吳剛飛 修書(shū)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(kāi)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(chǎng)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(xiǎn)，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(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)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(diǎn)(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(diǎn)

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(guò)程中存在著以下難點(diǎn)：(1)由于污水中含有金屬硼離子，壓裂液配制時(shí)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(duì)華北油田污水的具體情況，經(jīng)過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)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(diǎn)，配置既能滿(mǎn)足壓裂攜砂要求，又能巧妙的解決污水壓裂液配置難點(diǎn)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(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，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(mǎn)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(mǎn)足壓裂需要。通過(guò)用量、殘?jiān)俊⒊杀镜榷喾矫婵紤]，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(shí)后的表觀粘度達(dá)到70mPa·s以上，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)配置需求。

3.2 交聯(lián)劑優(yōu)選

根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定污水壓裂液的交聯(lián)劑為有機(jī)硼鋯，由于有機(jī)鋯不僅能使稠化劑交聯(lián)，而且對(duì)粘土還具有較好的防膨脹作用，其與有機(jī)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(duì)粘土起到較好的防膨穩(wěn)定作用。經(jīng)過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選出的交聯(lián)劑既能滿(mǎn)足壓裂攜砂的需求，又能滿(mǎn)足長(zhǎng)時(shí)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(shí)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(wèn)題。

室內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明壓裂液的返膠現(xiàn)象通常都是有著時(shí)間限制，即通常是在4～5個(gè)小時(shí)后發(fā)生，為此，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)間長(zhǎng)短，提出了有針對(duì)性的解決方案。

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

(2)若壓裂施工時(shí)間較長(zhǎng)，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(shí)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(jiàn)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(gè)/mL，有的高達(dá)108個(gè)/mL，因此，殺菌劑的選擇尤為重要。

通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，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(guò)8～12小時(shí)就基本破膠，不能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工要求，因此經(jīng)過(guò)大量的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選出了適合油田污水的殺菌劑，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，取得了較好的效果。

4 污水壓裂液性能評(píng)價(jià)

4.1 攜砂性能評(píng)價(jià)

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(jì)時(shí)，在60min、120min后觀察懸砂情況，見(jiàn)圖1。

圖1 污水壓裂液攜砂性能

實(shí)驗(yàn)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(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工需要。

4.2 破膠性能評(píng)價(jià)

根據(jù)SY/T 5107—2005《水基壓裂液性能評(píng)價(jià)方法》，對(duì)污水壓裂液破膠性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，破膠實(shí)驗(yàn)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(shí)破膠時(shí)間是可控的(表2)。

表2 破膠性能室內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

4.3 配伍性評(píng)價(jià)

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(yàn)，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(gè)小時(shí)后觀察現(xiàn)象，具體結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 污水壓裂液配伍性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

4.4 抗剪切性能評(píng)價(jià)

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(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工要求，具體見(jiàn)圖2。

圖2 污水壓裂液流變曲線圖

4.5 壓裂液傷害性能評(píng)價(jià)

為了正確評(píng)價(jià)污水壓裂液對(duì)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(duì)巖芯滲透率損害率的測(cè)定方法，進(jìn)行了傷害評(píng)價(jià)試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 污水壓裂液對(duì)巖心傷害實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表3巖芯傷害實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：污水壓裂液對(duì)西柳10斷塊巖芯的平均傷害率31.33%，羥丙基胍膠壓裂液對(duì)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(chǎng)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(shí)驗(yàn)性施工，壓裂1個(gè)層段，加砂18m3；施工中施工壓力為31.49～64.28 MPa，施工時(shí)間為1小時(shí)。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(shí)

(1)污水壓裂液在華北油田首次應(yīng)用，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，完全能夠滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)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(duì)其進(jìn)行具體分析，形成有針對(duì)性的污水壓裂液配方；

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