引言页岩气是一种混合天然气，包括有机质、成熟暗色泥页岩、高碳泥页岩等，不同页岩在有机质吸附作用影响下，存储并保存了具备商业价值、热解成因的天然气。根据美国各个地区所对外公开的返排液数据，Barnett(14 383 m3)、Marcellu (20 817 m3) 这两个地区的压裂液返排率分别达到32%、22%。中国四川地区盆地页岩气存储量极为丰富，开采过程中，一口井的开采消耗水量20 000~30 000 m3。经过调查，龙马溪组的涪陵区、长宁区、奥陶系下统马家沟组的返排率分别为3%、20%、50%。随着水力压裂技术不断升级更新，页岩气的开发力度和水平也不断提升，且在压裂返排液成分复杂、产量大等因素的影响下，未来页岩气规模化发展也将会面临一定难题。1美国页岩气水力压裂返排液对环境的影响与治理方法1.1水质分析水力压裂液一般由水、支撑剂以及超出750种以上的化学添加剂混合而成，不同矿区的压裂液所含化学物质浓度、量值乃至种类均存在差异。据美国公开数据可知，美国在页岩气水力压裂液之中添加的化学添加剂数量达到81种，有机物数量为55种，可降解物仅为27种[1]。结合返排时间逐步递增的规律分析，美国累积的压裂返排液量必然呈逐年上升趋势，总溶解固体(TDS)、各类金属离子以及氯根等含量也会随之改变。在页岩气的开发出水时期，受到压裂液、地层两者之间接触时间过久等因素的影响，有机物、金属离子的含量将会开始升高。对Barnett、Marcellu这两个页岩区的压裂返排液的几种常见水质指标展开相应的数据统计和分析工作，可以较为明显地发现，现阶段两个页岩区中，不仅页岩气压裂返排液的成分比较复杂，部分水质指标之间也存在较大的差异。针对美国科罗拉丹佛-朱尔斯堡盆地(DJ)页岩气井压裂返排液的化学成分展开分析，发现压裂返排液中悬浮物含量上升的原因是破胶返排之后液体中混入了一定量的悬浮油颗粒以及残杂物[2]。同时，在废液之内，化学需氧量(COD)已经达到2 000~20 000 mg/L，在液体中还混合了数量不低的水溶性聚合物，同时杂糅一些胍胶、其他有机化学添加剂，添加剂包括但不限于多环芳烃、苯系衍生类化合物。此类聚合物的整体稳定性比较强，不仅难以去除，同时还携带毒性，促使COD上升。美国的页岩气水利压裂返排液水质特征包括生物降解难、生产量大以及成分复杂等。1.2治理方法美国在开展页岩气水力压裂返排液的处理工作时，如果确认地下灌注桩满足施工规划，页岩气压裂返排液与石油、天然气两者的开发过程具有一定类似性，均会产生伴生水，在治理中也可以选用深井灌注的方案。按照美国环保署推行的规定，所有满足上述标准、被用于灌注废水的灌注井，均属于第二类灌注井，美国法律对此类井有着明确且系统的规定，包括选址、施工、法律责任及运行等方面[3]。分析美国改善页岩气水力压裂返排液对环境的负面影响，结合当前的页岩气水力压裂返排液处理现状可知，美国主要使用深井灌注方式做废液的永久治理时，有下述3种方式：第一，将页岩气水力压裂返排液注入盐洞，要求盐洞同时具备两个条件，首先是运输距离，不能耗费过多成本；其次是构造适宜，确保体积够大，能够满足废水灌注量的需求。第二，直接在弃井或被堵塞的原井中注入废液，但此过程中需要注意，废液的注入压力需要控制在页岩气水力压裂的压力值。第三，自潜在裂缝中注入页岩气水力压裂返排液。当页岩气开发周边的特定地质条件下，将废液注入底层时，应保障特定地质的地层断裂压力高于废水压力，促使废液在真空状态下被吸入到地层之中。美国还会通过现场处理或中心建厂处理的方式完成页岩气水力压裂返排液处理工作，页岩气水力压裂返排液处理路线如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.09.020.F001图1页岩气水力压裂返排液处理路线2中国页岩气水力压裂返排液对环境的影响与治理方法2.1水质特点结合我国现有的页岩气水力压裂返排液处理现状进行分析发现，不同地区的地质条件有差异，水质的指标也会随之出现变化。现阶段，我国沿用的压裂液配方以国外引进+国内自主研发为主，但不同的生产厂商出于多种原因，会对具体的压裂液成分进行保密处理[4]。因此，文中主要从其污染特征的角度着手。2.1.1涪陵地区页岩气井压裂返排液对环境产生影响的相关污染指标围绕涪陵地区进行页岩气的井压裂返排液分析时，可以统计相关数据。涪陵区页岩气井压裂返排液数据如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.09.020.T001表1涪陵区页岩气井压裂返排液数据项目1井2井3井K++Na+/(mg/L)2 242.006 757.945 478.99Ca2+/(mg/L)49.26186.97112.18Mg2+/(mg/L)22.4122.6968.07Cl-/(mg/L)2501.609 124.837 106.84SO42-/(mg/L)360.00716.99896.24CO32-/(mg/L)0022.5HCO3-/(mg/L)1 447.702 002.651 808.10总矿化度/(mg/L)66 230.0018 812.4715 492.93水型NaHCO3NaHCO3NaHCO3悬浮物含量/(mg/L)26995218pH值6.87.06.5SBR细菌/(个/L)25.00≥2.5×105TGB细菌/(个/L)≥2.5×1052.5≥2.5×105FB细菌/(个/L)≥2.5×1052.54.5总铁/(mg/L)625—由表1可知，当地压裂返排液的总体矿化度相对较高，水型呈NaHCO3型，水体颜色呈棕褐色，pH值以中性为主。在水体中，有3种细菌浓度较高，且悬浮物的含量比较大，代表水体中的减阻剂实际溶解性并不显著，甚至存在减阻水压裂返排液性能不符合标准的情况，从而在水体中形成絮状物[5-6]。为了避免该区域内的水体细菌类、COD类物质的存在对当地地表水质或农作物生产构成污染和威胁，必须针对上述各类影响环境的污染物做好处理，满足国家相关排放标准后，方能对外排放。2.1.2长宁-威远地区页岩气井压裂返排液对环境产生影响的相关污染指标通过分析长宁-威远地区页岩气田发现，该气田从属于震旦系产气层，含气高度达244 m，含气面积及原始地层压力分别为216 km2、29.533 MPa。此外，该地区页岩气的一口井用水量大于25 000 m3。对具体的页岩气井压裂返排液成分进行分析，通过整合相应的数据信息发现，不同地区中页岩气井压裂返排液的成分含量整体比较偏高，但是主要成分、储层矿物化学成分差异并不大，因而在长宁-威远地区的页岩气处理中，可以将水力压裂返排液回用技术应用和推广起来[7-8]。但是需要注意，进行后续处理期间，处理悬浮物或COD类物质时，必须提前做出针对性处理，处理完毕后方能回用或是排放。2.2治理方法分析我国有关于页岩气水力压裂返排液对环境影响的治理工作现状，已经发布的《页岩气发展规划2016~2020年》为我国页岩气的开发脚步的加快提供依托。结合现有开发现状，页岩气开发衍生的环境问题也比较严重，其中以压裂返排液的处理问题最为关键和突出。消除页岩气开发对生态环境的影响时，我国主要围绕“重复利用”这一治理主题展开。我国进行压力裂返排液的处理方法除了重复利用，还使用了深井回注方案。我国在进行压裂返排液处理时，一般以3种形式为主，分别是气浮选、沉降以及水力旋流，完成初级的油水分离工作，随后执行后续的自然风干以及化学处理工作。具体的治理方式主要包括以下几方面：第一，自然风干。该方法通过设置专门的返排液池使返排液在自然环境中蒸发，随后对其进行填埋处理。该方法的不足之处是所需时间过长，且填埋之后返排液池中的重金属或醛仍有概率从填埋土中渗出，造成周边环境二次污染。第二，化学处理。该方式统一针对压裂返排液进行预处理，在其中加入药絮凝并进行过滤处理。随后将返排液重新注回地层。该方法的应用特征是工艺操作比较复杂，很难大范围推广和使用，国内的页岩气开采区域基本以新区为主，周边适宜的回注井条件并不充裕，因此需要将待回注的返排液输送到更远位置的井场做预处理，再运输回来，整个过程的处理成本大幅增加。现阶段，我国进行页岩气开发时，主要通过自然风干或化学处理的方式对开采中形成的污泥进行处理，但此方法会在一定限度上增加资源耗费量，影响开采区周边的生态环境。因此，结合国内现阶段执行的压裂返排液储存管理现状进行分析，应该积极实施防护手段，确保所返排液流程及防护工作到位，解决地面处理系统之内的结垢问题，避免腐蚀井下套管。另外，为了确保井下处理达标，还需要采用相应方法严格处理回用压裂返排液，确保其达标后排放。3中美页岩气水力压裂返排液的治理方法在废水外排方面，美国比较注重采用地下回注方案处理，以禁止外排的方式进行环境治理。中国要求所有返排液处理后满足相关标准之后才能进行外排处理，且氧化物限值必须处理到位。未来我国可以考虑先明确氯化物等污染物特征，并做好场地初期雨水的管控工作。在场地修复与恢复方面，美国比较注重补充各类条例和标准，并做好封井废弃及场地修复工作，所有工作程序必须按照相关指标执行。中国要求必须在污染场地修复后，才能进行封井废弃后管理，避免出现管理缺失问题。4结语在页岩气水力压裂返排液的处理方面，应不断对现有页岩气水力压裂返排液处理技术操作水平进行优化。此外，在生态环境保护和治理方面，也应积极结合生态环境发展需求，做好生产中的杀菌处理，以重复利用的形式提升国内页岩气的生态处理成效，从而促进我国的生态环境发展与社会经济建设。