污水壓裂液現(xiàn)場應(yīng)用探索與認(rèn)識

吳剛飛 修書志 廖清志 王孝超 陳立新 崔 偉

(1.華北油田工程技術(shù)研究院，河北 062552；2.華北油田友信勘探開發(fā)服務(wù)公司，河北 062552；3.華北油田采油一廠，河北 062552；4.華北油田勘探事業(yè)部，河北 062552)

污水壓裂液現(xiàn)場應(yīng)用的成功不僅使大量油田污水得到了有效處理，消除了安全環(huán)保風(fēng)險，而且可以節(jié)約大量淡水，不僅保護(hù)了淡水資源，而且降低了施工成本，實現(xiàn)了經(jīng)濟效益與安全環(huán)保的統(tǒng)一。

1 油田污水情況

綜合分析表明，華北油田含油污水具有以下共同特點(表1)：

表1 華北油田R站和Y站水樣離子含量分析數(shù)據(jù)表

2 污水壓裂液配置難點

由于油田污水中含有大量的金屬離子、微生物等，因此油田污水壓裂液在配置過程中存在著以下難點：(1)由于污水中含有金屬硼離子，壓裂液配制時易發(fā)生“返膠”現(xiàn)象，影響壓裂施工。(2)污水中含有大量的細(xì)菌，易引起壓裂液腐敗變質(zhì)，影響壓裂液交聯(lián)、攜砂性能。針對華北油田污水的具體情況，經(jīng)過室內(nèi)實驗優(yōu)選出了適合華北油田R站油田污水的壓裂液體系。

3 污水壓裂液配方的確定

根據(jù)R站污水的特點，配置既能滿足壓裂攜砂要求，又能巧妙的解決污水壓裂液配置難點的關(guān)鍵是優(yōu)選出適合用于污水配液的稠化劑和交聯(lián)劑。

3.1 稠化劑優(yōu)選

通過室內(nèi)實驗，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在通用的稠化劑(羥丙基瓜爾膠、JK101透明型稠化劑、羧甲基瓜爾膠等)都能滿足壓裂液的基本性能。根據(jù)研究，海水配置的壓裂液在70mPa·s以上即可滿足壓裂需要。通過用量、殘渣含量、成本等多方面考慮，選取了JK101透明型瓜爾膠作為稠化劑。該稠化劑在污水中溶解性較好，溶液在1小時后的表觀粘度達(dá)到70mPa·s以上，滿足現(xiàn)場配置需求。

3.2 交聯(lián)劑優(yōu)選

根據(jù)實驗確定污水壓裂液的交聯(lián)劑為有機硼鋯，由于有機鋯不僅能使稠化劑交聯(lián)，而且對粘土還具有較好的防膨脹作用，其與有機硼復(fù)配使用，既能使壓裂液延遲交聯(lián)，降低施工摩阻，又能提高壓裂液的耐溫與抗剪切性能，還能對粘土起到較好的防膨穩(wěn)定作用。經(jīng)過室內(nèi)實驗，優(yōu)選出的交聯(lián)劑既能滿足壓裂攜砂的需求，又能滿足長時間剪切的要求。

3.3 交聯(lián)促進(jìn)劑優(yōu)選

由于選用的污水為大站流程中污水，其中存在多種金屬離子，同時還有部分是壓裂液的返排液，使得液體容易存在 “返膠”， 即 “二次交聯(lián)” 問題。

室內(nèi)實驗表明壓裂液的返膠現(xiàn)象通常都是有著時間限制，即通常是在4～5個小時后發(fā)生，為此，根據(jù)現(xiàn)場施工時間長短，提出了有針對性的解決方案。

(1)若壓裂施工時間短，即當(dāng)天配液當(dāng)天壓裂，則在配置基液時將交聯(lián)促進(jìn)劑加入，待壓裂施工時直接加入交聯(lián)劑，即可滿足現(xiàn)場攜砂的要求。

(2)若壓裂施工時間較長，需要提前將壓裂液配好，即不能當(dāng)天配液當(dāng)天壓裂施工的，壓裂時將交聯(lián)劑和交聯(lián)促進(jìn)劑按一定比例配置在一起，然后按一定比例加入基液中，防止液體“返膠”。

3.4 殺菌劑的優(yōu)選

由于油田污水中存在著大量的細(xì)菌，常見微生物有硫酸鹽還原菌、鐵細(xì)菌、腐生菌，均為絲狀菌，多數(shù)污水中細(xì)菌含量為102～104個/mL，有的高達(dá)108個/mL，因此，殺菌劑的選擇尤為重要。

通過室內(nèi)實驗，發(fā)現(xiàn)用污水配置的壓裂液特別容易腐敗變質(zhì)，通常配置好的液體經(jīng)過8～12小時就基本破膠，不能滿足現(xiàn)場施工要求，因此經(jīng)過大量的室內(nèi)實驗，優(yōu)選出了適合油田污水的殺菌劑，經(jīng)過現(xiàn)場應(yīng)用，取得了較好的效果。

4 污水壓裂液性能評價

4.1 攜砂性能評價

將配置好的污水壓裂液中均勻加入砂比為30%的20～40目陶粒，攪拌均勻后靜置計時，在60min、120min后觀察懸砂情況，見圖1。

圖1 污水壓裂液攜砂性能

實驗可知，在120min后，陶粒略有沉降現(xiàn)象，表明污水壓裂液具有較好的攜砂性能，能夠滿足現(xiàn)場施工需要。

4.2 破膠性能評價

根據(jù)SY/T 5107—2005《水基壓裂液性能評價方法》，對污水壓裂液破膠性能進(jìn)行了評價，破膠實驗表明，在60～120℃條件下，污水壓裂液破膠比較膠徹底，與常規(guī)壓裂液破膠相當(dāng)，破膠劑用量也與常規(guī)壓裂液用量相當(dāng)，同時破膠時間是可控的(表2)。

表2 破膠性能室內(nèi)實驗數(shù)據(jù)

4.3 配伍性評價

地層水與壓裂液各種添加劑是否配伍影響到壓裂液的質(zhì)量和壓裂效果，所以必須考察壓裂液與底層水的配伍。取標(biāo)準(zhǔn)鹽水，與壓裂液破膠液做配伍性試驗，將鹽水和破膠液分別按2:1、1:1、1:2的體積比混合后從左到右依次放入具塞量筒中，在恒溫70℃的水浴鍋中，放置兩個小時后觀察現(xiàn)象，具體結(jié)果見表3。

表3 污水壓裂液配伍性實驗結(jié)果表

4.4 抗剪切性能評價

優(yōu)選出的壓裂液具有良好的耐溫和抗剪切性能(在110℃、170s-1連續(xù)剪切120min，壓裂液粘度≥150mPa·s)，能夠滿足現(xiàn)場施工要求，具體見圖2。

圖2 污水壓裂液流變曲線圖

4.5 壓裂液傷害性能評價

為了正確評價污水壓裂液對地層的傷害，取華北油田西柳10斷塊具有代表性的天然巖芯，參照SY/T 5107—1995壓裂液對巖芯滲透率損害率的測定方法，進(jìn)行了傷害評價試驗，結(jié)果見表4。

表4 污水壓裂液對巖心傷害實驗數(shù)據(jù)

由表3巖芯傷害實驗數(shù)據(jù)可知：污水壓裂液對西柳10斷塊巖芯的平均傷害率31.33%，羥丙基胍膠壓裂液對西柳10斷塊天然氣巖芯的平均傷害率29.36%。污水壓裂液巖心傷害與常規(guī)壓裂液相當(dāng)。

5 現(xiàn)場應(yīng)用情況

華北油田在X斷塊采用污水壓裂液施工了一口井。該井完鉆井深3286m，施工井段3091.0～3097.2m，本井采用51/2套管完井。由于是實驗性施工，壓裂1個層段，加砂18m3；施工中施工壓力為31.49～64.28 MPa，施工時間為1小時。壓裂中施工壓力穩(wěn)定，攜砂性好，最高砂比達(dá)到506kg/m3，壓后返排液破膠徹底，達(dá)到預(yù)期目的。該井壓前日產(chǎn)液1t，日產(chǎn)油0.5t，含水50%。壓后，日產(chǎn)液13.2t，日產(chǎn)油8t，效果顯著(圖3)。

圖3 壓裂施工曲線圖

6 結(jié)論與認(rèn)識

(1)污水壓裂液在華北油田首次應(yīng)用，經(jīng)過現(xiàn)場試驗，完全能夠滿足現(xiàn)場壓裂攜砂需求；

(2)不同區(qū)塊、不同層位所產(chǎn)生的污水所含金屬離子、微生物等都不同，需對其進(jìn)行具體分析，形成有針對性的污水壓裂液配方；

(3)針對污水壓裂液在配置、現(xiàn)場壓裂中出現(xiàn)的問題，采取不同的工藝措施能得到較好的解決。