高礦化度壓裂液體系研究及室內評價

李婧，曹欣，樊煒，李大維

高礦化度壓裂液體系研究及室內評價

李婧1，2，曹欣2，樊煒2，李大維2

（1. 西安石油大學 石油工程學院，陜西 西安 710065； 2. 川慶鉆探長慶井下技術作業(yè)公司， 陜西 西安 710021）

針對壓裂酸化返排液等高礦化度水質，重復配液存在的不足及問題，研究開發(fā)出一種高礦化度壓裂液體系，通過室內實驗表明，返排液礦化度140 000 mg/L左右時，壓裂液耐溫性能仍可達到110 ℃，該體系在對現場返排液經過簡單除雜處理后可進行回收利用，能有效的解決返排液處理問題。

高礦化度; 胍膠; 壓裂液; 返排液; 重復利用

壓裂酸化返排液礦化度多變、離子含量復雜，前期試驗的多項技術在針對返排液配壓裂液時均沒有好的處理辦法[1]，即便采用深度水處理，也因為技術和成本費用問題而無法得到有效解決[2]。尤其是針對下古碳酸巖酸化及上古砂巖壓裂后進行合排的高礦化返排液，更是缺乏有效的處理方式，因為返排液中不僅高礦化度，而且高硬度，靠現有的技術無法解決問題[3]。

針對壓裂返排液處理回用存在困難及問題，如何將壓裂返排液的不落地處理開展了大量的工作，經過大量研究開發(fā)了一種可利用產出水、酸化返排液、壓裂返排液、海水等高礦化度、高硬度鹽水配制交聯胍膠壓裂液的技術，該技術對鹽水（如壓裂返排液）的處理簡單:僅需除油、除去固體懸浮物，而不需除去高價離子（如Na+、Ca2+、Mg2+）即可配置壓裂液，相對于淡水，采用高礦化度水配制壓裂液不需添加氯化鉀或陽離子的粘土穩(wěn)定劑，節(jié)約了化學添加劑與成本。

1 返排液重復配制胍膠壓裂液的難點

1.1 主要影響因素

壓裂返排液中主要含有破膠不徹底的增稠劑(羥丙基瓜爾膠)、交聯劑、無機鹽（主要是氯化鈉、氯化鎂、氯化鈣）、各種添加劑（主要是各類有機物）及大量的有害細菌。這些也是返排液回收再利用的難點[4]。

（1）交聯劑：返排液中殘余交聯劑如果處理不當，在利用返排液重配壓裂液時，一方面會抑制胍膠的溶脹，造成胍膠增粘不徹底、甚至完全不增粘而沉淀失效；另一方面，會導致已經增粘的胍膠發(fā)生局部交聯反應而影響壓裂液的性能。

（2）無機鹽中的鈣、鎂離子：返排液中的鈣、鎂主要來源于含有鈣鎂的地層水，以及經壓裂液進入地層溶解的鈣鎂無機鹽。由于胍膠交聯壓裂液為堿性，鈣鎂離子在堿性下極易產生沉淀，如果不進行有效的處理，在重新配制壓裂液后，如果不能保證鈣鎂離子的穩(wěn)定性，鈣鎂在進入地層產生沉淀將會對導流裂縫及地層微孔等產生不同程度的堵塞，影響壓裂改造效果[5]。

（3）有害細菌：會對胍膠產生降解甚至快速失粘失效。

（4）固相物質:固相物質也會對導流裂縫及地層微孔等產生不同程度的堵塞，影響壓裂改造效果。

返排液中添加劑種類繁多、凈化處理復雜效率低，若采用合理的技術手段，是可以將返排液中的水及可用的殘余添加劑加以回收和重復利用、并用于重新配制胍膠交聯壓裂液的[6]。

1.2 主要解決手段

（1）交聯劑及鈣、鎂離子的影響：采用分段交聯、緩沖性低堿度及強絡合交聯技術。使交聯劑在不同的溫度下會逐步水解。隨著溫度增加不斷參與交聯反應，從而抵消溫度升高而導致的原有交聯的減弱，以提高交聯體系的耐溫性能。同時再分解過程中與鈣、鎂及其它多價離子形成強有力的絡合物，阻止鈣鎂在弱堿性的交聯環(huán)境及高溫下產生沉淀反應，既能防止鈣鎂對地層產生二次傷害，又能有效利用鈣鎂離子對粘土膨脹水化的抵制作用，變廢為寶。

（2）有害細菌：選用綜合殺菌性能強的殺菌劑，對腐殖菌及厭氧菌實現有效滅殺，保證重復配制的壓裂液較長時間內不降粘。

（3）固相物質：通過利用處理設備對返排液中的固相物質、機械雜質實現有效分離。

2 壓裂液主要性能試驗

基液配方：返排液+CJ2-6（羥丙基胍膠）+TGF-1（助排劑）+COP-2（粘土穩(wěn)定劑）+XYW-1（耐溫劑）+XYSJ-3(殺菌劑)

交聯劑：XYJL-5

2.1 不同礦化度耐溫性能

使用NaCl、CaCl2、MgCl2配制不同礦化度鹽水溶液，調節(jié)溶液pH至6.5～7.0，按配方配制胍膠基液，測定不同礦化度的交聯凍膠耐溫性能。清水配制壓裂液，體系耐溫113.78 ℃。標準鹽水配制壓裂液，體系耐溫120.34 ℃。硬度20 000 mg/L (礦化度120 000 mg/L)鹽水配制壓裂液，耐溫112.73 ℃。硬度40 000 mg/L (礦化度140 000 mg/L)鹽水配制壓裂液，耐溫110.58 ℃（圖1）。

圖1 不同礦化度壓裂液耐溫性能

2.2 高礦化度下多次破膠再交聯性能

使用礦化度120 000 mg/L (硬度20 000 mg/L)鹽水配制0.45%胍膠壓裂液，多次破膠后再交聯測試耐溫性能，測定連續(xù)3次破膠對體系耐溫、其他性能的影響(圖2，表1)。

圖2 礦化度120 000 mg/L下多次破膠再交聯耐溫性能

表1 高礦化度下多次破膠再交聯性能對比

壓裂液耐溫112.85 ℃，一次破膠液再交聯耐溫105.15 ℃，二次破膠液再交聯耐溫101.72 ℃，三次破膠液再交聯耐溫99.65 ℃。體系多次破膠后再交聯性能良好，可實現重復利用。

3 現場返排液配制壓裂液性能評價

3.1 返排液水質分析

取蘇東XX井酸化壓裂合排返排液，進行水質分析，數據見表2。

表2 蘇東XX井酸化壓裂合排返排液水質分析

3.2 配液水（返排液）與體系添加劑配伍性

按上述配方依次向100 mL配液水中加入除CJ2-6外的各添加劑和0.012%的過硫酸銨，于95 ℃和20 ℃下靜置4 h，結果見表3。

表3 蘇東XX井酸化壓裂合排返排液與體系添加劑配伍性

3.3 配液水（返排液）配制壓裂液耐溫、流變性

使用蘇東XX井返排液配制壓裂液，耐溫性能：壓裂液體系129.27 ℃，流變性能：壓裂液體系100 ℃下剪切90 min粘度保持在50 mPa·s（圖3-4）。

圖3 蘇東XX返排液交聯耐溫曲線

3.4 配液水（返排液）配制壓裂液破膠性能

95 ℃下該壓裂液凍膠的破膠液粘度，結果表明過硫酸銨加量在0.008%～0.012%時，120 min內破膠液粘度可小于5 mPa·s，見表4。

圖4 蘇東XX返排液交聯流變曲線

表4 蘇東XX井酸化壓裂合排返排液凍膠破膠時間

取上述粘度小于5 mPa·s的破膠液采用離心法評價了破膠液的粘土防膨性能、表界面張力性能，結果見表5。

表5 蘇東XX井酸化壓裂合排返排液破膠液性能

3.5 返排液二次破膠交聯耐溫性能

蘇東XX井返排液配制0.45%胍膠壓裂液，破膠后再交聯測試耐溫性能。返排液交聯耐溫129.27 ℃，二次破膠后再交聯耐溫126.61 ℃。

3.6 殺菌劑性能試驗

蘇東XX井返排液，用XYSJ-3殺菌劑試驗0.45% CJ2-6的防腐性能，結果見表6，圖5。

表6 30 ℃下的防腐性能

圖5 蘇東XX返排液2次交聯耐溫曲線

4 結論

（1）該體系在高硬度高礦化度（硬度40 000 mg/L、礦化度140 000 mg/L）下配液性能良好；

（2） 該體系可多次重復利用，解決廢液處理問題；

（3）該體系與地層流體配伍性良好；

（4）該體系不增加額外的處理成本，有良好的經濟效益。

該技術對返排液的處理要求簡單，僅需除油、除去固體懸浮物，即可用于壓裂液的配制，能有效解決壓裂返排液不落地處理的難題，室內評價效果良好。

［1］肖杰，馬超，張鑫. 一種新型的清潔抗高溫聚合物壓裂液研究［J］.當代化工，2016, 45 (12): 2775-2778.

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［3］何明舫, 來軒昂, 李寧軍, 等. 蘇里格氣田壓裂返排液回收處理方法［J］. 天然氣工業(yè), 2015, 35 (8): 114-119.

［4］王彬. 硼交聯羥丙基瓜爾膠壓裂液回收再用可行性研究［J］. 化工管理, 2014 (29): 223-223.

［5］何樂, 王世彬, 郭建春, 等. 高礦化度水基壓裂液技術研究進展［J］.油田化學, 2015, 32 (4): 621-627.

［6］高虹, 張雪婷, 房殿軍, 等. 吉林油田可重復利用壓裂液體系研究［J］. 油氣田環(huán)境保護, 2017, 27 (1): 32-34.

Research and Laboratory Evaluation of Fracturing Fluid System With High Salinity

1,2,2,2,2

（1. Xi'an Shiyou University, Shaanxi Xi'an 710065，China； 2. CCDC Changqing Downhole Technology Company, Shaanxi Xi'an 710021，China）

In view of problems of reusing high salinity water, such as fracturing/acidizing flowback fluid, a new kind of fracturing fluid system was developed.Laboratory experiments showed that, when the salinity of fracturing waste fluid was 140 000 mg/L, the temperature resistance of the fracturing fluid still reached to 110 ℃.The system can be used for recycling the waste liquid in the field after removing impurity, and can effectively solve the problem of flowback fluid pre-treatment。

High salinity；Guar gum；Fracturing fluid；Flowback water；Reutilization recycling

TE 357

A

1671-0460（2017）10-2142-03

2017-04-28

李婧（1985-），女，陜西省寶雞市人，工程師，2008年畢業(yè)于西安石油大學應用化學專業(yè)，研究方向：從事壓裂液、酸液技術研究工作。E-mail：lijing100@cnpc.com.cn。