压裂返排液循环再利用影响因素

压裂返排液为油田主要污染物之一,将压裂返排液处理后再用于配制压裂液,对油田环境保护和节约成本都具有重要意义。以长庆油田某水平井现场压裂返排液为研究对象,分析了不同时段压裂返排液的组成性质,研究了压裂返排液中无机离子、固体颗粒和残余添加剂对循环利用的影响,并提出了相应的消除方法。研究结果表明:长庆油田某水平井现场压裂返排液中Ca2+、Mg2+含量低,不影响重复配液;Fe2+、Fe3+和固相颗粒含量高,通过"氧化-絮凝沉降-过滤"可有效降低;残余交联剂使得重复配制压裂液基液黏度过高,可通过三乙醇胺与葡萄糖按1∶9比例复配进行有效掩蔽;残余破胶剂影响重复配制的压裂液耐温性能,建议现场适量使用破胶剂。因此,压裂返排液通过除铁、除固相颗粒、掩蔽残余交联剂处理后可实现循环再利用。     

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%。     

高价金属离子对压裂返排液循环利用的影响及其室内处理研究

为了实现压裂返排液循环利用进而减轻环保压力,有必要弄清楚高价金属离子对压裂液性能的影响。论文研究了高价金属离子对压裂液基液性能、室温交联性能、高温流变性能及破胶性能的影响规律,并提出了一种金属离子去除方法。结果表明,与清水配制的压裂液比较,金属离子对基液的终黏度值影响不大,钙、镁离子使HPG完全溶胀的时间增加0.5 h~1 h,而铁离子缩短至5 min;钙、镁离子使冻胶的交联时间缩短,且显著增加冻胶黏度;随着冻胶中金属离子含量的增加,其耐温性逐渐变差。为保证耐温性能,返排液中Ca2+、Mg2+与Fe3+的安全浓度值应分别控制在180 mg/L、400 mg/L与80 mg/L以内;另外,采用沉淀法对返排液中金属离子进行了处理,处理液制备的压裂液的各项性能与清水相当,效果较好。     

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。      

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。     

胜利油田瓜胶压裂液返排液回收利用水质指标

通过对胜利油田多口压裂井返排液水质指标的分析,确定了瓜胶压裂液返排液的水质特点。在此基础上,分别考察了pH、还原性离子、硬度、矿化度、含油量和悬浮物含量对瓜胶压裂液性能的影响程度,确定了压裂液返排液回收利用需要控制的水质指标:pH值为6.5～7.5,Fe2+含量不超过5 mg/L,S2-含量不超过2 mg/L,Ca2+不超过500 mg/L,矿化度低于100 000 mg/L,悬浮物不超过300 mg/L,悬浮物和原油含量对瓜胶压裂液的基液黏度和耐温耐剪切性能无影响,说明悬浮物和原油与瓜胶和交联剂都不发生反应。因此,在压裂返排液回用过程中,可适当放宽对原油和悬浮物含量的要求。为压裂液返排液的回收利用提供了依据。      

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。     

压裂返排液中残余硼交联剂掩蔽方法

为处理胍胶压裂返排液中存在的残余硼交联剂,达到返排液重复利用的目的,通过考察多元醇和α-羟基羧酸盐对硼酸的络合作用,筛选出了甘露醇、木糖醇、葡萄糖酸钠等3种高效配体,并对比了其掩蔽残余硼交联剂的应用效果。实验结果表明:3种配体与硼酸在常温下均可形成稳定络合物,能有效抑制硼酸水解成硼酸根离子;在络合反应过程中,配体均与硼酸先生成摩尔比为1:1的过渡态络合物,再进一步与游离配体反应生成2:1络合物;随配体/硼酸摩尔比增大,络合效率逐渐提高,当摩尔比不小于2.5时,硼酸能被完全络合;络合物在碱性和高温条件下均具有较高稳定性,不会释放硼酸或硼酸根离子。利用甘露醇和葡萄糖酸钠为掩蔽剂,对返排液中残余硼交联剂进行有效掩蔽后可以直接配制胍胶冻胶压裂液,其耐温耐剪切能力和破胶性能与清水配制压裂液相当,可用于胍胶压裂返排液的重复利用。     

酸化返排液特征研究

针对海上平台油井酸化返排液回注注水井,造成回注井堵塞的问题,通过对渤海某油井酸化返排液样品进行分析,发现不同时期返排液特征差异明显,初期返排液酸性强,测试总铁含量高达6 000 mg/L以上,水相中基本不含悬浮物,随着返排的进行,返排液酸性逐渐变弱,测试总铁含量逐渐降低至10 mg/L以下,悬浮物沉淀后的体积逐渐增加至总体积的6%,悬浮物质量逐渐增加至总质量的0.5%,XRF分析发现悬浮物中无机物元素主要以Ca、Fe、Al、Si为主。指出酸化返排液中悬浮物、铁离子含量严重超标,是造成回注井堵塞的主要原因。     

苏里格气田压裂液返排液重复利用的可行性

针对目前存在的压裂液返排液重复配液难的问题,对苏里格气田不同区块及不同压裂液体系返排液组分进行了系统分析,同时分别采用单因素及正交试验对影响压裂液返排液重复配液性能的因素进行了深入研究。研究发现,压裂液在返排过程中从地层携带出的大量金属离子,尤其是一些高价金属阳离子对返排液的重复配液性能有显著影响,其中返排液中的Ca²⁺、Mg²⁺和Fe²⁺对配液性能影响最大,针对0.4%的EM50和胍胶体系,实验测得这3种离子满足返排液重复配液的上限值分别为250、150、150 mg/L和275、250及200 mg/L。另外,返排液中高含量的Cl^-及矿化度等因素也会影响返排液的重复配液性能。通过向返排液中加入一定浓度的络合剂或沉淀剂,再辅以清水稀释的方式可有效解决由于金属离子或矿化度太高导致的返排液重复配液问题。图6表2参21     

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压裂返排液是井下作业废弃液的一种，它的有机物浓度非常高，采用单一的处理方法很难达标。为此，文章提出用混凝—Fe/C微电解—活性炭吸附的方法对大港油田港深11—8井的压裂返排液进行预处理，然后采用直接投加细菌的方法进行生化处理研究。实验结果表明：预处理不仅可以使压裂返排液的COD_cr去除65%，而且提高了压裂返排液的可生化性，降低了后续生化处理的负荷；经过15 d的生化处理，COD_cr值可降到100 mg/L以下，其他各项污染指标均达到国家一级排放标准。     

新疆油田压裂返排液处理技术

目前"水平井+体积压裂"已经成为新疆油田公司增储上产的主要开发模式,随着该开发模式的广泛应用,压裂返排液的处理成为亟待解决的问题。为了提高压裂返排液中胍胶和无机盐等有效成分的利用率,同时降低采油厂处理站的处理难度,从复配压裂液和回注油层两个方面进行考虑,分别采用"除油-沉降-杀菌"处理工艺和"氧化破胶-混凝沉降-过滤"处理工艺对压裂返排液进行处理。通过检测两种工艺处理后的水质,证明两种工艺处理后的压裂返排液能够满足SY/T 6376-2008 《压裂液通用技术条件》、Q/SY 02012-2016 《压裂酸化返排液处理技术规范》、Q/SY 0030-2015《油田注入水分级水质指标》,从而实现了新疆油田压裂返排液的有效循环利用,降低了企业的用水成本。     

稠化水清洁压裂液返排液驱油技术

为解决稠化水清洁压裂液返排液清洁化处理难题, 借鉴表面活性剂驱的技术特点, 研究了返排液与原油间的界面张力、 乳化性能、 润湿反转性能、 吸附性能及提高采收率性能, 评价了稠化水清洁压裂液返排液作为驱油剂的可行性。在长庆油田长 8储层条件下, 质量分数 0.001%～ 0.03%的稠化水清洁压裂液破胶液与原油间的界面张力可达 10^-3～ 10^-2 mN/m, 在 60～ 90℃下质量分数 0.006%的破胶液与原油间的界面张力均可达到 10^-3 mN/m超低数量级。该破胶液的乳化性能优良, 质量分数 0.004%～ 0.008%的破胶液与原油形成的乳状液的析水率＜60%; 该破胶液具有润湿反转能力, 可将亲油及亲水的石英表面转变为弱亲水表面。注入 0.3 PV的质量分数0.006%的破胶液, 原油采收率在水驱基础上可提高10.04%。稠化水清洁压裂液返排液驱油技术实现了稠化水压裂返排液变废为宝、 绿色环保的目标, 同时为低渗油藏进一步提高采收率提供了技术支持。图10表1参15     

致密气藏压裂高效返排工艺技术

通过对低渗致密油气藏压裂液返排机理的研究,得出压裂后压裂液返排的影响因素除了基本地质特征外,主要还有压裂液的水锁伤害、启动压力和返排压差。在此基础上,通过研究提出了低渗致密油气藏压裂后高效返排的技术对策,即以高效返排压裂液和压裂液强化破胶为技术核心,以纤维加砂、液氮伴注、工艺优化和压裂后返排控制为关键技术,实现低渗致密油气藏压裂后压裂液的高效返排。高效返排工艺技术在川西地区致密气藏应用取得了良好的效果,缩短了返排时间,提高了压裂液的返排率和返排效率,降低了压裂液对储层的伤害,保证了压裂改造的效果。     

改性硅酮CO2增稠剂对流体流变性和驱油效率的影响

在压裂过程中,液态CO₂压裂液的压裂性能发生了很大的变化。为了改善CO₂压裂效果,提高CO₂对页岩中原油的置换效率,提出合成硅酮CO₂增稠剂的新思路：通过开环聚合和硅氢化反应,将亲CO₂短链引入聚合物主链分子间,形成空间网状结构。研究了CO₂增稠剂对流体黏度、流变特性和驱油效率的影响。结果表明,增稠剂加量和相对分子质量均能显著改善CO₂流体的流变性,其稠度系数随增稠剂加量的增加而增大,而流变性指数呈下降趋势。当体系压力超过12 MPa后,三维网状结构的稳定性加强,表观黏度增加。相比超临界CO₂驱,增稠CO₂流体能提高0.01μm以上孔隙中原油的动用效率,提高驱油效率12.23百分点。研究结果为改进CO₂压裂工艺和CO₂增稠剂的分子设计提供了技术参考。     

二氧化碳压裂液增稠剂研究进展

传统水基压裂液易对储层造成水敏伤害,二氧化碳压裂液技术成为非常规油气开发研究的新方向。但是由于纯二氧化碳压裂液黏度较低,严重影响了其压裂效果,因此寻找合适的增稠剂来提高二氧化碳压裂液的黏度势在必行。通过文献调研,综述了表面活性剂、碳氢聚合物、含氟聚合物及硅氧烷聚合物4类二氧化碳增稠剂的结构特征和性能特点,并从增稠机理和增稠性能两方面概述了目前二氧化碳压裂液增稠剂的研究现状。最后总结了各类增稠剂的特点并对以后的研究方向提出了建议。     

针对SZ36-1油田的堵漏返排型修井液体系研究

在SZ36—1油田修井作业过程中易发生修井液大量漏失，而导致黏土膨胀、速敏、微粒运移以及润湿性的改变等问题，从而引起储层损害。针对SZ36—1油田绪层岩性和储层孔隙、孔喉以及渗透率特点，研究开发出了堵漏返排型修井液体系，并利用离心法、页岩防膨法和API堵漏模拟实验评价法以及沉降稳定评价等实验方法，依据防膨理论和1／2～2／3架桥规则、1／4～1／2充填规则，优选出了适合于SZ36-1油田堵漏返排型修井液体系的黏土稳定剂、堵漏荆和悬浮增黏剂的类型、粒径和加量，确定出了具体配方。性能评价结果表明，该堵漏返排型修井液具有良好的泵送性、封堵性和自行解堵性，解堵后在2h内岩心渗透率恢复值均能达到92％以上。     

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。      

四元共聚物压裂液稠化剂的制备与性能评价

为获得耐温性能优良的压裂液,以丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)为骨架单体,2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和β-环糊精(β-CD)为功能单体制得四元共聚物压裂液稠化剂(MASD),通过红外光谱仪和核磁共振波谱仪表征了MASD的结构,评价了MASD的性能,研究了MASD和有机锆交联剂组成的压裂液的耐温抗剪切性和对岩心的伤害性。结果表明,在单体总加量23%、AM∶AA∶AMPS∶β-CD质量比7∶1∶1∶1、引发剂加量0.3%(以单体质量计)、溶液p H值为7、引发温度在40℃的条件下反应0.5 h后再在60℃下反应8 h制得的MASD在250℃下的化学结构稳定,具有良好的流变性和增黏能力,0.6%的MASD溶液室温下的黏度为72 m Pa·s,携砂性能较好,陶粒的沉降速率为1.78×10~(-4)m/min。0.6%MASD与0.5%有机锆交联剂组成的压裂液具有良好的耐温抗剪切能力,在120℃和140℃、170 s~(-1)下剪切90 min后的黏度约为170 m Pa·s;对岩心的伤害率低(14.27%),可用于中高温压裂施工。