生產(chǎn)污水配制壓裂液技術(shù)與應(yīng)用

　　蘇里格氣田已進(jìn)入穩(wěn)定開發(fā)階段，氣田產(chǎn)出污水量不斷加大，據(jù)統(tǒng)計(jì)2014年蘇里格氣田平均污水處理量為1950m3/d，由于其水質(zhì)復(fù)雜，如果處理不當(dāng)，會(huì)造成很大的環(huán)境污染，目前蘇里格氣田對(duì)該類生產(chǎn)污水的處理，主要是采用“隔油+沉淀+過濾+回注”工藝，這樣的處理方式不但成本高，而且回注時(shí)引起受納水體的潛移性侵害，可能會(huì)影響其它井的正常生產(chǎn)，另外生產(chǎn)污水量增加也加大了污水處理廠的負(fù)荷，甚至有時(shí)為了減少天然氣處理廠的污水處理負(fù)荷，通過降低天然氣產(chǎn)量來實(shí)現(xiàn)，這樣大大的影響了生產(chǎn)，因此將生產(chǎn)污水快速處理并能投入使用，是解決日益增長污水量的有效途徑之一。本文通過自主研發(fā)的適用于生產(chǎn)污水的壓裂液體系，考慮現(xiàn)場實(shí)施條件，引入簡易的污水處理方式，成功應(yīng)用于蘇里格氣田直井壓裂施工。

　　1、實(shí)驗(yàn)部分

　　(1)實(shí)驗(yàn)材料。

　　水源：蘇53-3號(hào)集氣站;生產(chǎn)污水配制壓裂液配套產(chǎn)品：壓裂用增稠劑生產(chǎn)污水用瓜爾膠JK106F、防膨劑JK05、助排劑JK01、殺菌劑JKSJ01、交聯(lián)促進(jìn)劑JK04F、交聯(lián)劑JK03F，以上產(chǎn)品均由長城鉆探工程有限公司昆山公司自主研制。

　　(2)實(shí)驗(yàn)儀器。

　　德國HaakeRheometer6000旋轉(zhuǎn)流變儀、瑞士萬通Metrohm850離子色譜儀、德國KrussK100表界面張力儀。

　　(3)實(shí)驗(yàn)。

　?、偎|(zhì)分析采用Metrohm850離子色譜儀對(duì)蘇53-3號(hào)集氣站的生產(chǎn)污水進(jìn)行水質(zhì)分析。

　?、诓蓺馍a(chǎn)污水用瓜爾膠增粘速率測定。量取400mL蒸餾水，利用ChandlerEngineering攪拌器在轉(zhuǎn)速為1500±10rpm的條件下，加入1.80g增稠劑，攪拌2.5min后，置于六速粘度計(jì)上，在低速100rpm，25℃(恒溫)條件下測定基液粘度。

　?、蹓毫岩航宦?lián)狀態(tài)、交聯(lián)時(shí)間測定。凍膠配制過程：攪拌條件下，向上述液體②中加入1.2ml防膨劑，2.0ml助排劑，0.4ml殺菌劑。量取100ml上述基液，攪拌條件下，同時(shí)加入0.50ml交聯(lián)促進(jìn)劑JK04F和0.50ml交聯(lián)劑JK03F，攪拌形成凍膠。利用秒表記錄交聯(lián)時(shí)間，通過玻璃棒攪拌觀察凍膠狀態(tài)。

　?、軌毫岩耗图羟行阅軠y定。按上面③的操作方法，將形成的凍膠置于HaakeRheometer6000旋轉(zhuǎn)流變儀(或同類儀器)中，進(jìn)行耐剪切性能測試。

　　⑤壓裂液破膠性能測定。將凍膠裝入具塞刻度試管中，放入90℃水浴中，使凍膠在恒溫溫度下破膠。按不同破膠劑的量以及不同時(shí)間，取破膠液上面的清液，用毛細(xì)管粘度計(jì)測定破膠液粘度，當(dāng)粘度<5mPa?s時(shí)，可以確定壓裂液徹底破膠。利用KrussK100表界面張力儀，以煤油和破膠液清液界面作油水界面，測定界面張力。

　?、迚毫岩簹?jiān)繙y定。按照SY/T5107-2005《水基壓裂液性能評(píng)價(jià)方法》，其中6.14殘?jiān)繙y試方法。

　　2、結(jié)果與討論

　　(1)水質(zhì)情況。

　　蘇里格氣田生產(chǎn)污水具有高濁度、高礦化度、高腐蝕性、高硼含量、低pH值的特性，見表1，普通瓜爾膠類增稠劑難以溶脹，根據(jù)水的特性，昆山公司研制出適合于生產(chǎn)污水配制壓裂液用瓜爾膠。

　　生產(chǎn)污水中含有較高的硼離子，使得瓜爾膠溶脹后容易形成弱“交聯(lián)”現(xiàn)象，粘度大大加大，影響施工，因此在現(xiàn)場加入適當(dāng)?shù)乃幚韯?，采用快速的處理方式，屏蔽硼離子以及其它金屬離子，使得配制的壓裂液外觀清澈，殘?jiān)汀?/p>

　　(2)生產(chǎn)污水用瓜爾膠增粘速率。對(duì)于粉比為0.45%的基液增粘測試，結(jié)果見圖1。生產(chǎn)污水配液用瓜爾膠在25℃條件下，5min即可完全溶脹，0.45%JK106F最終粘度達(dá)到51mPa?s，JK106F在溶解過程中分散均勻，不易形成“魚眼”，能夠滿足連續(xù)混配的施工要求。

　　(3)交聯(lián)時(shí)間以及交聯(lián)狀態(tài)。按照上述的測試方法，測定交聯(lián)時(shí)間為2min左右，該體系有延遲交聯(lián)的特性，可通過調(diào)整體系中的交聯(lián)促進(jìn)劑與交聯(lián)劑的量來控制交聯(lián)時(shí)間，來滿足不同施工要求。凍膠具有較好的粘彈性，交聯(lián)狀態(tài)如圖2。

　　(4)耐剪切性能。按照如下的壓裂液配方進(jìn)行耐剪切性能測試：0.45%JK106F+0.50%JK01+0.30%JK05+0.10%JKSJ01+0.50%JK04F+0.50%JK03F。

　　從圖3可以知道，在120℃條件下，剪切速率為170S-1，剪切2hr后，粘度保持在120mPa?s左右，說明該體系有較好的耐溫耐剪切性能，完全滿足現(xiàn)場攜砂要求，且遠(yuǎn)高于行業(yè)指標(biāo)(最終粘度≥50mPa?s)。

　　(5)破膠實(shí)驗(yàn)結(jié)果。按照配方：

　　加入不同量破膠劑后，不同破膠時(shí)間對(duì)應(yīng)的結(jié)果如表2所示。

　　從表2可以看出，生產(chǎn)污水壓裂液體系的破膠方式與普通瓜爾膠壓裂體系一樣，可根據(jù)不同施工時(shí)間加入不同量破膠劑(過硫酸銨)進(jìn)行破膠，破膠容易且破膠徹底。經(jīng)測試，破膠液表面張力為24.58mN/m，界面張力為1.75mN/m，較低的表、界面張力能充分保證壓裂液破膠后返排。

　　(6)壓裂液殘?jiān)舛葹?.45%的JK106F，壓裂液殘?jiān)暮繛?41mg?L-1，遠(yuǎn)低于《SY-T6376-2008壓裂液通用技術(shù)條件》中殘?jiān)俊?00mg?L-1的要求，說明生產(chǎn)污水配制壓裂液體系殘?jiān)^低，對(duì)地層傷害非常小，是一種相對(duì)清潔的壓裂液體系。

　　3、現(xiàn)場試驗(yàn)

　　2014年11月3日，長城鉆探蘇里格氣田項(xiàng)目部在蘇10-31-16井首次進(jìn)行了利用生產(chǎn)污水配制壓裂液現(xiàn)場試驗(yàn)，并取得了圓滿成功，壓裂井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見表3。

　　現(xiàn)場施工曲線如圖4所示。

　　施工壓力在53~55MPa之間，入井液體391.4m3，攜砂量50m3，平均砂比22.8%。施工曲線平穩(wěn)，該試驗(yàn)項(xiàng)目的成功，實(shí)現(xiàn)了氣田生產(chǎn)污水就地處理再利用，從而降低了生產(chǎn)污水處理由集氣站拉運(yùn)到處理廠的運(yùn)輸成本，緩解了長慶油田天然氣處理廠污水處理量日漸增多的問題;同時(shí)，減少了污染物排放，節(jié)約了水資源，這對(duì)于嚴(yán)重缺水、生態(tài)脆弱的西部地區(qū)有著重要的意義。

　　4、結(jié)論

　　通過以上分析，初步得出如下結(jié)論：

　　(1)0.45%JK106F粘度為51mPa?s左右，滿足現(xiàn)場施工的粘度要求，且增粘速度快，不易形成“魚眼”。

　　(2)凍膠交聯(lián)時(shí)間(~3min)可控，可滿足不同施工要求，凍膠挑掛狀態(tài)優(yōu)良，粘彈性好。

　　(3)凍膠耐溫耐剪切性能優(yōu)異，在120℃條件下，170S-1剪切2hr后，粘度保持在120mPa?s左右。

　　(4)生產(chǎn)污水配制壓裂液體系破膠容易且破膠徹底，體系殘?jiān)?，?duì)地層傷害小。

　　(5)試驗(yàn)井蘇10-31-16施工順利，說明生產(chǎn)污水配制壓裂液體系可在蘇里格氣田推廣應(yīng)用。(來源：中國石油長城鉆探公司昆山公司)