页岩气藏压裂返排液回收处理技术探讨

页岩气藏采用大规模、大液量加砂压裂改造后返排液的处理一直是业界备受关注的热点问题,涉及到页岩气藏开发成本与环境保护两个方面。文章就页岩气压裂返排液的回收处理技术展进行了探讨,针对钻磨桥塞以及返排期间,压裂返排液中往往含有大量压裂砂等固相颗粒,分离处理难度大等难题,优化了压裂返排液回收再利用系统,主要包括捕屑模块、除砂模块和精细化过滤模块,通过捕屑模块、除砂模块实现了返排流体的初步"清洁",进一步通过精细化过滤模块对返排液中极细固体杂质进行二次精细化连续过滤,过滤精度达到10 um级别,充分提高回收液的清洁度,使得处理后的液体可直接用作下一层或下一口井压裂基液,返排液回收利用率达到90%以上。该回收再利用系统是压裂返排液深度环保处理必不缺少的组成部分,通过进一步对蒸发技术、膜处理技术、电絮凝技术等各种环保处理技术适用性进行探讨,为国内压裂返排液环保处理技术的创新发展提供借鉴,有利于进一步解决页岩气藏开发过程中水资源瓶颈和环境保护问题。     

苏里格气田压裂返排液回收处理方法

为了实现气田高效经济开发,对鄂尔多斯盆地苏里格气田低渗透致密砂岩气藏采用了集群化布井和工厂化压裂技术,但井组集中压裂会导致作业现场短期内排液量急剧增加,环境保护形势严峻。为此,针对该气田压裂试气作业的特点,并结合其地形地貌特征等因素,研究形成了适合于苏里格气田的压裂返排液回收处理方法：①就井间压裂液回收再利用方面,形成了以多效表面活性聚合物可回收压裂液体系为核心的高效井间压裂返排液回收再利用技术,解决了常规胍胶压裂液体系处理效率低的难题;②针对井场末端液体回收处理难题,形成了以“混凝沉淀、过滤杀菌、污泥脱水”为主体的压裂返排液精细回收处理技术。该压裂返排液回收处理方法提高了现场水资源的利用率,并缓解了作业环保压力。2014年现场试验10个井组62口井,累计回收处理返排液32 980 m³,其中实现重复利用17 160 m³,回收再利用率超过70%,取得了显著的社会经济效益。     

移动式气井压裂返排液回收处理工艺技术研究及应用

针对压裂返排液成分复杂、黏度高、危害性大、处理难度及成本高等特点,在调研了国内外压裂液返排处理技术的基础上,结合羟丙基瓜胶压裂返排液的特点和压裂生产场所分散不固定的特点,研发了压裂返排液可移动式处理装置。该装置根据处理方式划分为四大模块,处理工艺流程为预处理模块→固相处理模块→硼处理模块→药剂处理模块。经多次实验证明,由该工艺处理后的返排液水质指标完全符合回配压裂液的水质要求,返排液再配压裂液基本满足压裂施工要求,并已成功应用于压裂施工现场。该处理工艺操作性强、成本低、效果好,实现了返排压裂液不落地和回收再利用,节约了水资源,减少了环境污染。     

苏里格气田压裂液循环利用技术研究与应用

过去气田使用的压裂液都是一次性压裂返排,返排液中稠化剂大分子链已深度降解,不能重复利用,这些压裂返排液的大量排放已成为不容忽视的污染源。为此,通过研发可回收压裂液体系、配套返排液处理标准和建立现场回收处理流程等技术手段,初步形成了适合苏里格气田特点的压裂液循环利用和处理方法:(1)针对井间压裂液回收再利用,形成了以EM50/50S、生物胶可回收压裂液体系为核心的高效井间压裂返排液循环再利用技术,解决了常规胍胶压裂液体系处理效率低的难题;(2)针对井场末端液体回收处理,形成了以"混凝沉淀+过滤杀菌+污泥脱水"为主体的压裂返排液精细回收处理技术。压裂液循环利用促进了节能减排工艺技术的进步。     

页岩气压裂返排液处理装置的研制与应用

针对页岩气开发中压裂返排液的污染问题,采用化学处理、物化处理和电化学处理相结合的方法,通过橇装结构设计以及化学加药模块、絮凝反应模块、沉降脱固模块和过滤处理模块设计,研制了压裂返排液处理装置。该装置处理量达到20 m3/h,满足页岩气区块实时处理要求。现场应用结果表明,按压裂返排液处理装置工艺流程处理后的水样与减阻水配伍性能良好,不产生沉淀物,其表现黏度、交联时间和耐温耐剪切性能均可满足压裂返排液重复利用要求;采用联合处理方式比单独采用化学加药方式可减少化学药剂投加量(60~70)%,有效降低压裂返排液处理成本。     

滨37井工厂乳液缔合型压裂返排液回用处理技术应用

为了解决影响非常规油气资源开发的压裂返排液的处置难题,通过对滨37井工厂压裂返排液跟踪分析,掌握了乳液缔合型压裂返排液的水质特点,在此基础上,结合回用要求,建立了沉降—气浮—离子调节—过滤—水质稳定组合工艺,对滨37井工厂的压裂返排液进行了回收处理,处理后水现场配液的主要性能达到了压裂施工要求,实现了乳液缔合型压裂返排液的资源化利用,为油田的节水减排提供了技术支持。     

瓜胶压裂返排液重复利用的室内研究

瓜胶压裂液的返排液已成为油田水体的主要污染源之一。将压裂后的返排液处理后重新配制压裂液,不仅可以保护环境,还可以节约水资源,降低成本。为了简化处理流程,提高返排液处理量,引入定位除硼及金属离子的方法,最终实现返排液的重复利用。以官西-5井的压裂返排液为实验对象,分析了压裂返排液中无机离子、固体颗粒和残余硼对压裂液重复利用的影响。研究结果表明,11种无机离子对压裂液重复利用有不同程度的影响,并且总结得出了不同离子对压裂液配制影响的浓度限值;返排液经过高效破胶、絮凝、定位除硼及金属离子反应之后,石油类去除率达91.71%,浊度去除率达94.6%,色度去除率达95.8%,Ca2+、Mg2+、Fe2+和B浓度分别降至36.07、19.44、44.3和3.35 mg/L。研究了各种离子对返排液重复利用的影响,采用了定位除硼及金属离子的方法,根据返排液中残余硼及金属离子含量加入适量除硼剂和金属离子去除剂,将其浓度控制在影响范围内,该实验方法具有操作简便、处理量大,处理成本低等优点,便于现场推广应用。用处理后的返排液重新配制的瓜胶压裂液,在100℃剪切1 h后黏度仍保持在100 mPa s以上,满足《压裂液通用技术条件》要求,实现了压裂返排液的重复利用。      

大规模增产作业中液体的回用技术探讨

针对页岩气、致密气等非常规气藏体积压裂过程中存在的配液用水缺乏、压裂返排液处理困难、环境污染风险大等问题,探讨了大规模增产作业中的液体回用技术。大规模增产作业对水资源的需求量大,井场用水供需矛盾突出,且产生的压裂返排液量大,面临的环境形势严峻,制约了非常规气藏的开发。压裂返排液的组成复杂,其成分主要取决于压裂液配液水质、压裂液化学组成、储层地质化学、地层水等,影响其回用时的压裂液性能,需针对性地进行处理。大规模增产作业中的液体回用技术主要是通过杀菌、沉降除机械杂质、化学沉淀除高价金属离子、补充损失的添加剂等措施使压裂返排液的性能满足再次施工要求。该技术在四川盆地须家河致密气储层及侏罗系致密油储层中得到了广泛应用,返排液回收后的利用率达95%,节约了水资源,实现了循环经济。     

压裂返排液处理技术的研究进展

介绍了压裂返排液的性质及其处理技术,归纳了各处理技术的特点及处理效率。压裂返排液的成分复杂,处理难度大,一种方法对压裂返排液进行处理很难达到国家对返排液排放的要求,必须将几种方法联合起来对返排液进行处理。研究新型高效环保的压裂液体系和环保的生物处理剂,开发可使压裂返排液循环使用的工艺,利用油气田开发伴随的能量处理压裂返排液是将来压裂返排液处理技术发展的方向。     

压裂返排液重复利用技术现状及展望

随着油气田开发规模的日益扩大,压裂作业用水量逐渐增大与压裂返排液产生量大、返排液无法直接外排的矛盾日益突出。将返排液进行处理后再回用无疑是目前解决该难题的有效途径。针对我国压裂返排液重复利用研究与应用现状,从返排液处理过程中面临的技术问题、可回收压裂液体系的研发、返排液处理工艺及处理装置的改进等几个方面进行了系统介绍,指出处理后回用是返排液处理的最佳途径,也是未来油气田工业发展的必然趋势。返排液回用技术应该从可回收压裂液体系的研发及返排液回用处理工艺改进两方面入手,进一步完善和推广该技术在油气田开发过程中的应用。针对目前返排液回用技术存在的问题提出了建议,以期为我国返排液重复利用技术的发展提供指导。     

国外天然气地球科学研究成果介绍与分析————-以索科洛夫的著作为主线

考虑到前人对生物成因天然气来源和泥质岩、碳酸盐岩、煤等作为气源岩问题已有相当深入的研究，文中不再涉及。文中将从更深的气源(例如中、下地壳火成岩、变质岩甚至地幔岩)角度对国外有关科研成果和资料加以搜集和整理(以前苏联学者В А 索科洛夫的著作为主线)①，做出了以下分类并进行了力所能及的分析：①火山气；②热泉气、气泉气和冷泉气；③火成岩气;④金属矿床气;⑤盐层气;⑥石油伴生气;⑦煤层气;⑧泥火山气;⑨地下水中气;10断层气和地震气;11韧性剪切带气;12地幔气。有关资料年代尽管有些久远，但仍希望对现代研究有所启示。     

生物气的生成演化模式

生物化学作用具有分带性,可分为好氧带、硫酸盐还原带和碳酸盐还原带(产甲烷带),带与带之间有时并不是可以截然分开的,各带中具有优势的细菌种群,地质条件及营养类型决定细菌的种类及其活性.生物气的产率随温度升高由小到大,达到一个峰值后又变小,这是有机质演化过程中出现的第一个生烃高峰;生物气产率范围值应为40～100m³/t有机质;生物气的成气带在温度小于80～85℃范围内,主生气带在25～65℃之间.     

塔里木盆地和田河气田水溶气成藏过程

塔里木盆地和田河气田的天然气具备水溶气成藏地球化学特征和理想的水溶气成藏条件。喜马拉雅运动晚期和田河气田圈闭形成，巴楚断隆以南的西南坳陷寒武系高一过成熟烃源岩生成的天然气在深部高温、高压条件下大量溶解于水中。随着断裂的开启，在异常压力驱使下，水溶气沿断裂从深部寒武系运移至气田东部的奥陶系和石炭系圈闭中，由于压力和温度降低，水溶气释放形成游离气气顶，气水界面下部的水体继续自气田东部高压区向西部低压区沿不整合面长距离运移，运移过程中压力不断降低。导致水溶气不断释放，变成游离相天然气，在运移路径上成藏，形成条带状、串珠状分布的和田河气田。由此造成气田西部井区天然气偏干、甲烷碳同位素组成偏重、CO2含量明显偏高，一系列的水溶气运移参数自东部井区向西部明显增大。图6参27     

2010年全球天然气供需动向

2010年是世界天然气工业具有历史意义的一年。分析了2010年世界天然气储量、产量、国际贸易、天然气消费和天然气价格的动向和趋势。分析表明:天然气商品产量的净增量和增幅创历史纪录;国际天然气贸易量突破万亿大关,LNG贸易量增幅超过20%;工业和电力行业引领工业化国家天然气需求回升;发展中国家的天然气工业蓬勃发展,市场需求旺盛;美国非常规气的大规模开发极大地提高了天然气的价格竞争力。唯一不尽完美的是,一直稳步向上的全球天然气探明储量出现滞涨。     

准噶尔盆地凝析气藏成因与分布规律

准噶尔盆地凝析气资源丰富,但探明程度不高,为了拓展勘探领域,对盆地凝析油气的地质地球化学特征和成因进行了系统分析,在此基础上阐述了油气藏的分布规律,提出了勘探方向。研究结果表明,准噶尔盆地凝析油气主要来源于石炭系、二叠系、侏罗系气源岩,具有多层组含油气的特点。气藏类型主要为构造-岩性气藏,储层物性以低孔、低渗储层为主。凝析气藏类型按成因划分为油气同源热成因型和油气不同源气侵型。高—过成熟烃源灶对凝析油气分布起着决定性作用,断裂对油气运移和聚集起到良好的纵向调节作用,优势沉积相带对油气成藏的规模与分布具有局部控制作用。盆1井西凹陷及其周缘、沙湾凹陷西斜坡、南缘冲断带中段、滴水泉—五彩湾烃源槽及周缘、东道海子—吉木萨尔烃源槽及周缘是准噶尔盆地凝析气藏勘探的有利区。     

人工燃气组份的色谱分析法

介绍用改进的色谱分析法，分析人工燃气全组份。用一台色谱仪，一个ＴＣＤ检测器，一个ＦＩＤ检测器，两根填充柱及一根毛细管柱，以氩气为载气，采用标准样品对照法进行定性分析，峰面积外标法进行定量分析。利用本法可在一次进样时很好地分离检测并计算出１９种组份的体积分数，缩短分析时间。该法操作简便、稳定、可靠、精确度高、重复性好。     

碳同位素组成异常的天然气成因探讨——以辽河坳陷东部凹陷为例

天然气碳、氢同位素组成特征是判识天然气成因类型、进行气源对比、确定天然气成熟度等的有效地球化学手段.研究认为,甲烷的碳同位素组成主要受源岩母质类型和热演化的影响,乙烷、丙烷等重烃的碳同位素组成主要取决于源岩有机质的碳同位素组成,同时也明显受热演化程度的影响.在辽河坳陷发现一类碳同位素组成异常的天然气,分布于辽河坳陷东部凹陷南部地区,其甲烷的碳同位素δ13C₁值为-44‰～-40‰,乙烷δ13C₂值为-13‰～-6.6‰,丙烷δ13C₃值为-6.1‰～+3.3‰.该类天然气的乙、丙烷异常富集重碳同位素,到目前为止,在天然气藏中还是首次发现.根据地球化学资料和地质背景分析认为,该天然气应该属于无机气和有机气的混合气体.      

不同压力气藏的天然气扩散特征

方法在研究不同压力气藏含气浓度及盖层生烃能力封闭特征的基础上,分析了不同压力气藏的天然气扩散作用的特征。目的评价气藏中天然气扩散损失量及其保存条件。结果高压气藏中的天然气扩散散失作用强,只有上覆盖层具更高的含气浓度时,方可阻止其天然气的向上扩散散失;常压气藏在通常情况下,其天然气向上扩散散失,但在上覆盖层具较高含气浓度时,也可阻止其天然气的向上扩散散失;低压气藏中天然气的向上扩散散失已被抑制,保存条件好。结论不同压力气藏具有不同的天然气扩散特征,其扩散损失量和保存条件也就不同。     

东濮凹陷天然气成藏及富集规律

东濮凹陷是中国少有的几个既富含油又富含气的盆地(凹陷)之一。由于发育古生界和新生界两套烃源岩,今埋深大、热演化程度高;经历了复杂的埋藏史、热史和生烃史;发育以盐岩为代表的好的盖层;有多种类型砂体,具备良好的储集条件;圈闭类型多、圈闭形成与生烃时间配置好;部分地区发育异常高压;以及“两洼一隆一斜坡”的构造格局有利于天然气的运移聚集。发育煤成气、凝析气和混合气3种气藏类型。区内天然气资源丰富。煤成气藏主要聚集于中央隆起带顶部,凝析气藏主要富集在环洼地区,混合气藏分布于煤成气藏和凝析气藏之间。     

柴达木盆地YS1井岩屑气组成特征及天然气来源

钻进中岩屑气中无机和有机气体组成的快速测定及评价,对油气勘探有重要意义,目前仅有岩屑气中烃类检测方法。利用气相色谱技术,采用2根填充柱（5A型分子筛和Porapak Q）、2种载气（He、N2）、3次进样（分析O2、N2、CH4组分;分析H2、He组分;分析烃气、CO2组分）、外标法和面积归一化法测定岩屑气组成。实验分析和现场应用研究结果表明,岩屑气中无机和烃类气体组分都得到了很好的分离,岩屑气组成测定方法的准确度高、重复性好;柴达木盆地北缘YS1井岩屑气及天然气主要组成为氮气和甲烷,属于富氮或高氮天然气,为过成熟煤型气,来源于深部侏罗系烃源岩。