暢衛(wèi)剛（大慶油田有限責(zé)任公司開(kāi)發(fā)部）

壓裂返排液撬裝處理技術(shù)研究與應(yīng)用

暢衛(wèi)剛（大慶油田有限責(zé)任公司開(kāi)發(fā)部）

隨著致密油開(kāi)發(fā)持續(xù)深入，大慶油田大規(guī)模壓裂井?dāng)?shù)由初期年32口井增加到年300口井以上，壓裂返排液產(chǎn)生量劇增，長(zhǎng)距離拉運(yùn)和建造地面環(huán)保儲(chǔ)池存在困難，廢液池自然氧化降黏—摻液稀釋處理—沉降過(guò)濾回注等舊模式無(wú)法滿足需求。為此，立項(xiàng)研發(fā)了適合大慶油田高含聚胍膠特性的返排液處理技術(shù)和撬裝移動(dòng)式工藝設(shè)備，成本低廉、操作簡(jiǎn)單，懸浮物、含油量降到20mg/L以?xún)?nèi)，能做到就近回注地層或就地復(fù)配壓裂液，保障了開(kāi)發(fā)生產(chǎn)需求。

壓裂返排液；撬裝處理工藝；就地回注；復(fù)配壓裂液；經(jīng)濟(jì)環(huán)保

2012年開(kāi)始，大慶油田長(zhǎng)垣外圍區(qū)塊和海塔油田等陸續(xù)推廣縫網(wǎng)壓裂、體積壓裂和水平井穿層壓裂等低孔低滲儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)技術(shù)，統(tǒng)計(jì)近兩年656口大規(guī)模壓裂井，壓裂規(guī)模平均單井2645m3、最高達(dá)到單井1.9×104m3，按照30%初期返排率，單井平均返排794m3、最高達(dá)5700m3，考慮外圍油田井區(qū)分散、生產(chǎn)規(guī)模小、環(huán)保儲(chǔ)池不足、距老區(qū)遠(yuǎn)達(dá)150km，處理不足易沖垮地面油水處理系統(tǒng)[1]，存儲(chǔ)不足存在污水外排風(fēng)險(xiǎn)。為此，急需研發(fā)返排液撬裝處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)就地回收回注。

1 室內(nèi)技術(shù)研究

1.1 研究壓裂返排液水質(zhì)特性

分析大慶油田不同區(qū)塊壓裂返排液組成成份，實(shí)物分析采量6100余個(gè)，繪制了含油量、懸浮固體含量、黏度的分時(shí)變化曲線，大慶油田壓裂返排液含聚合物稠化劑、交聯(lián)劑等十幾種添加劑，有機(jī)污染物種類(lèi)多且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，黏度高達(dá)3～15mPa·s且降黏困難，室外自然氧化10天后黏度仍穩(wěn)定在1.3mPa·s；懸浮絮體含量高且沉降分離困難，各種SRB菌、硫化物和金屬元素含量高，具有高COD和處理困難等特點(diǎn)[2]，見(jiàn)表1。

1.2 研究壓裂返排液技術(shù)思路

目前國(guó)內(nèi)外返排液處理主要采取直接固化、預(yù)處理回注和降黏混凝等3種模式，處理方法主要有混凝沉降、化學(xué)氧化法、生物法和吸附超濾等。調(diào)研國(guó)內(nèi)外8家油田企業(yè)的處理技術(shù)，存在技術(shù)工藝不適合大慶油田返排液特性、處理流程長(zhǎng)或者成本高等情況，綜合評(píng)價(jià)各種技術(shù)方法，最終確定化學(xué)氧化和絮凝沉降的工藝技術(shù)思路，見(jiàn)表2。

表1 某井壓裂返排液特性指標(biāo)

1.3 研究?jī)?yōu)選室內(nèi)藥劑

1.3.1 破膠降黏效果

通過(guò)投加氧化藥劑來(lái)實(shí)現(xiàn)有機(jī)物分解降黏，按照毒性小、可液體投加、來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉的原則，選擇6種氧化劑進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，按藥濃度為50mg/L、反應(yīng)時(shí)間5min進(jìn)行了多輪次、多井次試驗(yàn)，其中1#、2#、3#降黏率大于70%，見(jiàn)表3。

1.3.2 絮凝沉降效果

根據(jù)室內(nèi)絮凝實(shí)驗(yàn)的礬花形成速度、沉降情況、定性濾紙過(guò)濾效果等，確定絮凝劑聚合氯化鐵鋁的最佳加藥濃度300～2000mg/L，助凝劑陽(yáng)離子聚丙烯酰胺最佳加藥濃度為3～25mg/L[3]。并與上述1#、2#、3#降黏劑進(jìn)行配伍性試驗(yàn)。降黏劑按50mg/L攪拌5min、絮凝劑600mg/L反應(yīng)1min、助凝劑15mg/L靜沉，取上清液化驗(yàn)，1#降黏劑的降黏-絮凝處理效果最好，見(jiàn)表4。

表2 調(diào)研國(guó)內(nèi)外技術(shù)應(yīng)用情況

表3 室內(nèi)試驗(yàn)各降黏劑效果統(tǒng)計(jì)

表4 室內(nèi)試驗(yàn)降黏－絮凝處理后懸浮固體含量單位：mg/L

1.3.3 氧化絮凝反應(yīng)時(shí)間

將1#降黏劑按不同濃度加入壓裂返排液，攪拌反應(yīng)，以黏度達(dá)到1.5mPa·s以下為標(biāo)準(zhǔn)，考察降黏反應(yīng)速度，當(dāng)加藥濃度達(dá)到40mg/L以上時(shí)，降黏時(shí)間在3.0min以?xún)?nèi)，加藥濃度100mg/L時(shí)黏度最終降到0.8mPa·s，滿足工業(yè)化需求（表5）。

表5 室內(nèi)試驗(yàn)1#降黏劑反應(yīng)速度

1.3.4 破乳除油效果

通過(guò)曝氣試驗(yàn)驗(yàn)證除油效果，除油率達(dá)到60%、能降到20mg/L以?xún)?nèi)，如果投加破乳劑后再進(jìn)行曝氣試驗(yàn)，除油率達(dá)到73%、能降到15mg/L以?xún)?nèi)，均滿足實(shí)際需求。

1.3.5 復(fù)配壓裂液效果

水質(zhì)達(dá)到“雙20標(biāo)準(zhǔn)”，Ca2+、Mg2+離子濃度下降到10mg/L[4]，再與清水按1∶1比例混合后配置壓裂液，能滿足體系黏度等各項(xiàng)要求。在古72-26-斜72井現(xiàn)場(chǎng)化驗(yàn)，各項(xiàng)參數(shù)正常（表6）。

2 工藝優(yōu)化和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2.1 工藝優(yōu)化路線

考慮來(lái)液沉降除砂、氣浮降黏、多種藥劑投加、絮凝沉降分離、處理液過(guò)濾外排等工藝需求，結(jié)合磁分離機(jī)絮體分離效果達(dá)常規(guī)沉降的730倍且占地面積小的優(yōu)點(diǎn)[5]，制定了“溶氣降黏-磁分離”工藝路線（圖1）。

圖1 “溶氣降黏-磁分離”工藝路線

1）來(lái)液及外排緩沖罐。采用鋼制骨架的軟體儲(chǔ)罐，外加保溫管路和提升泵，實(shí)現(xiàn)來(lái)液和外排的暫存、沉降。

2）降黏氣浮裝置。管式混合器多點(diǎn)投加氧化劑實(shí)現(xiàn)充分混合，渦凹曝氣裝置形成氣泡實(shí)現(xiàn)快速反應(yīng)，并攜帶原油顆粒上浮由刮油器刮除。

表6 古72-26-斜72井復(fù)配壓裂液的實(shí)際情況

3）絮體磁分離裝置。來(lái)液先后投加絮凝劑和粒徑為80～100μm的精鐵粉，投加助凝劑，通過(guò)高分子鏈的架橋吸附作用以及載體顆粒的沉積網(wǎng)捕作用，快速生成大而密實(shí)的絮體，絮體吸附到磁盤(pán)上，通過(guò)刮板分離并減量化處理[6]。

2.2 優(yōu)化工藝組合

按照撬裝集成、易拆卸搬遷等原則，按照10～50m3/h的處理量，-25～40℃的工作環(huán)境，“雙20-100”的出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)整工藝參數(shù)，集成各單體處理裝置到2座移動(dòng)板房和2座軟體罐。

2.3 優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)施工模式

1）依托已有站庫(kù)處理回注。壓裂返排液短距離拉運(yùn)到地面環(huán)保儲(chǔ)池，自然氧化初步降黏后，撬裝設(shè)備連續(xù)處理達(dá)標(biāo)后進(jìn)入注水系統(tǒng)回注，保證儲(chǔ)池安全液位。

2）偏遠(yuǎn)零散井點(diǎn)處理回注。壓裂返排液井通過(guò)撬裝設(shè)備達(dá)標(biāo)處理，通過(guò)單井集油管線回輸，或者通過(guò)柱塞泵增壓，直接注回注水井地層。

3）工廠化壓裂現(xiàn)場(chǎng)就地復(fù)配。考慮壓裂后擴(kuò)散時(shí)間、返排液處理能力和連續(xù)施工需求，當(dāng)區(qū)塊壓裂井?dāng)?shù)3口以上且集中30km以?xún)?nèi)時(shí)，增加廢液罐和儲(chǔ)水罐容積實(shí)現(xiàn)就地復(fù)配。

2.4 優(yōu)選施工工藝參數(shù)

按照單套15m3/h處理能力，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)施工，篩選最佳藥劑投加濃度和反應(yīng)時(shí)間，保障出水水質(zhì)和經(jīng)濟(jì)效益的平衡點(diǎn)（表7）。

表7 不同工藝生產(chǎn)主要技術(shù)參數(shù)

3 應(yīng)用效果及效益

3.1 應(yīng)用效果

目前共加工5套撬裝設(shè)備，3年來(lái)共處理回注壓裂返排液109.66×104m3，污水達(dá)到“雙20-100”標(biāo)準(zhǔn)，電脫水器運(yùn)行平穩(wěn)，污水處理站出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，污泥含水率達(dá)到40%～60%運(yùn)至已建污泥處理站。共原地復(fù)配壓裂液3.19×104m3，復(fù)配壓裂液體系各項(xiàng)指標(biāo)正常，增油效果保持穩(wěn)定。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

按“雙20”處理標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)寫(xiě)實(shí)，處理成本包含清水運(yùn)輸及消耗1.5元/m3、電費(fèi)為3.85元/m3、藥劑費(fèi)用4.8元/m3～8.5元/m3。考慮設(shè)備維護(hù)折舊、人工成本、稅費(fèi)、管理費(fèi)等，最終處理價(jià)格為69.83元/m3，對(duì)比國(guó)內(nèi)外處理單價(jià)，平均可節(jié)省成本120元/m3。另外，減少投資地面環(huán)保儲(chǔ)存池30座、避免繳納1.4元/kg的污染物當(dāng)量排污費(fèi)。

實(shí)現(xiàn)壓裂返排液密閉回收處理，避免工業(yè)廢水超標(biāo)排放對(duì)地表及地下水資源的污染，減少建設(shè)地面儲(chǔ)池帶來(lái)的土地占用、有機(jī)污染物揮發(fā)和儲(chǔ)池滲漏風(fēng)險(xiǎn)，循環(huán)再利用淡水資源116.04×104m3，為油田可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支撐。

4 結(jié)論

1）研究出“溶氣降黏-磁分離”的壓裂返排液處理工藝，確定了各種條件下的技術(shù)參數(shù)，解決了制約大規(guī)模壓裂技術(shù)推廣應(yīng)用的技術(shù)瓶頸。

2）研制了撬裝化可移動(dòng)式處理裝置，具有布置緊湊、便于移動(dòng)、操作簡(jiǎn)單、抗水質(zhì)沖擊能力強(qiáng)、抗低溫嚴(yán)寒等特點(diǎn)。

3）實(shí)現(xiàn)了就近回注和就地復(fù)配壓裂液，運(yùn)行成本低、節(jié)約清水消耗、減少拉運(yùn)距離和建設(shè)地面儲(chǔ)池、避免污水外排，具有較大成本和環(huán)保優(yōu)勢(shì)。

4）該技術(shù)工藝獲得大慶油田科技創(chuàng)新一等獎(jiǎng)，取得國(guó)家《車(chē)載式壓裂返排液處理裝置》實(shí)用新型專(zhuān)利，形成技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程，具備快速推廣能力。

[1]陳昊，王寶輝，韓洪晶.油田壓裂廢液危害及其處理技術(shù)研究進(jìn)展[J].當(dāng)代化工，2005，44（11）：2635-2641.

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10.3969/j.issn.2095-1493.2017.09.010

暢衛(wèi)剛，工程師，2007年畢業(yè)于西北大學(xué)（資源勘查工程專(zhuān)業(yè)），從事原油生產(chǎn)運(yùn)行組織工作，E-mail：changweigang@petrochina.com.cn，地址：大慶油田有限責(zé)任公司開(kāi)發(fā)部生產(chǎn)管理科，163002。

2017-07-20

（編輯王古月）