返排液重配壓裂液性能研究及現(xiàn)場應用

張 康，鮑文輝，郭布民，趙 健，孫厚臺，豆連營，甘 倫

（中海油田服務股份有限公司，天津 300459）

鄂爾多斯盆地某區(qū)塊屬于典型的低滲氣田，通過應用水力壓裂技術開發(fā)可以提高單井產量。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。針對水力壓裂產生大量的污水，污水礦化度較高，含有大量的鉀鈉鈣鎂金屬離子，如果大量排放會嚴重污染環(huán)境[1]。目前，返排液的重復利用是未來壓裂液處理發(fā)展的趨勢[2]。隨著十年增儲上產的任務，壓裂作為低滲油氣藏增產的手段之一，在國內各大油氣田廣泛應用[3]。在壓裂施工中，壓裂液起著至關重要的作用，目前，現(xiàn)場使用羥丙基胍膠作為稠化劑，但由于現(xiàn)場環(huán)境惡劣，造成壓裂液性能異常[4]。故本文對返排液進行處理后重復利用，研究返排液處理后進行重復配液對壓裂液性能的影響。

1 返排液處理

1.1 返排液處理技術

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)定性強的特征，處理難度大。原有處理方式是通過罐車將返排液運輸至污水處理廠進行處理，處理費用高，又會造成水資源浪費嚴重，給企業(yè)帶來了巨大的成本壓力和環(huán)保壓力[5]，對此研制一套針對該區(qū)塊集成式可移動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、精細過濾環(huán)節(jié)。返排液原液水質分析，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，壓裂返排液水質得到明顯改善，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 壓裂液性能評價

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。評價方法：參考SY/T 7627—2021《水基壓裂液技術要求》對壓裂液進行評價。使用吳茵混調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。六速旋轉黏度計測量基液黏度27.000 mPa·s，pH 計測基液pH 值為7.27，該壓裂液基液黏度滿足現(xiàn)場施工要求。

2.2 流變性能評價

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 壓裂液進行耐溫耐剪切性能測試，見圖2。

圖2 W-1 壓裂液耐溫耐剪切性能測試

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)性能評價

對該體系進行三次變剪切實驗，見表1，擬合計算流動行為指數(shù)結果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)擬合結果

2.4 破膠性能評價

取300 mL 壓裂返排液按照壓裂液配方進行配液，分成3 份100 mL 壓裂液置于3 個燒杯中，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 破膠液防膨性能評價

采用離心法測定破膠液、0.30%黏土穩(wěn)定劑溶液的防膨率。

先將膨潤土烘干待用，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 烘干好的膨潤土依次加入到離心管中，搖勻封口靜置2 h，設定高速離心機為1 500 r/min，離心15 min，分別讀取離心管中膨潤土的體積。實驗結果見表3、圖4。

表3 防膨性能評價

圖4 0.30%黏土穩(wěn)定劑溶液、破膠液防膨效果

以上實驗結果表明：破膠液的防膨率達到85.10%，對儲層有較好的保護效果。

2.6 表面張力測試

取破膠后的上清液，測定其表面張力，見表4。

表4 破膠液的表面張力測試

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

2.7 壓裂液攜砂性能評價

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 個燒杯中，編號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)場水樣配制壓裂液，考察儲層溫度對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，壓裂液懸砂時間大于60 min。

2.8 巖心傷害性能評價

為了評價壓裂液對巖心基質滲透率的傷害性能，選取1#巖心進行傷害實驗，實驗結果見表5。

表5 巖心基質滲透率傷害率測試

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

2.9 現(xiàn)場應用

采用處理后的返排液重配壓裂液應用在L-1井中。該井壓后無阻流量為42 000 m3/d，同為地質預期無阻流量的2 倍，壓裂增產效果顯著，達到預期效果。

3 結論

（1）壓裂返排液處理方式采用預處理、pH 調節(jié)、加化學藥劑絮凝沉降和過濾，實現(xiàn)了壓裂液重配。

（2）利用返排液重配壓裂液，通過室內實驗及現(xiàn)場應用表明：W-1 壓裂液的各項性能良好，對儲層改造有著優(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)懸砂時間大于60 min，表明了該壓裂液有較好的攜砂性能；巖心基質滲透率傷害率為14.12%，說明W-1 壓裂液具有較低的傷害特點。