張 康，鮑文輝，郭布民，趙 健，孫厚臺(tái)，豆連營(yíng)，甘 倫

（中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300459）

鄂爾多斯盆地某區(qū)塊屬于典型的低滲氣田，通過應(yīng)用水力壓裂技術(shù)開發(fā)可以提高單井產(chǎn)量。該地區(qū)屬于黃土高原地帶，水資源短缺，難以滿足大規(guī)模體積壓裂所需要的水源。針對(duì)水力壓裂產(chǎn)生大量的污水，污水礦化度較高，含有大量的鉀鈉鈣鎂金屬離子，如果大量排放會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境[1]。目前，返排液的重復(fù)利用是未來壓裂液處理發(fā)展的趨勢(shì)[2]。隨著十年增儲(chǔ)上產(chǎn)的任務(wù)，壓裂作為低滲油氣藏增產(chǎn)的手段之一，在國(guó)內(nèi)各大油氣田廣泛應(yīng)用[3]。在壓裂施工中，壓裂液起著至關(guān)重要的作用，目前，現(xiàn)場(chǎng)使用羥丙基胍膠作為稠化劑，但由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，造成壓裂液性能異常[4]。故本文對(duì)返排液進(jìn)行處理后重復(fù)利用，研究返排液處理后進(jìn)行重復(fù)配液對(duì)壓裂液性能的影響。

1 返排液處理

1.1 返排液處理技術(shù)

壓裂返排液中含有大量的油泥、懸浮物、胍膠、高分子聚合物以及其他各類添加劑，呈現(xiàn)黏度高、COD高、穩(wěn)定性強(qiáng)的特征，處理難度大。原有處理方式是通過罐車將返排液運(yùn)輸至污水處理廠進(jìn)行處理，處理費(fèi)用高，又會(huì)造成水資源浪費(fèi)嚴(yán)重，給企業(yè)帶來了巨大的成本壓力和環(huán)保壓力[5]，對(duì)此研制一套針對(duì)該區(qū)塊集成式可移動(dòng)式壓裂返排液處理工藝，該裝置有固液分離、加藥處理環(huán)節(jié)、粗過濾、精細(xì)過濾環(huán)節(jié)。返排液原液水質(zhì)分析，COD 為7 978.00 mg/L，K+為270.00 mg/L、Na+為3 157.00 mg/L、Ca2+為2 359.00 mg/L、Mg2+為671.00 mg/L，通過以上壓裂返排液處理流程，除去返排液中懸浮固體、雜質(zhì)，壓裂返排液水質(zhì)得到明顯改善，其中COD 為16.00 mg/L、Ca2+為2.32 mg/L、Mg2+為0.91 mg/L，固體顆粒粒徑分布在28.135～189.340 μm，pH 值為7，滿足重配壓裂液的要求，見圖1。

圖1 壓裂返排液處理流程

2 W-1 壓裂液性能評(píng)價(jià)

2.1 W-1 壓裂液配方

0.25%～0.30%胍膠+0.50%黏土穩(wěn)定劑+0.50%助排劑+0.25%～0.30%交聯(lián)劑+0.20%pH 值控制劑+0.20%低溫活化劑。評(píng)價(jià)方法：參考SY/T 7627—2021《水基壓裂液技術(shù)要求》對(duì)壓裂液進(jìn)行評(píng)價(jià)。使用吳茵混調(diào)器先將殺菌劑羥丙基胍膠加入到水中，待胍膠充分溶脹5 min 后，再加入其他液體添加劑。六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)量基液黏度27.000 mPa·s，pH 計(jì)測(cè)基液pH 值為7.27，該壓裂液基液黏度滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。

2.2 流變性能評(píng)價(jià)

使用RS6000 高溫流變儀在60 ℃、170 s-1條件下，剪切120 min，選用L-1 井返排處理液配制的W-1 壓裂液進(jìn)行耐溫耐剪切性能測(cè)試，見圖2。

圖2 W-1 壓裂液耐溫耐剪切性能測(cè)試

由圖2 可以看出，利用返排液配制出的W-1 壓裂液在60 ℃、170 s-1條件下，剪切120 min 表觀黏度為224.500 mPa·s，顯示出L-1 井返排液重配壓裂液具有良好的耐溫耐剪切性能。

2.3 流變參數(shù)性能評(píng)價(jià)

對(duì)該體系進(jìn)行三次變剪切實(shí)驗(yàn)，見表1，擬合計(jì)算流動(dòng)行為指數(shù)結(jié)果n1=0.260 0、n2=0.218 8、n3=0.242 0。稠度系數(shù)K1=5.035 9、K2=13.038 0、K3=6.336 5。

表1 壓裂液流變參數(shù)擬合結(jié)果

2.4 破膠性能評(píng)價(jià)

取300 mL 壓裂返排液按照壓裂液配方進(jìn)行配液，分成3 份100 mL 壓裂液置于3 個(gè)燒杯中，先分別加入0.01%、0.02%、0.03%破膠劑APS，攪拌溶解后加入0.30%交聯(lián)劑完成交聯(lián)，用保鮮膜封口。將燒杯放置于50 ℃水浴鍋中，水浴液面要高于燒杯中壓裂液液面。每間隔30 min 觀測(cè)并記錄一次破膠情況，見圖3、表2。

表2 低溫胍膠壓裂液50 ℃破膠情況

圖3 壓裂液破膠照片

由表2 可知，在破膠劑APS 濃度為0.03%、破膠時(shí)間為2 h，破膠液黏度小于5.000 mPa·s。

2.5 破膠液防膨性能評(píng)價(jià)

采用離心法測(cè)定破膠液、0.30%黏土穩(wěn)定劑溶液的防膨率。

先將膨潤(rùn)土烘干待用，配制0.30%黏土穩(wěn)定劑溶液，分別取蒸餾水、煤油、0.30%黏土穩(wěn)定劑溶液、破膠液各10 mL 于離心管中，稱取0.5 g 烘干好的膨潤(rùn)土依次加入到離心管中，搖勻封口靜置2 h，設(shè)定高速離心機(jī)為1 500 r/min，離心15 min，分別讀取離心管中膨潤(rùn)土的體積。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3、圖4。

表3 防膨性能評(píng)價(jià)

圖4 0.30%黏土穩(wěn)定劑溶液、破膠液防膨效果

以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：破膠液的防膨率達(dá)到85.10%，對(duì)儲(chǔ)層有較好的保護(hù)效果。

2.6 表面張力測(cè)試

取破膠后的上清液，測(cè)定其表面張力，見表4。

表4 破膠液的表面張力測(cè)試

壓裂破膠液表面張力、界面張力均滿足SY/T 7627—2021《水基壓裂液技術(shù)要求》，有助于提高壓裂液返排率。

2.7 壓裂液攜砂性能評(píng)價(jià)

配制基液4 份，加入0.20%pH 值控制劑，取上述4份100 mL 壓裂液置于4 個(gè)燒杯中，編號(hào)1～4，先分別加入0、0.01%、0.02%、0.03%破膠劑APS，2～3 中加入0.20%低溫活化劑，攪拌后加入0.30%交聯(lián)劑完成交聯(lián)，加入20%砂比20/40 目陶粒與壓裂液混合均勻后置于量筒中。將量筒放置于60 ℃恒溫箱中，觀測(cè)陶粒沉降情況，見圖5。

圖5 壓裂液靜態(tài)懸砂（20/40 目陶粒），從左至右依次為0、0.01%、0.02%、0.03%破膠劑APS

在60 ℃下，取現(xiàn)場(chǎng)水樣配制壓裂液，考察儲(chǔ)層溫度對(duì)壓裂液攜砂性能的影響，加入0.01%、0.02%、0.03%破膠劑APS 的壓裂液中的陶粒未發(fā)生明顯沉降，壓裂液懸砂時(shí)間大于60 min。

2.8 巖心傷害性能評(píng)價(jià)

為了評(píng)價(jià)壓裂液對(duì)巖心基質(zhì)滲透率的傷害性能，選取1#巖心進(jìn)行傷害實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 巖心基質(zhì)滲透率傷害率測(cè)試

由表5 可以看出，該壓裂液巖心基質(zhì)滲透率傷害率為14.12%，遠(yuǎn)低于SY/T 7627—2021《水基壓裂液技術(shù)要求》中30%的要求。

2.9 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

采用處理后的返排液重配壓裂液應(yīng)用在L-1井中。該井壓后無阻流量為42 000 m3/d，同為地質(zhì)預(yù)期無阻流量的2 倍，壓裂增產(chǎn)效果顯著，達(dá)到預(yù)期效果。

3 結(jié)論

（1）壓裂返排液處理方式采用預(yù)處理、pH 調(diào)節(jié)、加化學(xué)藥劑絮凝沉降和過濾，實(shí)現(xiàn)了壓裂液重配。

（2）利用返排液重配壓裂液，通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明：W-1 壓裂液的各項(xiàng)性能良好，對(duì)儲(chǔ)層改造有著優(yōu)異的效果，在170 s-1、60 ℃條件下，剪切120 min，黏度為224.500 mPa·s；50 ℃下破膠2 h，破膠液黏度在5.000 mPa·s 以下；表面張力為21.791 mN/m、界面張力為0.769 mN/m、防膨率85.10%；在60 ℃下，壓裂液凍膠體系靜態(tài)懸砂時(shí)間大于60 min，表明了該壓裂液有較好的攜砂性能；巖心基質(zhì)滲透率傷害率為14.12%，說明W-1 壓裂液具有較低的傷害特點(diǎn)。