壓裂返排液弱凝膠深部調(diào)驅(qū)技術(shù)

于春濤 曲作明 劉鋒 趙德武

（1.中國石油吉林油田公司油氣工程研究院；2.中國石油吉林油田公司安全環(huán)保處；3.中國石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司華北物探處）

壓裂返排液弱凝膠深部調(diào)驅(qū)技術(shù)

于春濤1曲作明2劉鋒3趙德武2

（1.中國石油吉林油田公司油氣工程研究院；2.中國石油吉林油田公司安全環(huán)保處；3.中國石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司華北物探處）

針對壓裂返排液的特點(diǎn)，以聚丙烯酰胺為主劑，引入糠醛合成糠醛樹脂交聯(lián)劑，加入殺菌劑，在一定條件下形成弱凝膠體系，用于注水井調(diào)驅(qū)。考察了該壓裂返排液弱凝膠體系性能：室內(nèi)研究確定最佳的弱凝膠體系配方，進(jìn)行了熱穩(wěn)定性及耐鹽穩(wěn)定性評價。進(jìn)行了壓裂返排液弱凝膠體系巖心封堵性能評價，凝膠體系在30～80℃具有較好的熱穩(wěn)定性，巖心封堵率大于80%，突破壓力達(dá)到2.7 M Pa，壓裂返排液弱凝膠體系對儲層具有較好的封堵性能。現(xiàn)場應(yīng)用10井次，應(yīng)用壓裂返排液配置弱凝膠體系3.5萬m3，投入產(chǎn)出比1∶1.25，壓裂返排液重復(fù)利用，取得較好的環(huán)保效益及經(jīng)濟(jì)效益。

壓裂返排液；弱凝膠；深部調(diào)驅(qū)；環(huán)保效益

0 引 言

壓裂是油氣井增產(chǎn)的主要措施之一，壓裂產(chǎn)生大量的返排廢液，含有胍膠、甲醛、石油類及其他多種添加劑，具有污染物成分復(fù)雜、含量高、中濁度、高C O D、高穩(wěn)定性等特點(diǎn)［1］。回收后不能直接進(jìn)入地面系統(tǒng)，需要投入大量資金處理，才能滿足回注要求。

為解決壓裂返排液難處理的問題，實(shí)現(xiàn)其高效環(huán)保處理，結(jié)合油田壓裂返排液的性能，采用化學(xué)方法處理壓裂返排液，制成調(diào)驅(qū)體系，用于注水井調(diào)驅(qū)［2］，封堵注水竄流通道。該方法不僅可以解決壓裂返排液的處理難題，而且可對其進(jìn)行進(jìn)一步綜合利用，實(shí)現(xiàn)壓裂返排液既能環(huán)保處理又能有效再利用。

1 壓裂返排液的性能特點(diǎn)

油田壓裂主要應(yīng)用滑溜水與胍膠混合液，受地層條件、所采用壓裂液體系及現(xiàn)場施工工藝條件的影響，不同井場作業(yè)產(chǎn)生的壓裂返排液在組成和性質(zhì)上存在著較大的差異。同時，壓裂施工過程中，壓裂液體系中破膠劑的破膠效果直接決定著返排廢液的黏度和高分子有機(jī)物的含量。當(dāng)破膠不徹底時，高分子聚合物不能有效降解，壓裂返排液的黏度可能較高，這將增加其流動阻力，不利于其及時返排，而且造成返排液中的有機(jī)物含量增高，污染危害大［3］。另外，在壓裂廢液返排的不同階段（如壓裂放噴前期、中期和后期）所取的壓裂廢液在組成性質(zhì)，如黏度、有機(jī)物含量、懸浮固體含量等方面可能存在較大的差異。

①水質(zhì)成分比較復(fù)雜，污染物種類多，含量高，不同區(qū)塊和不同返排階段的壓裂返排液組成和性質(zhì)存在較大的差異。

②隨著存放時間的增加，離子含量發(fā)生變化，鈣、鎂離子減少，形成沉淀，碳酸氫根離子減少，碳酸根離子增加，腐生菌和懸浮固體大幅增加。

③處理難度大，懸浮固體是常規(guī)含油污水處理中較難達(dá)標(biāo)的項(xiàng)目，壓裂返排液組分的復(fù)雜性及性質(zhì)的獨(dú)特性決定了其處理難度更大。

部分油井壓裂返排液成分分析見表1。

表1 部分油井壓裂返排液成分分析m g/L

從表1可以看出：不同油井壓裂返排液成分差異較大，但礦化度普遍較高。

2 壓裂返排液弱凝膠體系研究

2.1 弱凝膠體系研究思路

充分利用返排液成分特點(diǎn)，以聚丙烯酰胺為主劑，引入糠醛合成糠醛樹脂交聯(lián)劑，同時針對返排液含有大量細(xì)菌的特點(diǎn)，加入殺菌劑，在一定條件下形成弱凝膠體系，用于注水井調(diào)驅(qū)，封堵竄流通道，擴(kuò)大注水波及體積，提高水驅(qū)開發(fā)效果［4］。

2.2 壓裂返排液弱凝膠體系性能評價

2.2.1 基本配方確定

保持其他藥劑含量不變，分別與800，1 000，1 200，1 500 m g/L的H P A M溶液配比，測定H P A M濃度對壓裂返排液弱凝膠體系性能的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 HPA M濃度對壓裂返排液弱凝膠體系性能的影響

通過室內(nèi)試驗(yàn)評價，得出壓裂返排液弱凝膠調(diào)驅(qū)體系的最佳配比：1 000 m g/L的H P A M+600 m g/L糠醛樹脂交聯(lián)劑+100 m g/L除氧劑硫脲，在此條件下，所成弱凝膠體系的黏度大于2 100 m Pa·s。

2.2.2 熱穩(wěn)定性能評價

溫度是影響弱凝膠體系性能的主要因素，保持弱凝膠體系配比不變，在30～100℃烘箱中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，定期觀察弱凝膠體系黏度變化。結(jié)果顯示：溫度達(dá)到100℃，弱凝膠體系隨著時間的延長出現(xiàn)嚴(yán)重的脫水現(xiàn)象，黏度保持率較低。30～80℃弱凝膠保持整體性，黏度基本保持穩(wěn)定，因此壓裂返排液弱凝膠體系所形成的凝膠在30～80℃具有較好的熱穩(wěn)定性。壓裂返排液調(diào)驅(qū)體系熱穩(wěn)定性見圖2。

圖2 壓裂返排液調(diào)驅(qū)體系熱穩(wěn)定性

2.2.3 耐鹽穩(wěn)定性評價

保持弱凝膠體系配比不變，配置礦化度1 000，3 000，5 000，7 000，9 000，12 000 m g/L的溶液，考察礦化度對弱凝膠體系性能的影響，結(jié)果見圖3。試驗(yàn)結(jié)果表明：凝膠黏度隨著礦化度的增加逐漸減小，礦化度從1 000 m g/L升至12 000 m g/L，凝膠黏度由2 100 M Pa·s降至1 400M Pa·s，下降幅度大于30%，主要是由于隨著礦化度的增加，屏蔽了聚合物分子鏈中取代基團(tuán)的負(fù)電性，分子鏈之間的內(nèi)摩擦力減小，導(dǎo)致分子鏈出現(xiàn)卷曲現(xiàn)象，參與交聯(lián)反應(yīng)的基團(tuán)減少，宏觀表現(xiàn)即為黏度逐漸降低［5］，壓裂返排液礦化度小于10 000 m g/L，配置弱凝膠體系強(qiáng)度大于1 400 M Pa·s，適用于低滲儲層深部調(diào)驅(qū)。

圖3 礦化度對成膠性能的影響

2.3 壓裂返排液弱凝膠巖心封堵性能評價

巖心封堵試驗(yàn)可以真實(shí)地反映堵劑在地層中的封堵性能，利用巖心流動試驗(yàn)儀進(jìn)行測試，向巖心內(nèi)充入0.3倍孔隙體積弱凝膠溶液，在80℃恒溫烘箱中候凝48 h，測試封堵性能，通過試驗(yàn)評價，巖心封堵率大于80%，突破壓力達(dá)到2.7 M Pa，壓裂返排液弱凝膠體系對儲層具有較好的封堵性能［6］。巖心封堵試驗(yàn)測試數(shù)據(jù)見表2。

表2 巖心封堵試驗(yàn)測試數(shù)據(jù)

3 現(xiàn)場試驗(yàn)

在現(xiàn)場對壓裂返排液弱凝膠體系進(jìn)行試驗(yàn)。在注水井調(diào)驅(qū)應(yīng)用10井次，應(yīng)用壓裂返排液配置弱凝膠體系3.5萬m3，施工壓力上升3.7 M Pa，采取措施后注水壓力上升2.2 M Pa，吸水指數(shù)下降35%，達(dá)到了調(diào)驅(qū)設(shè)計(jì)目標(biāo)。應(yīng)用調(diào)驅(qū)措施有效解決了環(huán)保難題，且增產(chǎn)效果明顯，累計(jì)增產(chǎn)原油490 t。直接經(jīng)濟(jì)創(chuàng)效178.7萬元，投入產(chǎn)出比1∶1.25。

4 結(jié) 論

①壓裂返排液成分復(fù)雜，含有大量的活性成分，加入交聯(lián)劑及殺菌劑形成弱凝膠體系，黏度大于2 100 M Pa·s，巖心封堵效率大于80%，長期穩(wěn)定性能好，適合在低滲儲層深部調(diào)驅(qū)。

②壓裂返排液弱凝膠體系研制成功，并在現(xiàn)場成功應(yīng)用，不但減輕了目前返排液對環(huán)境的污染問題，而且能夠在注水井封堵竄流通道，調(diào)整吸水剖面。從措施效果看，技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行。

③充分利用壓裂返排液調(diào)驅(qū)，變廢為寶，有利于危險廢物“減量化、資源化”，而且也為油田綜合治理、降低生產(chǎn)成本提供了一項(xiàng)技術(shù)措施。

［1］ 遲永杰，盧克福.壓裂返排液回收處理技術(shù)概述［J］.油氣田地面工程，2009，28（7）：89-90.

［2］ 李先杰，侯吉瑞，岳湘安，等.剪切與吸附對弱凝膠深部調(diào)驅(qū)作用的影響［J］.中國石油大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，31（6）：147-151.

［3］ 魏立新，樂昕朋，王志華，等.油田壓裂作業(yè)污水預(yù)處理室內(nèi)試驗(yàn)研究［J］.石油學(xué)報(bào)，2012，41（7）：59-61.

［4］ 王立峰.注聚井返排液調(diào)剖技術(shù)研究［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2013，3：116-117.

［5］ 趙修太，白英睿，王增寶，等.耐溫耐鹽復(fù)合交聯(lián)調(diào)剖體系實(shí)驗(yàn)研究［J］.應(yīng)用化學(xué)，2012，41（1）：137-140.

［6］ 馬敬昆，蔣慶哲，王永寧，等.交聯(lián)聚合物微球的制備及巖心封堵性能研究［J］.石油鉆采工藝，2010，32（2）：84-88.

（編輯 王薇）

10.3969/j.issn.1005-3158.2015.05.012

1005-3158（2015）05-0044-02

2015-09-06）

于春濤，2004年畢業(yè)西南石油學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，高級工程師，現(xiàn)在中國石油吉林油田公司油氣工程研究院從事油田化學(xué)方面的研究工作。通信地址：吉林省松原市長寧北街618號油氣工程研究院油化所，138000