在常规能源已经不能满足我国日益增长的能源需求的情况下,页岩气开发是我国应对未来能源危机的资源战略重心之一,受到了各方面的高度重视。然而随着页岩气开采技术的日益成熟,大规模“水力压裂”可能导致的地层及地表水污染已成为页岩气开发面临的重大问题。本文针对页岩气开发中所产生的水污染问题,从页岩气田整体的压裂返排液处理调度着手,定量分析成本构成,考虑开采周期、区块间位置等约束,建立返排液处理成本优化模型。主要完成了以下工作:1)根据国内工业污染物排放标准等,对典型的页岩气藏压裂返排液组分数据,在现有的《国家一级污水排放标准》、《石油炼制工业污染物排放标准》、《地下水质量标准》以及《海洋石油开发工业含油污水排放标准》等相关法律规范的基础上,建立了一个页岩气水污染指标体系。根据返排液中污染指标的浓度,将压裂返排液分成了一般污染,较强污染和很强污染三级,对页岩气藏压裂返排液的污染程度进行了量化分级。2)使用灰色聚类方法对云模型评价方法进行改进,综合灰色熵权法、层次分析法和专家打分法改进了各级云指标的权重打分方法。基于上文所建立的水污染指标分级体系,对不同地区的页岩气压裂返排液的污染程度,使用改进的云模型方法进行综合评价,对其污染程度进行排序。基于改进云模型的综合评价方法考虑了数据的随机性和模糊性,有效地降低了这些不确定性的影响,可以定量地对不同类型的返排液的污染程度进行综合地评价。3)通过定量分析,建立了区块内返排水处理处置成本优化模型以及区块之间返排液处理-处置-运输成本优化模型,并在此基础上考虑处于不同生产阶段下的全周期返排水处理处置成本优化问题。该模型在区块间返排液处置-运输成本优化模型的基础上,综合考虑了不同区块在不同压裂-返排阶段的压裂液需求和处理能力约束。在不同参数条件下对该模型求解,获得了页岩气藏压裂返排液的全周期处理-处置-运输各种成本最优调度方案。4)使用决策分析的期望效用模型对所得调度方案进行分析,计算不同方案的合意度Hi,从而选择最佳方案,达到页岩气藏压裂返排液处理-处置经济成本低、污染小的目的。综上,本文从定量的角度分析了页岩气水力压裂开发可能造成的污染程度,并以此为基础建立相应的处理-处置成本最优模型,可以为页岩气田现场的压裂返排液管理、调度提供有效的定量分析工具和理论支撑。