。此外，該技術(shù)地面占地小，有利于擴(kuò)大開采范圍。分段壓裂通過在水平井筒中設(shè)置分割器逐段實(shí)施壓裂，形成多級裂縫系統(tǒng)，通常包括前置液注入、中濃度支撐劑壓裂液注入和高濃度支撐劑壓裂液注入三個階段，以有效釋放頁巖氣。

2.2 同步壓裂技術(shù)

同步壓裂技術(shù)通過多套壓裂設(shè)備同時(shí)對多口井進(jìn)行作業(yè)，優(yōu)化設(shè)備移動路徑，增強(qiáng)水力裂縫網(wǎng)絡(luò)的密度和覆蓋范圍。該技術(shù)通過改變裂縫壁周圍的應(yīng)力場，促使裂縫轉(zhuǎn)向擴(kuò)展，進(jìn)而提高儲層改造效果。裂縫可能向內(nèi)延伸連通，增強(qiáng)裂縫網(wǎng)絡(luò)密度，或向外擴(kuò)展增大控制儲量，從而實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)目標(biāo)。

2.3 高！效氧化技術(shù)

壓裂返排液中的有機(jī)物若未有效去除，將對后續(xù)膜處理和MVR蒸發(fā)等脫鹽單元造成不利影響，并可能影響出水水質(zhì)與結(jié)晶鹽品質(zhì)。高鹽環(huán)境和復(fù)雜水質(zhì)限制了常規(guī)生物法、Fenton法及臭氧氧化等工藝的效果。例如，鹽分超過10000 mg/L時(shí)易導(dǎo)致微生物失活；Fenton法易受Cl?、Br?等離子干擾；臭氧氧化也因Br?等消耗氧化劑而效率受限。因此，研發(fā)適用于高鹽復(fù)雜水質(zhì)的高！效氧化工藝是當(dāng)前返排液處理的重點(diǎn)研究方向。

2.4 芬頓氧化技術(shù)

芬頓氧化法在酸性條件下（pH 3–5）利用Fe2?與H?O?反應(yīng)生成羥基自由基（·OH），降解有機(jī)污染物。其處理效果受pH、溫度、有機(jī)物濃度及藥劑投加比例等因素影響。盡管該技術(shù)設(shè)備簡單、應(yīng)用廣泛，但仍存在反應(yīng)效率不高、污泥產(chǎn)量大等問題。

2.5 撬裝模塊化MVR蒸發(fā)器技術(shù)

在處理高鹽壓裂返排液方面，廣東環(huán)美撬裝模塊化機(jī)械蒸汽再壓縮（MVR）蒸發(fā)器展現(xiàn)出顯著的技術(shù)優(yōu)勢。該設(shè)備采用一體化/模塊化、可移動式設(shè)計(jì)，適合在場地受限的頁巖氣開采區(qū)域靈活部署。MVR技術(shù)通過電能驅(qū)動蒸汽壓縮，回收二次蒸汽潛熱，實(shí)現(xiàn)高！效蒸發(fā)濃縮，能耗遠(yuǎn)低于多效蒸發(fā)系統(tǒng)。在處理壓裂返排液時(shí)，MVR蒸發(fā)器能有效去除溶解性鹽分和部分有機(jī)物，凈化水可回用或達(dá)標(biāo)排放，濃縮液則可進(jìn)一步資源化或妥善處置，具有良好的環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益。

在缺乏回用條件或回注經(jīng)濟(jì)性較差時(shí)，頁巖氣壓裂返排液的處理與外排成為現(xiàn)實(shí)選擇。我國在借鑒國外經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，已逐步形成“混凝沉降—軟化—氧化—脫鹽”為主的模塊化集成工藝路線。未來應(yīng)聚焦高鹽、高有機(jī)物、水質(zhì)波動大等核心問題，持續(xù)開展技術(shù)優(yōu)化與創(chuàng)新，重點(diǎn)研發(fā)低能耗脫鹽技術(shù)、高鹽復(fù)雜廢水高！效氧化工藝、水質(zhì)響應(yīng)型調(diào)控方法，以及基于環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的智能決策管理系統(tǒng)。在管理層面，應(yīng)強(qiáng)化對返排液中特征污染物的識別與評估，結(jié)合其環(huán)境行為、毒理效應(yīng)及受納水體容量，科學(xué)制定排放標(biāo)準(zhǔn)，推動頁巖氣產(chǎn)業(yè)綠色、可持續(xù)發(fā)展。