油井大規模壓裂對脫水系統的影響及對策

李學軍 李玉春 趙忠山 大慶油田設計院

油井大規模壓裂對脫水系統的影響及對策

李學軍 李玉春 趙忠山 大慶油田設計院

大規模壓裂后的油井采出液中含有胍膠等各種添加劑，使得采出液成分復雜，黏度大，采出液乳化嚴重，機械雜質含量高。這樣的采出液進入地面原油脫水和污水處理系統，對采出液處理系統的沖擊較大，主要表現為脫水設備的淤積物增多，電脫水器容易倒電場，脫水系統放水懸浮固體含量高。通過現有工藝運行參數和處理藥劑的優化，應用對高含壓裂液采出液適應性強的電脫水配套供電設備，建立現有采出液處理系統處理高含壓裂液運行機制，提高了脫水系統運行平穩性。

油井；壓裂；脫水；返排液處理；對策

1 技術背景

對外圍難采儲量油田大規模壓裂成為油井增產、上產的重要技術措施。每口大規模壓裂井的壓裂液注入量達到1000～20000m3，壓裂返排液約為注入液量的30%，其余的大部分壓裂液會隨著油井采出液進入集輸處理系統。勝利油田、河南油田、大港油田和中原油田等對壓裂放排液的處理進行了系統的研究，取得較好的成果，滿足了生產要求。例如河南油田在雙河采油廠進行了探井殘余壓裂液無害化處理的研究，達到了預期處理效果，成功處理了南陽油田探23井壓裂返排，達到了回注標準，該技術已經在河南油田進行了中試，取得了較好的效果。關于大規模壓裂的研究主要集中在在返排液處理上，而對高含壓裂液采出液的處理涉及的比較少。

2 大規模壓裂對脫水系統的影響

大規模壓裂后的油井采出液中含有胍膠等各種添加劑，使得采出液成分復雜，黏度大，采出液乳化嚴重，機械雜質含量高。這樣的采出液進入地面原油脫水和污水處理系統，對采出液處理系統的沖擊較大，主要表現為脫水設備的淤積物增多，電脫水器容易倒電場，脫水系統放水懸浮固體含量高。例如，大慶油田采油七廠葡三聯所轄的油井進行大規模的壓裂，高含壓裂液的油井采出液通過轉油站進入葡三聯，游離水脫水設備放水含油量升高，由500mg/L上升到1400mg/L；采出液中的機械雜質大幅增加，游離水脫除設備的年清淤量由10～20m3增加到20～40m3。該站有3臺電脫水器，在此期間經常出現3臺電脫水器全部倒電場的情況，倒電場后，很難恢復正常運行。脫水系統的放水懸浮固體含量由平時的100mg/L左右上升到300mg/L以上。針對采出液對脫水系統的影響，在室內對含壓裂液的采出液的油水分離和電脫水特性進行了測試。

（1）對采出水成分的影響。垣平1—6井為水平井大規模壓裂井，垣平1—4為同層位沒有經過規模壓裂的水平井。分別取垣平1—6壓裂井和垣平1—4非壓裂井采出液樣品進行水質成分測試，結果見表1。通過測試可知，壓裂井采出水的含油量和懸浮固體含量明顯高于非壓裂井；壓裂井采出水中離子含量和礦化度明顯升高，離子含量的增加，增強了采出液的導電性。

表1 水中離子含量

（2）壓裂液對采出液沉降分離特性的影響。利用扶余油層垣平1—4非壓裂常規水驅井采出液，在室內進行不同壓裂返排液摻混比例采出液靜沉脫水試驗。脫水溫度為40℃，分別摻入10%壓裂返排液、20%壓裂返排液，破乳劑加藥量20mg/L，進行10、20、30、40、50和60min沉降時間的脫水試驗，測試脫水后油中含水率，結果見圖1。從圖1可看出，含有壓裂液采出液沉降后油中含水率均高于不含壓裂液采出液沉降結果。含20%壓裂液采出液沉降后油中含水率和水中含油量高于含10%壓裂液采出液沉降結果。對于含10%壓裂液的采出液，沉降30min，油中含水率為29.22%；沉降40min，油中含水率為21.39%，低于30%的技術指標；含20%壓裂液的采出液，沉降難度進一步增大，沉降50min，油中含水率為27.21%，此時才能達到含水率小于30%的技術指標。

圖1 不同壓裂液含量的沉降分離特性對比曲線

（3）壓裂液對采出液電脫水特性的影響。在室內進行了電脫水試驗，脫水溫度為50℃，壓裂液摻混比例10%，破乳劑加藥量20mg/L，電脫水時間分別為10、20、30、40、50和60min，測試脫水后油中含水率，結果見表2。從電脫后油中含水率數據可以看出，在50℃條件下，垣平1—4井采出液不摻混壓裂液樣品電脫60min后，油中含水率0.2%，滿足指標要求。摻混10%壓裂液后，電脫60min，油中含水率0.34%，不達標。即同樣溫度條件，同樣加藥情況下，同樣加電時間，摻混10%壓裂液樣品油中含水率高于不摻壓裂液樣品結果。

表2 采出液電脫水特性測試

3 技術對策

通過室內測試和現場跟蹤表明：油井大規模壓裂對采出液處理系統的沖擊較大，主要表現為脫水設備放水含油量和懸浮固體含量升高，電脫水器容易倒電場。針對大規模壓裂對現有采出液處理系統的影響，結合油田在化學驅采出液集輸脫水方面的經驗，初步制定應對油井大規模壓裂對采出液脫水系統沖擊的技術對策。

（1）通過現有工藝運行參數和處理藥劑的優化，提高運行平穩性。依托目前的一段游離水脫除工藝、二段電脫水工藝，針對高含壓裂液采出液造成脫水系統脫水超標問題，根據高含壓裂液的乳化機理，研發有針對性的破乳劑，重新確定適應于高含壓裂液采出液的游離水脫除沉降時間、電脫水設備處理量及電脫水溫度。

（2）應用對高含壓裂液采出液適應性強的電脫水配套供電設備。針對油井大規模壓裂造成的電脫水設備運行不平穩問題，應用適應于高含壓裂液脫水的電脫水器內部結構和脫水供電裝置，以提高脫水電場的運行平穩性。一是應用大電流交直流疊加脫水供電裝置，以提高電脫水供電裝置對大電流的耐受能力；二是應用脈沖脫水供電裝置，避免大電流沖擊電場。

（3）通過電脫水器中間層排放及回收油單獨處理，提高電脫水系統運行平穩性。由于高含壓裂液采出液中，機械雜質等懸浮固體含量高，這部分物質容易與原油形成難于破乳的中間層，隨著時間的累計，在電脫水內部聚結，中間層逐漸增厚，高含水的中間層對脫水電場造成沖擊，影響脫水設備平穩運行。對影響脫水設備平穩運行的中間層進行單獨處理，以提高脫水系統的運行平穩性。

（4）應用大規模壓裂井采出液預處理工藝，降低對現有系統的沖擊。針對高含壓裂液采出液攜污量大、乳化程度高的特性，對壓裂井采出液進行預處理，包括化學和物理方式的破乳及旋流除砂等，以緩解高含壓裂液采出液對常規脫水系統的沖擊，提高常規脫水系統處理高含壓裂液采出液的平穩性。

（5）應用低含水油的熱化學脫水技術，確保原油達標外輸。在脫水設備脫后的原油含水率超標時，為了保證外輸原油含水率合格，在關鍵的站場建設具有放水功能的原油儲存緩沖設施，通過長時間的沉降，降低原油含水率，確保外輸原油達標。

（6）建立現有采出液處理系統處理高含壓裂液運行機制。根據大規模壓裂的作業方式，壓裂液對脫水系統和污水處理系統的影響方式、影響程度及提高脫水系統和污水系統運行穩定性的措施，建立現有脫水系統和污水處理系統處理高含壓裂液的運行機制。針對游離水脫除設備淤積物增多，有效空間減少，游離水脫除設備運行效率下降的問題，通過現場試驗，確定合理的清淤周期，及時清淤，提高脫水設備的運行效率。壓裂井錯峰進站，降低高含壓裂液采出液對采出液處理系統的沖擊。

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.12.003