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。     

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。     

返排水配制压裂液用交联剂的研制及应用

为实现油气井压裂施工过程中压裂返排水的重复利用,用多羟基氨基酸,三乙醇胺,α-羟基羧酸作为有机配体合成了一种有机硼锆交联剂,该交联剂可在弱碱性环境下用于返排液配液。考察了该交联剂对返排水基压裂液耐温耐剪切性能的影响。当胍胶溶液质量分数为0.6%,该有机硼锆交联剂交联比为100:0.6时,基液p H值控制在8左右,交联形成的交联冻胶在剪切速率100 s-1条件下剪切2 h,最后黏度保持在80 m Pa·s以上,并且该有机硼锆交联剂交联的返排水基冻胶破胶彻底,对储层伤害小。该交联剂在苏格里气田进行了现场应用,取得良好的压裂效果。     

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。     

吉木萨尔页岩油压裂返排液再利用技术

随着水平井体积压裂技术的推广与应用,压裂液用量越来越大,同时产生大量的返排液,返排液成分复杂,难以高效利用,直接排放会造成环境污染。为了缓解新疆油田压裂用水和降低压裂成本,开展了吉木萨尔页岩油压裂返排液再利用技术研究。对吉木萨尔页岩油区块返排液进行pH调节、硼离子屏蔽、杀菌的处理,然后利用处理后的返排液再次复配胍胶压裂液,通过考察所配制压裂液的溶胀性能、交联冻胶耐温耐剪切和破胶性能确定了利用返排液复配胍胶压裂液的最佳配方,并在J1井进行了现场试验。吉木萨尔页岩油返排液具有高含碱、高含硼、高含菌的特点,通过引入0.06% pH调节剂A、0.08%屏蔽剂C,0.10%高效杀菌剂BLX-1,将返排液的pH 值调节至 7.0,然后加入 0.3%的交联剂 XJ-3 和 0.045%的 pH 调节剂 B。所配制的压裂液的交联时间控制在90～110 s,具有良好的耐温耐剪切性能,成胶后剪切 120 min 后黏度的依然大于 200 mPa·s,且携砂性能良好,破胶液性能满足行业标准。利用页岩油压裂返排液连续混配再利用技术处理返排液4.5×10~4m~3,且所配制的压裂液被成功应用于新疆油田页岩油J1...     

重复利用胍胶压裂返排液配制硼交联携砂液的水质要求

随着油田开发,大型压裂的压裂液量剧增,因此研究压裂返排液的经济有效处理,不仅可避免污染排放,同时可提高油田整体开发效益。为了保证正常的压裂施工作业用水水质,室内采用配制水研究了p H值、硼、铁离子、铝离子、钙离子等对硼交联胍胶压裂液的基液粘度、交联时间、耐温、耐剪切、破胶等性能的影响,认为处理水的p H值、硼和二价铁等是保证处理水作为配制胍胶压裂液用水的最重要因素。     

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。     

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。      

海相页岩压裂液低返排率成因

为了研究压裂液与页岩作用以及滞留机理,以中国南方海相页岩昭通、长宁和威远区块的岩心为样品,从吸附、膨胀、溶出孔、溶出液矿化度及离子组成等实验研究入手,揭示水在页岩中的赋存状态及高矿化度来源,模拟计算了水的滞留及矿化度增加机理。扫描电镜显示页岩中含有黏土矿物质形成的大量微裂缝,超声浸泡页岩矿物溶出率介于0.5%~0.7%,离子组成与地层水一致,取样岩心黏土矿物含量介于18%~20%,主要为绿泥石、伊利石和少量伊/蒙混层,没有蒙脱石(SS)层,XRD及红外光谱验证压裂液不会进入黏土矿物层间,不会引起页岩膨胀,压裂液滞留主要为压裂新形成的页岩微裂缝表面吸附作用的结果,吸附饱和速度与孔径成正比,为逐步渗透。结论认为,压裂液对页岩的逐级萃取及纳米缝隙对离子排斥是返排后期矿化度急剧增加的主要原因,气藏形成时甲烷携液作用也是可能的原因。结合实验及现场数据,分析了9口井压裂液返排率与产气量数据,结果表明相同区块总体趋势为返排率越低,微裂缝越发达、体积改造效果越好、产气量越大。     

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。     

页岩气压裂返排液达标排放执行标准及处理技术

针对页岩气压裂返排液的达标排放,如果不考虑总溶解固体(Total Dissolved Solids,缩写为TDS),仅降解和去除包括高浓度化学需氧量(COD)和固体悬浮物(SS)在内的其他污染物,将极大地降低处理技术难度和处理成本,但要避免过高的TDS浓度对受纳水体的生态环境和用水安全的影响,就必须根据现有的压裂返排液中氯化物排放标准,研究在技术和经济上可行的压裂返排液达标排放处理方法和实施途径。为此,在详细梳理并分析国家标准、行业标准和地方标准对氯化物及其他无机盐排放规定的基础上,结合页岩气开发的指导性技术文件对压裂返排液处理的要求和众多文献资料的调研成果,分析了两种高含盐工业废水(循环冷却排污水、垃圾渗滤液)与压裂返排液处理的相似性,进而提出了压裂返排液"预处理+生化法"处理的技术途径。研究结果表明:①在页岩气田进入开发后期,压裂返排液无法回用时,可先在气田内预处理后按适当比例配送至集中式污水处理厂进行生化处理,达标后排放;②实例演算结果表明,非脱盐技术处理压裂返排液可实现达标排放且不会影响当地的用水安全。结论认为:①应开展压裂返排液以生化法为最终处理方式的预处理技术研究和区域内主要河流地表水体氯化物和硫酸盐的本底调查研究;②压裂返排液"预处理+生化法"处理途径依法合规,处理成本相对较低,具有技术经济可行性。     

压裂液气举返排优化设计

随着压裂施工井深不断增大,压裂液仅靠自喷的返排量已达不到设计要求,因此,需要选择下入气举阀进行气举返排的方式人工助排。为此,开展了气举返排优化设计研究,建立了平衡点深度计算模型,通过计算油管压力分布和环空压力分布,确定平衡点深度,继而进行气举排液参数优化设计。文中通过分析注气参数对平衡点深度以及排液速度的影响发现:平衡点位置主要受注气压力和井口压力影响,与二者呈线性相关性——注气压力每增加1.0 MPa,注气平衡点深度下移154 m左右,井口压力每增大0.1 MPa,注气点深度下移16 m左右;排液速度主要受注气速度影响,随井口压力的增大呈线性减小的趋势,注气压力和井口压力对排液速度的影响也不可忽略。     

气液比对压裂返排液旋流除砂器性能的影响

水力旋流器已被应用于压裂返排液除砂,为了提高其分离性能,基于Fluent软件模拟和实验,研究了不同入口气液比(GLR)下水力旋流器的空气柱直径、压力与速度分布及分离效率,总结了入口GLR对水力旋流器分离性能的影响规律,并确定了最佳入口GLR范围。研究结果表明:①物料不含气体时,底流口与溢流口负压区将外界气体吸入内流场形成空气柱,当物料中含有气体时,空气柱中绝大部分气体来自溢流口与底流口,并且最终通过溢流口排出;②随着气液比升高,壁面处压力、底流压差及溢流压差均呈现非线性增长的趋势;③随着气液比升高,切向速度增大,却减小了较小气液比(10%～20%)下的组合涡流场指数;④随着气液比升高,轴向速度不断增大,然而过高的气液比(GLR 40%)却增加了流场的不稳定性;⑤气液比的升高提高了水力旋流器的除砂效率并减小了切割粒径,当GLR 30%时组合涡流场指数较小且分离效率较低,GLR 40%时能量损耗较大,确定出最佳GLR区间介于30%～40%。结论认为,该研究成果可以为水力旋流器的优化设计提供参考。     

压裂液快速返排泵的研制及应用

针对传统油井压裂工艺残液返排率低,造成地层污染严重,压裂效果不理想的问题,研制了系列压裂液快速返排泵。该泵主要由特制泵筒总成、柱塞总成、特制固定阀总成等组成,可满足油田压裂和酸化施工要求。使用时,该泵可作为压裂管柱下入井中,措施完成后,下入特制固定阀,无需重新起下油管,即可实现快速排液及抽油,减少一次起下泵及油管的作业措施。同时,残液得以及时返排,减少了压裂液对地层的二次污染,压裂效果提高10%左右,增效10余万元。节约作业费和入井工具费约3万元,具有较好的应用前景。     

胭脂红示踪剂在评价压裂液返排中的应用

针对川西地区SF气田近期部分水平井压后返排率和测试产量较低的问题,采用胭脂红示踪剂来评价压裂液返排情况。将胭脂红定量加入到水平井某一分段的压裂液中,通过检测返排液中胭脂红的含量来评价返排率。针对返排液中的杂质影响测量准确性的问题,建立简便可靠的比色卡法来判断返排液中的胭脂红浓度。在SF气田应用了4口水平井,定量描述了2口井的返排情况,定性判断另外2口井示踪压裂段液体并未返排。应用结果表明,胭脂红作为示踪剂能够定性/定量评价示踪段的返排情况,为水平井的压裂设计提供重要的理论依据。     

加砂压裂用滑溜水返排液重复利用技术

迪那2凝析气田天然气处理采用J-T阀+乙二醇抑制剂低温冷冻分离工艺,设计单套处理量400×104 m3/d、制冷温度-20℃,投产后进站温度由设计的45℃升至65℃,乙二醇加注量不能满足设计制冷温度的要求,低温分离器频繁发生冻堵,单套处理能力限制在200×104m3/d、制冷温度-15℃。利用HYSYS软件对脱水脱烃装置进行模拟优化,确定天然气饱和水增加是造成装置冻堵的原因,制定了装置适宜运行参数表,避免装置发生冻堵,提出了分水器改造建议,实施后脱水脱烃装置达到设计参数,大幅度提高了液化气和轻烃产量,减少了乙二醇损耗,并提出了凝析气先空冷再分离的标准气处理工艺。