一项页岩油气开发环保新技术——移动式膜分离技术提供高容量水循环利用

　　对于页岩勘探开发来说，目前在水处理工具组合中可以安装一个新的现场应用工具，其主要是利用振动膜分离技术对废水进行过滤回收。

　　据估计显示，每生产一桶非常规油气，就需要多达20桶的水，解决多井页岩资源所需大量水的问题，是当前陆上页岩开采作业者面临最具挑战性问题之一。因此，受监管机构和公众的持续监督、有限的处理方案和不断增加的成本的激励，水处理技术的应用如原位电凝聚方法(EC)和紫外线(UV)杀菌方法取得了不同程度的成功，对作业者降低装置能耗和生产成本非常有利。

　　最近，一种独特设计、超移动式的膜分离技术已经作为一种具有成本效益的选择方法出现，主要是针对页岩气或页岩油开发项目中所使用的水，进行处理或过滤回收，高达80%。双塔AQUA-VES移动式水处理系统采用错流振动分离，能够处理并回收每塔压裂返排水、废油气、采出水和来自钻井、钻井完井液和钻机清洗中的废水，高达2,500桶。

　　与一般的系统不同的是，清除一些而不是所有的废水污染物，新的拖车式水处理技术在现场应用证明，可把所有杂质区别出来，包括总悬浮物(TSS)细菌、氧化金属、石油、油脂、其它总石油烃(TPH)，夹带在泥浆内的一定比例的总溶解固体(TDS)。

　　该现场处理系统，采用振动膜过滤技术，已经在二叠纪盆地、Marcellus页岩、鹰格福特(Eagle Ford)和其它的页岩中得到有效的应用。基于一个完整的水生命周期处理服务，该系统是唯一一种能够使用微滤/超滤或纳滤，去除极小至0.0005微米(µ)的物质。最小固体的去除，可以为持续的回收扫清障碍，否则将是废水，这在一些页岩开采中进行运输和处理的成本，高达18美元/桶。

　　膜分离的新方向

　　多年来，膜滤作为一种水净化方法使用，主要是由于它通过孔径选择和其优越的分离能力可以控制分离。传统的膜取向水处理系统用于页岩勘探生产，大多采用错流过滤，要求极高的流速，以保持过滤器清洁。这种方法不仅需要更多的能量来运行，它也只是过滤相对较小比例的总流量。

　　在传统的错流过滤中，湍流生成的大多数剪切，远离边界层，从而有效去除保留颗粒。因此，膜易于塞住，明显降低流量。另一方面，振动诱导错流，集中剪切波在膜表面，排斥其它边界层内污染物和固体颗粒。这种方法允许更高浓度的同时，保持长期持续的速率高于所使用标准过滤系统，达10倍。

　　这种振动分离方法被设计成最新一代水处理技术。新系统使用0.05µ涂有Teflon的膜，能够不断振动，这意味着流体速度是由振动控制的而不是由流动控制。因此，来自膜表面剪切波的扩散，使保持悬浮粒子保持在水面上，从而允许更多的液体通过膜运输。因此，膜仍保持清洁，通过量比常规过滤技术高达15倍，新系统允许无限制地过滤相对较大比例的流过物质。由于高通量，甚至没有膜污垢，系统极其节能，每千加仑的滤液只需要0.27千瓦时。

　　此外，振动膜分离系统采用表面过滤而不是深度过滤。当膜清洗有必要时，它可以在表面上完成，而这完全没有拆卸和清洗深度过滤装置的非生产时间。因为耐用的 Teflon膜涂层可以忍受几乎所有的清洗化合物，包括强酸和溶剂，它对过去常常用来去除的污染也没有限制。

　　如何运行

　　系统运行到一个16米(53英尺)拖车位置，其可容纳橇装泵机组和两个膜塔。包含在每个模块极小的1.3m×1.3m(4英尺×4英尺)的焊盘是不锈钢塔板，其可容纳大约400个持续不断的振动微/超滤膜，传送了112平方米(1,200平方英尺)的交叉流。在处理操作开始之前，特定场地废水样品被分析以确定所需过滤和处理的级数。根据作业环境，这个系统能够适应各种不同的膜孔径，从微滤膜到逆向渗透。

　　在作业过程中，泥浆进入振动组件的顶部，向下流程中的交替堵塞迫使污水进入交错流。由于泥浆穿过振动膜和组件可以不断流动，因而振动产生了离心力，它使较重的物质进入敞口槽，沿膜塔板延伸到组件的顶部。分离出来的物质下降到槽的底部。同时，清洁滤液被迫向上，它被泵送到压裂水槽并进行完全回收。

　　因为只有0.05µ的物质或更小的物质能够流过膜塔板，振动膜分离系统有效地提取所有氧化金属、细菌、悬浮固体、一些TDS和所有碳氢化合物。

　　现场应用比较

　　与其它工艺进行直接现场比较，该技术包括EC、UV和蒸发，实践证明，它具有独特的优势，振动膜分离系统可容纳的清除污染物的数量多，也具有多样性，并且它可以一致地交付清洁的物质，因此，所处理的整个80%的泥浆可以重新获得并回到活跃的水流，以在后续的钻井中进行再利用。

　　除此之外，与水处理系统相比，此新技术是适于唯一清除所用类型污染物的系统。例如，一些工艺只可去除悬浮物质，而另一些只适于提取生物污染物和TDS。况且，振动膜技术能够清除TSS、细菌、TPH 、氧化金属和一些TDS，依据处理的量，成本低达1.50美元/桶。