周佩 劉寧 董俊 王小勇 何治武

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司油氣工藝研究院低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室）

水平井壓裂返排液循環(huán)利用技術(shù)研究

周佩 劉寧 董俊 王小勇 何治武

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司油氣工藝研究院低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室）

文章以提高壓裂返排液處理效率、水循環(huán)再利用為目標(biāo)，針對(duì)長(zhǎng)慶油田安平某水平井壓裂返排液的性質(zhì)特點(diǎn)，采用“混凝—沉降—精細(xì)過濾”處理工藝，對(duì)壓裂返排液進(jìn)行處理，處理后水樣中Ca2+和濁度均大幅下降，總硬度控制在300 m g/L。處理后的水配制的低溫胍膠壓裂液體系其耐溫、抗剪切性能良好，具有良好的流變性能、破膠性能，不產(chǎn)生多余的殘?jiān)?，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)壓裂施工作業(yè)要求。各項(xiàng)性能評(píng)價(jià)說(shuō)明采用該技術(shù)處理后的水可循環(huán)用于配置壓裂液。

水平井；壓裂返排液；零排放；循環(huán)利用

0 引 言

壓裂作業(yè)是油氣井增產(chǎn)和水井增注的主要措施之一［1］，是油氣田勘探開發(fā)不可缺少的一項(xiàng)重要技術(shù)手段。在壓裂作業(yè)結(jié)束后，返排的壓裂廢液中含有大量的水不溶物、原油及各種添加劑［2］，如果將壓裂返排液直接排放，將會(huì)對(duì)周圍環(huán)境，尤其是農(nóng)作物及地表水系造成污染［3］。

目前壓裂返排液的主流處理技術(shù)主要有兩種：一是將壓裂返排液預(yù)處理后回注地層；二是經(jīng)過嚴(yán)格處理達(dá)標(biāo)后外排［4］。這兩種處理技術(shù)中存在許多不足［5-6］，如經(jīng)過簡(jiǎn)單預(yù)處理后的壓裂返排液回注地層，會(huì)在一定程度上污染地層甚至污染地下水；而達(dá)標(biāo)外排處理技術(shù)的藥劑用量大、處理成本高、處理周期長(zhǎng)、設(shè)備投資大、工藝復(fù)雜以及操作不便，一旦處理不達(dá)標(biāo)，將會(huì)對(duì)環(huán)境造成重大污染。因此，如何在降低其處理成本、提高處理效率的前提下，達(dá)到減少污染，保護(hù)環(huán)境的目的仍然是當(dāng)前面臨的難題。

本文針對(duì)長(zhǎng)慶油田安平某水平井壓裂返排液的性質(zhì)特點(diǎn)，采用“混凝—沉降—精細(xì)過濾”處理工藝，對(duì)壓裂返排液進(jìn)行處理，將處理后的水，循環(huán)利用，配置壓裂液，達(dá)到壓裂返排液的循環(huán)利用目的。

1 壓裂返排液水質(zhì)特征分析

壓裂返排液中含有大量的Cl-、S O2-4、Fe2+、Ca2+、M g2+、Zn2+、P O43-等無(wú)機(jī)鹽離子；其中的Ba2+、Sr2+、Ca2+、M g2+和S O2-4會(huì)形成沉淀物，不利于廢水的再利用，壓裂返排液礦化度高，提高了重新配制壓裂液難度較大。對(duì)安平某水平井的壓裂返排液進(jìn)行水質(zhì)分析，結(jié)果見表1。

表1 安平某水平井壓裂返排液基本指標(biāo)分析結(jié)果

從壓裂返排液分析可以看出：

①壓裂返排液呈弱酸性，黏度在10 m Pa·s以下；

②壓裂返排液成分復(fù)雜，具有高懸浮物、高色度、高石油類、高含鹽的特征，返排液中總鐵、總硬度含量較高。

2 壓裂返排液精細(xì)處理工藝

壓裂返排液處理工藝為“混凝—沉降—精細(xì)過濾”，所用到的處理劑包括Na2C O3、P A C絮凝劑、C Y Q A-W混凝劑，現(xiàn)場(chǎng)使用的處理設(shè)備和裝置包括30 m3污水罐、循環(huán)水泵、處理劑配制裝置、濾袋式過濾器等，壓裂返排液水處理工藝流程見圖1。

圖1 壓裂返排液水處理工藝流程

壓裂返排液經(jīng)過水處理工藝流程后，形成的處理水較原水感官良好，水質(zhì)透亮偏淡綠色。其處理前后水質(zhì)特征見表2。

表2 安平某水平井壓裂返排液處理前后離子分析對(duì)比

從表2中對(duì)比得出，對(duì)壓裂返排液的處理主要以控制廢液中金屬離子含量為主，其中Fe2+、Fe3+、M g2+被全部去除，處理后水樣中Ca2+、濁度、H C O3-均得到了大幅下降，總硬度控制在300 m g/L，濁度從675降為3.2 N T U，Cl-和T D S變化不大。

3 循環(huán)利用技術(shù)

處理后的水樣，含鹽濃度相對(duì)較高（清水的T D S一般小于1 000 m g/L），通過加入有機(jī)磷酸鹽離子穩(wěn)定劑，達(dá)到穩(wěn)定水質(zhì)離子的作用。因處理后的水質(zhì)中含有足夠的交聯(lián)硼離子，含量在30～40 m g/L，采用p H調(diào)節(jié)劑使壓裂液的p H控制在9～10，形成的壓裂凝膠穩(wěn)定，調(diào)掛性好。

在返排液處理后水中加入羥丙基胍膠，離子穩(wěn)定劑，助排劑等，配制成0.3%的胍膠溶液。測(cè)定其性能。

3.1 壓裂液穩(wěn)定性能評(píng)價(jià)

在常溫下，不同時(shí)間測(cè)定壓裂液原膠的黏度，見表3。

表3 壓裂液黏度隨時(shí)間的變化

由表3可知，在常溫下，處理后水配制的原膠液黏度在24 h之內(nèi)黏度幾乎沒有變化，當(dāng)放置時(shí)間大于36 h后其黏度開始由18 m Pa·s急劇降至10 m Pa·s。因此，配好的原膠液的最佳使用時(shí)間是在配液后24 h內(nèi)。

3.2 流變性能評(píng)價(jià)

采用R S6000流變儀，在70℃、170 s-1條件下，測(cè)定用處理后水樣配制的低溫胍膠壓裂液體系交聯(lián)凍膠的流變性能，見圖2、圖3。

圖2 返排液再交聯(lián)體系耐溫曲線

圖3 返排液再交聯(lián)體系抗剪切曲線

由圖2可知，隨著溫度的升高，配制的壓裂液黏度逐漸下降，但溫度在70℃以下，黏度一直保持100 m Pa·s以上，具有良好的耐溫性能。

由圖3可知，在恒定溫度70℃，剪切速率170 s-1的條件下，配制的壓裂液黏度一直保持在400～700 m Pa·s，具有良好的抗剪切性能。

3.3 破膠性能評(píng)價(jià)

按試驗(yàn)方法在恒溫水浴中靜態(tài)考察壓裂液的破膠性能，具體方法是用毛細(xì)管黏度計(jì)測(cè)定壓裂液在不同時(shí)間下的黏度，結(jié)果見表4。

表4 壓裂液的破膠性能

由表4可看出，在同一溫度下，當(dāng)壓裂液配方一定時(shí)，用清水配制的壓裂液較處理后水配制的壓裂液破膠時(shí)間較長(zhǎng)，但是，兩種壓裂液的破膠液殘?jiān)肯喈?dāng)。這說(shuō)明用處理后水配制壓裂液不會(huì)產(chǎn)生多余的殘?jiān)?/p>

綜上所述，利用處理后的水配制的低溫胍膠壓裂液體系交聯(lián)凍膠耐溫、抗剪切性能良好，具有良好的流變性能，并且破膠性能良好，不會(huì)產(chǎn)生多余的殘?jiān)?，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)壓裂施工作業(yè)的要求。

4 結(jié) 論

安平某水平井混合水體積壓裂產(chǎn)生的返排液體系成分復(fù)雜，具有高懸浮物、高色度、高石油類、高含鹽的特征，返排液中總鐵、總硬度含量較高。

對(duì)安平某水平井的壓裂廢液采用“混凝—沉降—精細(xì)過濾”的處理工藝，處理后的水的總硬度在300 mg/L，濁度從675 NTU降為3.2 NTU。

處理后的水循環(huán)利用，重新配制0.3%的胍膠壓裂液，其基液性能良好，在70℃、170s-1條件下，黏度保持在400～700 m Pa·s，其耐溫、抗剪切性能良好，達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)壓裂施工作業(yè)要求。

［1］ 陳大鈞.油氣田應(yīng)用化學(xué)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2006，114-151.

［2］ 遲永杰，盧克福.壓裂返排液回收處理技術(shù)概述［J］.油氣田地面工程，2009，28（7）：89-90.

［3］ 相震，吳向培.工業(yè)性鉻污染對(duì)湟水水質(zhì)的影響［J］.環(huán)境與健康雜志，2004（3）：160-161.

［4］ 李蘭，楊旭，楊德敏.油氣田壓裂返排液治理技術(shù)研究現(xiàn)狀［J］.環(huán)境工程，2011，29（4）：54-56.

［5］ 范青玉，何煥杰，王永紅，等.鉆井廢水和酸化壓裂作業(yè)廢水處理技術(shù)研究進(jìn)展［J］.油田化學(xué)，2002，19（4）：387-390.

［6］ 鐘昇，林孟雄.油氣田壓裂液處理技術(shù)研究進(jìn)展［J］.安徽化工，2006（6）：42-44.

（編輯 李娟）

10.3969/j.issn.1005-3158.2015.05.013

1005-3158（2015）05-0046-03

2014-09-16）

周佩，2009年畢業(yè)于西安石油大學(xué)油田化學(xué)專業(yè)，現(xiàn)在中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司油氣工藝研究院低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室從事防腐、防垢、降壓增注、提高采收率等油田化學(xué)方面研究。通信地址：陜西省西安市未央?yún)^(qū)明光路新技術(shù)開發(fā)中心長(zhǎng)慶油田分公司油氣工藝研究院，710018