羟丙基胍胶压裂返排液的循环利用技术

随着油气储层压裂改造技术的广泛应用,压裂用水短缺和压裂返排液的有效处理已成为油气田亟待解决的问题。为了缓解新疆油田油田压裂用水与降低返排液处理成本,开展了羟丙基胍胶压裂返排液的循环利用技术研究。研究结果表明,电解氧化处理可实现返排液的快速降黏与杀菌,然后利用气浮、沉降等方式即可将返排液中的悬浮物有效去除。通过调节处理后返排液的pH至6.5左右,实现了羟丙基胍胶粉在返排液中的分散起黏,即快速配制羟丙基胍胶基液。通过引入0.05%数0.2%的缓交联剂葡萄糖酸钠,利用缓交联剂与残余交联剂之间的络合作用,有效解决由残余交联剂的引起的交联过快问题,返排液配制的压裂液交联时间可控制在10数120 s之间。通过添加稳定剂亚硫酸钠消除返排液中残余的破胶剂,有效提升了压裂液的耐温能力。利用该方法累计完成2.2万方返排液的处理,配制出的羟丙基胍胶冻胶压裂液应用于新疆油田75口井的压裂改造中,井底温度范围22数97℃,施工成功率100%。     

深部煤层气井胍胶返排液回用处理技术优化及应用

以胍胶为代表的水基压裂液广泛应用于深部煤层气开发，在获得高产的同时也产生大量的压裂返排液，因此开展胍胶压裂返排液回用处理技术优化、不断提高返排液的回用率具有重要意义。为解决胍胶压裂返排液回用处理存在的破胶不彻底、有害离子去除难等技术难题，通过破胶参数优化实验，分析添加剂对破胶的影响，并采用光谱分析和响应曲面法(RSM),探索胍胶压裂液在深部煤层气井高温环境及返排过程中的破胶机理和最佳工艺条件，从而为胍胶聚合物在地层实现“完全”破胶处理工艺提供理论依据。通过有害离子交互作用实验，并结合冗余分析法(RDA)分析残余在返排液中不同离子间的交互作用，以及对压裂基液配制、压裂液性能的影响，从而获得不同离子对配液回用的影响规律与最佳控制指标。在此基础上，提出胍胶压裂返排液回用处理工艺设计，并在应用中进行验证。结果表明：破胶液的黏度和残渣含量分别与破胶剂浓度、破胶温度和破胶时间符合二次多项式回归模型，在破胶剂浓度为0.03%、破胶温度为91℃、破胶时间为2.9 h时，可获得破胶液黏度和残渣含量最低值，这对指导压裂生产和返排液破胶降黏具有重要指导意义；明确了返排液中B、Al³⁺、...     

羟丙基瓜尔胶超声降解参数优化及降解机理分析

针对压裂返排液有机污染物降解难度大、处理工艺复杂等问题,采用单因素分析和正交实验研究了压裂返排液关键污染物羟丙基瓜尔胶的超声降解规律,并探讨了其降解机理。结果表明：羟丙基瓜尔胶超声降解机理主要以物理剪切断链为主,超声模式和超声功率为羟丙基瓜尔胶降解反应的主控参数,其次是浓度,超声时间、温度、pH值等因素影响较小。对于一定质量浓度（600 mg/L）的羟丙基瓜尔胶溶液,最优降解参数为：占空比为40%、超声功率为360 W、超声时间为60 min、温度为25℃。鉴于温度和pH值影响较小,超声降解技术可以应用于较宽的温度范围（5～50℃）和酸碱度范围（pH 5～11）。     

压裂返排液中残余硼的去除及返排液的重复利用

在重复利用压裂返排液时,未完全降解的残余硼交联剂会影响后续压裂液的配制,残余硼遇碱时会提前交联羟丙基胍胶,致使体系基液黏度增加,降低泵送速率和压裂效果。采用多羟基化合物与硼络合以消除提前交联的不良影响,并考察了反应条件对络合效率及络合物稳定性的影响。实验结果表明,含有顺式邻位羟基的自制甘露醇(GLC)对硼有很好的络合效果,在GLC与硼酸的摩尔比大于等于2.5、pH约为10时,硼能被完全掩蔽形成稳定的络合物。用络合处理后的返排液直接配制交联冻胶压裂液,未出现提前交联的现象,且其流变性能与原始冻胶压裂液的流变性能相当。该方法能去除利用返排液配制压裂液时出现提前交联的不良影响。整个过程不需分离已存在于返排液中的含硼络合物,可提高处理效率。     

可回收胍胶压裂液用缓释酸破胶剂的研制

为了尽可能降低羟丙基胍胶压裂液的使用成本,研发新型压裂液添加剂以及开展羟丙基胍胶压裂液的回收利用意义重大。本文采用廉价的原料研制出了一种固体缓释酸型破胶剂,由于其在较高温度下可以缓慢释放出酸性物质,该破胶剂可以在一定条件下替代常规的胶囊破胶剂进行使用。同时由于其非氧化性破胶机理,可以实现羟丙基胍胶的非降解性破胶,在此条件下的返排液经过处理后可以重复使用。这为实现羟丙基胍胶的重复利用提供了可能。     

胍胶压裂返排液循环配制过程中残余硼控制技术研究

胍胶压裂液是目前油气田开发应用最为广泛的压裂液体系之一，返排液中存在一定量的残余交联剂，在重复配液过程中会出现提前交联的问题，因此开展了丙三醇、乙二醇、甘露醇、木糖醇等多羟基化合物对返排液中残余硼的掩蔽实验。实验结果表明：采用与硼摩尔比为2∶1的甘露醇作为掩蔽剂，可降低提前交联的不良影响。针对压裂返排液的水质特点和回用指标，采用“絮凝沉淀+离子控制+两级过滤”为主的胍胶压裂返排液处理工艺，处理后悬浮物去除率95.6%、钙镁离子去除率72.6%、硼去除率71.5%，压裂返排液处理后直接配制胍胶压裂液，未出现提前交联的情况，与清水配制的胍胶压裂液相比，耐温、耐剪切性能满足现场施工的要求。     

压裂返排液中有机物含量的表征方法探讨

针对压裂返排液成分复杂,处理过程中有机物含量难以表征这一特点,以压裂返排液中主剂羟丙基瓜尔胶为研究对象,分别采用测定体系化学耗氧量(COD)和总有机碳(TOC)方法研究了有机物含量、氯离子含量和氧化处理对其含量表征的影响。结果表明:COD表征压裂液返排液的有机物含量有较大局限性,TOC比COD更适合表征羟丙基瓜尔胶溶液中有机物的含量。     

硼交联羟丙基瓜尔胶压裂液回收再用可行性研究

探讨了羟丙基瓜尔胶/硼冻胶压裂液回收再用的可行性。分析了该压裂液冻胶在无通用破胶剂情况下的非降解性破胶机理,控制因素为pH值和温度,破胶液黏度最低可达基液水平。基于一种有机硼交联HPG冻胶压裂液的实验数据及文献资料,讨论了升温,使用缓释酸及稀释3种非降解性破胶方法。①根据压裂过程中裂缝附近温度场分布设计压裂液,携砂液耐温性只需达到裂缝内的较低温度,地层温度恢复后其黏度将大幅降低;使用产气生热剂可提高裂缝温度。②加入设定量未指明组成的缓释酸使实验压裂液120℃黏度降至<40 mPa.s,补加NaOH后黏度维持>200 mPa.s近3小时。③压裂液与地层水等量混合后破胶,黏度~20 mPa.s,复合清水压裂工艺即基于此原理。不同泵注阶段示踪剂产出曲线表明,影响压裂液返排的因素不只是黏度,某些未破胶压裂液的返排率反而很高;如使用方法适当,缓释酸破胶的返排率可以达到通用氧化型破胶剂破胶的相同水平。国外实践表明,重复使用低分子量瓜尔胶压裂液可提高压裂效果。图7参9。     

海水基速溶低摩阻胍胶压裂液的研究

海上油田压裂采用海水配制压裂液成为降本增效的有效技术手段,但海水水质具有硬度高、矿化度高等问题。针对此问题,笔者将胍胶原粉分子重建物理改性,并经羟丙基化学改性,取代度0.45的两次改性胍胶在海水环境中3 min增黏速率达90%,相比普通同取代度的羟丙基胍胶,分子重建羟丙基胍胶在海水中增黏速度明显提升。交联剂通过对比,优选树状大分子有机硼交联剂,由于硼原子在交联过程中扩散速率降低,在应用阻垢剂基础上交联胍胶过程中可实现延迟交联,形成的冻胶微观网格尺寸平均40～55 nm,比小分子络合硼交联冻胶网格尺寸大,有效延迟交联速度,降低压裂摩阻。由分子重建羟丙基胍胶、树状大分子有机硼交联剂制备的海水基压裂液经在120℃剪切,2 h的流变性能为200 mPa·s,大于行业标准,降阻率可达80%,黏弹性能高于一般小分子络合硼交联胍胶。      

胍胶压裂返排液回注处理技术研究与应用

随着体积压裂的大规模应用，压裂返排液的处理也成为油田亟待解决的问题。压裂返排液成分复杂，添加剂多，其中稠化剂-胍胶的处理成为返排液处理的关键。选取新疆油田压裂返排液样品，通过对水质、SEM电镜表观、元素及相对分子质量变化进行分析，对比确定了胍胶破胶前后的结构变化情况；通过对胍胶体系压裂返排液的微观分析，得出了胍胶在返排液中的稳定机理及处理方向。基于胍胶的微观分析及特性认识，开展返排液处理室内实验，取得了良好效果，进而在新疆油田开展了中试试验，处理后水质达到注水指标。新疆油田某采油厂应用了返排液回注处理技术后水质含油浓度≤5 mg/L、悬浮物浓度≤8 mg/L，实现了返排液的循环利用和回注处理效益最大化。     

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。      

超薄BiOI/BiOBr复合材料的制备及降解羟丙基胍胶的性能研究

目的 在油田压裂返排液中,由于含有大量成分复杂且稳定的有机物,传统方法处理有限,采用光催化环保技术进行处理的研究.方法 以BiOBr和BiOI为单体,采用原位合成法分别制备BiOI/BiOBr和U-BiOI/BiOBr复合体,并通过XRD、AFM、SEM、TEM、DRS和BET等手段表征其结构、组成、厚度、形貌和孔径大...     

油田压裂用羟丙基胍胶的合成及性能评价

主要介绍了油田用羟丙基胍胶实验室制备方法。考察了胍胶含量对压裂液中水不溶物含量的影响,交联剂对胍胶压裂液粘度的影响,羟丙基胍胶压裂液耐温耐盐性。结果表明,羟丙基胍胶压裂液中水不溶物含量小于原粉胍胶压裂液水不溶物含量的1／2;交联剂的加入有利于提高羟丙基胍胶压裂液粘度;羟丙基胍胶压裂液耐温性不很理想;耐盐性明显好于原粉胍胶压裂液。     

压裂返排液取水应用技术

为了解决非常规储层压裂改造过程中水资源的大量消耗以及日益增多的废液污染问题,研究了压裂返排液经过化学处理后用于重新配制压裂液的新方法。以长庆油田压裂返排液为例,分析了主要矿物离子Ca2+、Mg2+及残存破胶剂(过氧化物)和硼离子交联剂对重新配制的压裂液主要性能的影响,开发了通过络合反应降低压裂返排液中矿物离子的处理剂TR-1、通过氧化-还原反应处理残余破胶剂的处理剂TR-2及通过屏蔽残余硼离子交联剂从而阻止硼离子与植物胶多糖上的羟基交联的处理剂TR-3。应用该方法,2013年在长庆油田处理了15口水平井、125个水平段,回收处理液量14 000 m3,占施工液量的23%,达到了压裂返排液的重复利用效果并减少了对环境的污染。     

页岩气压裂返排液回用处理技术研究与应用

鄂尔多斯盆地页岩气压裂返排液具有总铁含量高(30~50 mg/L)、黏度高(2.8~3.2 mPa·s)、悬浮物含量高(大于300 mg/L)和细菌含量高(大于10~4个/mL,)的"四高"特点,直接外排会造成严重的环境污染和水资源浪费。为此,有针对性地开展了"隔油除砂—氧化—絮凝沉降—膜过滤"的"四步法"处理工艺的技术应用研究。该工艺在强化絮凝沉降效果的基础上,采用一步法膜过滤技术,既提高了水质处理效果,又缩减了处理工艺流程。同时,通过对处理工艺参数的优化,研发出了一套模块化橇装式压裂返排液回用处理装置。现场应用的效果表明:处理后的水质连续稳定达标,既可满足平均空气渗透率小于等于10 mD地层的回注要求,也可用于配制胍胶和滑溜水压裂液。该研究成果较好地解决了页岩气压裂返排液的"四高"问题,为国内外页岩气及其他非常规油气废水治理和回用提供了技术支撑。     

用返排液作基液的压裂液配方研究

为解决压裂返排处理水重复利用的问题,探讨了压裂返排处理水对胍胶压裂液的影响。针对胍胶压裂液在高矿化度水中溶胀和交联效果差的难题,通过优选耐盐胍胶PA-G、研制螯合调节剂PA-CR以及合成有机硼交联剂PA-CL,优化出一套适应于压裂返排处理水重复配制压裂液的配方。实验表明该配方可满足90 ℃耐温耐剪切要求,具有以下功能:①优选的耐盐胍胶PA-G溶胀速度快,黏度高,0.3%含量下5 min即可达到30 mPa·s;②研制的高效螯合调节剂,由有机碱、EDTA、有机膦酸盐和聚合物组成,可有效螯合钙、镁离子,可将含1500 mg/L钙镁离子高矿化度水的pH值调节至10以上时不发生沉淀;③研制的有机硼交联剂具有延迟交联功能。      

硼修饰纳米二氧化硅交联剂研发及性能评价

针对目前常规有机硼、无机硼交联的瓜胶压裂液普遍存在羟丙基瓜胶用量大、残渣含量高等的问题,笔者先将硅酸钠水解制得纳米二氧化硅,然后将制得的纳米二氧化硅与γ-氨丙基三甲氧基硅烷反应得到表面修饰纳米二氧化硅,再与硼酸进行反应,最后制得可交联的硼修饰纳米二氧化硅交联剂,该交联剂粒径主要分别在7～11 nm,可有效降低瓜胶用量及残渣含量。研究了该交联剂交联的羟丙基瓜胶压裂液,室内研究表明,该压裂液体系各项性能良好:在温度分别为50℃、120℃,剪切速率170 s-1下连续剪切120 min,最终黏度均大于50 mPa·s;50℃下破胶60 min,破胶液黏度小于5mPa·s;表面张力22.77 mN/m;防膨率89.6%;残渣含量145 mg/L;岩心基质渗透率损害率为9.82%～14.86%,压裂液各项性能良好,羟丙基瓜胶浓度降低20%,残渣含量降低25%,满足现场施工要求。      

压裂返排液中瓜胶浓度检测及分子结构解析

压裂返排液中的主要成分是瓜胶,其有效含量的确定以及分子结构的变化对于返排液后续的处理具有指导作用。利用瓜胶的化学性质建立了采用蒽酮比色法检测返排液中瓜胶浓度的方法,建立的标准曲线线性相关性为0.999 2,回收率在96.5%～101.1%之间,方法重现性高,准确可靠。同时利用凝胶色谱（GPC）与飞行时间质谱联用的技术（LC/Q-TOF-MS）解析了压裂返排液中瓜胶的分子量和分子结构的变化过程。结果表明,凝胶色谱测量瓜胶分子量的标准曲线线性相关性为0.995 5,玛湖地区使用的瓜胶的相对分子质量约为84万,随返排时间的增加返排液中大分子瓜胶显著减少,加入氧化破胶剂后瓜胶的B-O键优先断裂,瓜胶生成聚二醇络合物。