環慶區塊壓裂返排液再利用技術研究

念大海 薛新茹(玉門油田鉆采工程研究院，甘肅 酒泉735200)

環慶區塊壓裂返排液再利用研究，旨在將壓裂返排液通過工藝預處理，使之可直接配制滑溜水、胍膠壓裂液體系，實現回收利用，既降低壓裂施工成本，又可以防止回注或直接排放導致的環境污染，對玉門油田而言，可取得良好的經濟效益和社會效益。

1 壓裂返排液所含物質來源及再利用需解決問題分析

1.1 壓裂返排液所含物質來源

（1）滑溜水、胍膠壓裂液配制過程中添加的胍膠、表面活性劑、降阻劑、交聯劑、破膠劑等；（2）地層中一些可溶性礦物質，導致返排液礦化度相對較高；（3）少量原油、微粒及細菌等。

1.2 壓裂返排液再利用需研究解決問題

（1）盡可能提高返排液利用率，減少廢液處理排放量，有效降低生產成本。（2）由于返排液中含有一定量的高分子有機物、活性劑、細菌、原油等，需要進行殺菌、絮凝、沉降等，預防返排液腐敗，盡可能清除雜質。（3）通過開展深入、全面的實驗研究，消除或抑制返排液所含多種物質的影響，保障用返排液能夠配制滿足技術指標的滑溜水、胍膠壓裂液體系。

2 結果與討論

本次實驗主要開展了基礎物性參數測定，絮凝、沉降、殺菌、調整酸堿度等研究，確定了壓裂返排液回收再利用工藝，可用于配制符合相關質量技術標準及施工要求的滑溜水壓裂液、瓜爾膠壓裂液體系，具有較好的經濟效益和社會效益。

2.1 水質特征分析

全面測定了環慶區塊壓裂返排液的基礎物性參數，檢測結果見表1。

檢測結果表明：（1）返排液中含有一定量的鐵離子、活性物質。（2）返排液礦化度較高、懸浮固體含量高。（3）返排液鐵細菌、腐生菌含量高。

2.2 返排液配壓裂液前處理工藝

返排液再利用的目的，就是為了配制壓裂液。有關返排液配壓裂液前處理工藝，開展了返排液絮凝、殺菌評價，實驗結果見表2、表3。

實驗結果表明：（1）加入一定種類、濃度的絮凝劑，可有效降低返排液中懸浮固體含量，XN-1絮凝劑作用效果相對較好。（2）加入一定種類、濃度的殺菌劑，可有效降低返排液中硫酸鹽還原菌、鐵細菌、腐生菌的含量，延長返排液存放時間，殺菌劑2作用效果相對較好。

表2 加入絮凝劑后返排液懸浮固體含量檢測結果

表3 加入殺菌劑后返排液細菌含量檢測結果

2.3 返排液配制滑溜水體系性能研究

滑溜水是一種低粘壓裂液，相對于高粘液體在儲層中的穿透性更強，更易形成復雜的裂縫網絡，提高儲層改造體積。一般在壓裂施工中作為前置液使用。

滑溜水由降阻劑、助排劑、粘土穩定劑等調和而成。壓裂返排液配滑溜水，對降阻劑的溶解起粘影響較大，其他指標影響不明顯，因此我們主要考察壓裂返排液配滑溜水體系的粘度變化。

返排液配滑溜水體系性能：自然沉降的返排液清液加入殺菌劑后配制不同的滑溜水體系，穩定性有較大差異，說明返排液與不同的滑溜水體系配伍性不同。

2.4 返排液配制胍膠壓裂液體系研究

胍膠壓裂液是體積壓裂中常用的壓裂液，具有增稠能力強、易交聯形成凍膠等優點。根據環慶區塊生產實際，胍膠壓裂液的主要性能指標要求有：（1）基液一般要求放置20小時以上不分層、不沉淀、性能穩定。基液粘度大于18 mPa.s。（3）交聯時 間20-90s。（2）凍 膠75℃、170s-1、120min 表 觀 粘 度 大 于100mPa.s。

返排液配胍膠壓裂液主要對胍膠溶脹增粘、基液穩定性、凍膠抗剪切能力影響較大，因此我們主要對這幾個方面進行考察。

2.4.1 實驗條件

實驗用中低溫壓裂液體系配方如下：

基液配方：0.3%胍膠+0.3%粘土穩定劑+0.3%助排劑+0.2%破乳劑

交聯促進劑：0.08%

交聯劑：0.35%

用環慶壓裂用配液水配壓裂液體系，實驗結果如下：

4h基液粘度：25.5mPa.s，放置72小時未發生變化。

交聯時間：23s 交聯。凍膠75℃、170s-1、120min 表觀粘度216mPa.s。

2.4.2 用返排液配制中低溫壓裂液體系性能

方案1

殺菌絮凝后的返排液加入20%濃度的NaOH 溶液出現沉淀，調節pH值分別至8.0、9.0、10.0，靜置不同時間后，返排液變化如圖1、2、3、4所示。

圖1 剛加入

圖2 沉降6min

圖3 沉降30min

圖4 沉降120min

取pH 值為9.0，沉降120min 的上層清液用30%HCl 溶液調節pH值至5.5，配制基液。基液配方如3.4.1，改變交聯促進劑、交聯劑加入量，實驗結果如下。

（1）交聯促進劑0.08%，交聯劑0.35%

基液粘度9.0mPa.s,12s 交聯。凍膠75℃、170 s-1、43min 表觀粘度40.59mPa.s。

（2）交聯促進劑0.10%，交聯劑0.40%

基液粘度9.0mPa.s,14s 交聯。凍膠170 s-1、120min、75℃表觀粘度為26mPa.s。

方案2

返排液如方案1處理，改變基液配方。

基液配方：0.35%胍膠+0.3%粘土穩定劑+0.3%助排劑+0.2%破乳劑

交聯促進劑：0.08%

交聯劑：0.35%

基液粘度35mPa.s，放置20h 后交聯。交聯時間15s，75℃、170s-1、120min流變276mPa.s。

3 結語

（1）壓裂返排液再利用，應有前處理工序，可選擇絮凝、殺菌、沉降。（2）經過前處理工序的壓裂返排液，可直接配制滑溜水壓裂液體系，但需要優選配伍性較好的體系。（3）自然沉降、或絮凝、或殺菌后的返排液清液，配制中低溫胍膠壓裂液體系，均出現沉淀，不能交聯成膠。加入一定量的堿液，可強化體系的絮凝沉降效果。通過調節體系的pH值，可配制出基液穩定、性能合格的壓裂液體系。