泡沫壓裂液返排液處理再利用研究與應用

王浩任

四機賽瓦石油鉆采設備有限公司，湖北荊州 434023

隨著我國對油氣資源的需求日漸增多，低滲透油氣田因其含油氣多、分布區(qū)域廣、油氣藏類型豐富等特點受到越來越多石油工作者的關注。壓裂技術是提高低滲油氣田產(chǎn)能的主要方法，泡沫壓裂液與常規(guī)水基壓裂液相比具有濾失低、殘渣含量低、對地層傷害小等優(yōu)勢，因而更適用于低滲透油層。對壓裂液完成作業(yè)后產(chǎn)生的返排液進行處理一直是國內外學者的研究重點，當前普遍采用的處理返排廢液的方法是將現(xiàn)場產(chǎn)生的返排液經(jīng)簡單過濾后直接排放或集中拉運至水處理廠進行處理，這樣不僅增加了施工成本，同時對環(huán)境也會造成不可彌補的破壞。泡沫壓裂液返排液再利用技術就是清除返排液中的機械雜質、各種有機物，并向處理后的返排液中添加部分處理劑，配合回收的氣體配制成可重復利用的泡沫壓裂液繼續(xù)使用。這樣不但減少了環(huán)境污染，同時降低了作業(yè)成本，從而有效地解決了泡沫壓裂液返排液的處理問題[1-3]。

1 實驗部分

1.1 儀器及原料

JPC-1巖心流動實驗裝置，湖北創(chuàng)聯(lián)石油科技有限公司；CJDX-1泡沫壓裂液返排液處理系統(tǒng)，自制；SD4中壓失水儀，青島海通達儀器公司；RSI流變儀，德國哈克公司；GJS-B12K高速攪拌器，青島恒泰達機電設備有限公司；TD2002電子天平，上海儀器分析公司；HEFIL精密過濾器，上海禾益凈化設備制造有限公司；Microtrac S3500激光粒度分析儀，美國麥奇克有限公司。

氮氣，荊州氮氣制備公司；明礬、過硫酸銨，上海化學試劑有限公司；TOF發(fā)泡劑，湖北浩任石油科技有限公司；羥丙基瓜膠、XCJSJ-3黏土穩(wěn)定劑，湖北漢科新技術股份有限公司。

1.2 實驗方法

利用研制的CJDX-1泡沫壓裂液返排液處理系統(tǒng)，對取自長慶油田現(xiàn)場的泡沫壓裂液返排液體系進行處理。由于N2的壓縮性，在施工完畢時，壓力降低，氣體膨脹的同時提供足夠的能量將液體升高，返排液離開地層后首先進入三相分離器，氣體進入變壓吸附裝置，經(jīng)碳分子篩選擇性吸附后，從裝置產(chǎn)出的未經(jīng)加工的混合氣體可作為泡沫的內相[4];分離后的液體，經(jīng)過硫酸銨做氧化破膠處理，去除油和懸浮物，再精密過濾得到清潔液體備用；分離后的固體殘渣中因含有大量淤泥、油污等成分，需先進行加熱處理以破壞有機物結構，再進行厭氧消化處理，被微生物分解成的二氧化碳等氣體產(chǎn)物排放至大氣中，剩余固體殘渣收集后可用作建筑材料的輔料。最后向得到的清潔液體中加入適量殺菌劑、起泡劑等處理劑，便可得到符合現(xiàn)場實際要求的泡沫壓裂液體系。其處理流程如圖1所示。

圖1 CJDX-1系統(tǒng)處理流程

2 結果與討論

2.1 N2泡沫壓裂液返排液處理后的水質分析

取長慶油田現(xiàn)場用的N2泡沫水基壓裂液體系、現(xiàn)場產(chǎn)生的壓裂液返排液以及將返排液經(jīng)上述流程處理后的出口水樣進行水質分析，參照SY/T 5523—2000《油氣田水質分析方法》測定返排液中的離子濃度，結果見表1。

表1 水樣分析結果

由表1可以看出，經(jīng)過上述步驟處理后，N2泡沫壓裂液返排液處理后的水質和長慶油田現(xiàn)場配制壓裂液清水的各項指標相當。Ca2+、Mg2+、Cl-等主要影響離子的濃度均在可控范圍內，經(jīng)CJDX-1系統(tǒng)處理配制的再利用泡沫壓裂液其水質完全符合現(xiàn)場使用的要求。

2.2 N2泡沫壓裂液返排液處理前后粒度分析

選用長慶油田現(xiàn)場產(chǎn)生的N2泡沫壓裂液返排液，配制出再利用N2泡沫壓裂液，其配方如下：返排液處理后的出口水+0.25%羥丙基瓜膠+0.5%殺菌劑+2%起泡劑TOF+2%穩(wěn)定劑XCJSJ-3+0.25%過硫酸銨+N2。運用Microtrac S3500激光粒度儀對現(xiàn)場配制的N2泡沫壓裂液、N2泡沫壓裂液返排液以及經(jīng)CJDX-1處理系統(tǒng)處理后配制的再利用N2泡沫壓裂液的粒徑進行分析，結果見圖2～圖4。

圖2 現(xiàn)場配制N2泡沫壓裂液顆粒粒徑

圖3 N2泡沫壓裂液返排液顆粒粒徑

圖4 再利用N2泡沫壓裂液顆粒粒徑

N2泡沫壓裂液返排液的粒徑較大，D50為95.56 μm，而N2泡沫壓裂液原液的粒徑D50為27.9 μm，利用CJDX-1處理系統(tǒng)配制的再利用N2泡沫壓裂液顆粒粒徑D50為35.25 μm。說明經(jīng)過CJDX-1系統(tǒng)處理后，大的顆粒基本上得到去除，泡沫壓裂液中懸浮物顆粒較少，效果比較理想。

2.3 再利用N2泡沫壓裂液性能評價

2.3.1 穩(wěn)定性

泡沫壓裂液區(qū)別于常規(guī)壓裂液最主要的特點是氣體泡沫在壓裂液體系中作為內相，液體作為外相。在實際生產(chǎn)過程中，泡沫壓裂液體系的泡沫質量通常在52%～95%。因而氣體泡沫質量和穩(wěn)定性是考察泡沫壓裂液性能的主要指標之一。選取長慶油田現(xiàn)場使用的N2泡沫壓裂液和經(jīng)再利用工藝處理配制的N2泡沫壓裂液做穩(wěn)泡試驗，泡沫穩(wěn)定性用半衰期來表征，即從泡沫液中析出一半液體所需要的時間，通過觀測液面與泡沫總體高度的差值便可確定泡沫流體的半衰期。試驗溫度為25 ℃，壓力為1 MPa，起泡劑加量為0.5%，試驗結果如表2所示。

表2 穩(wěn)泡試驗結果

由表2可知，返排液經(jīng)CJDX-1工藝處理后配置的泡沫壓裂液其半衰期與新鮮泡沫壓裂液相差無幾，均在4 h左右，說明再利用工藝制備的泡沫壓裂液的泡沫質量可以滿足正常壓裂使用要求。

2.3.2 綜合性能

選用長慶油田現(xiàn)場產(chǎn)生的N2泡沫壓裂液返排液，配制出再利用N2泡沫壓裂液，其配方如下：返排液處理后的出口水+0.25%羥丙基瓜膠+0.5%殺菌劑+2%發(fā)泡劑TOF+2%穩(wěn)定劑XCJSJ-3 +0.25%過硫酸銨+N2。對施工現(xiàn)場配制的N2泡沫壓裂液和再利用N2泡沫壓裂液的綜合性能進行評價，各項指標如表3所示。

表3 再利用泡沫壓裂液綜合性能評價結果

從表3可以看出，用CJDX-1系統(tǒng)處理后的返排液配制的N2泡沫壓裂液與用清水配制的N2泡沫壓裂液的主要性質相比,各項技術指標都比較接近,且前者的儲層保護效果還略好一些,說明用壓裂液返排液處理后的出口水配制的泡沫壓裂液效果比較理想。

2.4 壓裂液返排液處理再利用現(xiàn)場應用

針對長慶油田使用泡沫壓裂液進行壓裂作業(yè)的區(qū)塊，從2015年4月開始至2017年6月共對15口井開展了泡沫壓裂液返排液處理再利用的現(xiàn)場試驗。試驗采用泡沫壓裂的工藝方式，將施工過程中產(chǎn)生的泡沫壓裂液返排液經(jīng)再利用工藝處理后作為前置液，再連同氣體及起泡劑一并注入井中。現(xiàn)場應用結果表明，用CJDX-1處理系統(tǒng)配制的泡沫壓裂液具有流變性好、殘渣低、油氣層保護效果好、濾失量小等特點，成功率達到95%，減少水資源消耗的同時更好地保護了環(huán)境。同樣地質條件下試驗井比對比井平均多產(chǎn)原油15.65 t/d，提高了16.4%，說明泡沫壓裂液返排液再利用技術具有良好的發(fā)展前景。

3 結論

泡沫壓裂液返排液處理再利用工藝具有操作簡便，實用性強，安全環(huán)保等優(yōu)點。經(jīng)CJDX-1工藝系統(tǒng)處理后配制成的再利用泡沫壓裂液，其性能指標與現(xiàn)場用清水配制的泡沫水基壓裂液相當，可節(jié)約大量的水資源，同時具有節(jié)能減排、保護環(huán)境、保護油氣層的優(yōu)點，有較好的應用前景。