壓裂返排液重復利用技術在南翼山油田的應用

張成娟 武麗萍 趙 健 熊廷松 龔玉存 朱秀雨

（1.青海油田鉆采工藝研究院 2.青海油田公司科技信息處 3.青海油田勘探開發研究院 甘肅敦煌 736202；）

隨著油氣田壓裂改造規模和液體用量的增大，壓裂液重復利用經濟效果愈加明顯。在新環保法實施之后，壓裂液重復利用還可以減少危險污染源的返排、降低污染環境的風險，對于保護環境和推動壓裂液技術發展具有重要意義。

1 可回收壓裂液研究

1.1 可回收壓裂液稠化劑研究

可回收壓裂液增稠劑是在小分子瓜爾膠的基礎上改性、接枝的，主要有以下步驟：以異丙醇水溶液作為分散劑，加入小分子瓜爾膠粉，加入氫氧化鈉，堿化45min后加入磺酸酯和環氧丙烷，60℃攪拌下反應6h；用醋酸中和后，加入復配有機溶劑，攪拌均勻后濾出的物質用復配有機溶劑再次洗滌過濾。然后60℃烘干，粉碎，得到淡黃色粉末即為可回收壓裂液增稠劑。

1.2 可回收壓裂液交聯技術

可回收利用技術中，增稠劑和助流劑形成的網絡結構強度由溶液的pH值及所選擇的活性交聯離子決定。由于鏈連接的可逆性，通常不需要用氧化類破膠劑降解，因而該體系可以實現返排液體的回收再利用。當pH值低于8左右時，系統內不發生交聯，體系的黏度較低。當pH值上升到8左右時發生交聯，體系黏度會很快升高，形成高黏的壓裂液。

1.3 耐溫、耐剪切性能實驗

依據SY/T 5107-2005《水基壓裂液性能評價方法》，在100℃、170s-1下，對壓裂液配方進行耐溫性能實驗。

一次配方：0.25%抗鹽稠化劑配方；二次配方：0.25%抗鹽稠化劑配方中加入交聯調節劑（圖1、圖2）。

圖1 可回收壓裂液一次流變曲線圖

圖2 可回收壓裂液二次流變曲線圖

從圖2可知，壓裂液在100℃、170s-1條件下，剪切120min，最后黏度保持在50mPa·s以上，該壓裂液體系具有良好的耐溫抗剪切性能。通過與其一次流變曲線圖（圖1）對比發現，該體系配方在實驗條件下有效成分無損失，可滿足回收利用的要求。

1.4 與地層水、原油的配伍性

1.4.1 與地層水的配伍性實驗

南翼山地層水pH=5.5。按SY/T 5107-2005中壓裂液與地層流體配伍性測定方法，測定壓裂液破膠液的破乳作用。結果顯示，沒有產生乳化和沉淀現象，說明壓裂液破膠液同地層水配伍性良好。

1.4.2 與原油的配伍性實驗

以南翼山脫水原油代替地層水，以同樣方法做不同原油配比的破乳實驗（表1）。從實驗結果上看，破乳率均大于95%。

表1 壓裂液破膠液與脫水原油配伍性實驗（80℃，混合液50ml）

將壓裂液破膠液與原油進行充分混合，加入交聯促進劑調節至凍膠狀態，在170s-1、為80℃下做剪切流變實驗。

利用 QCS003C教學實驗臺進行實驗驗證，得出由修正理論推導公式得出的速度值及所建立的仿真模型得出的液壓缸速度值與實驗獲得速度值基本一致，驗證了所推導的考慮泄漏的液壓缸速度表達式及建立模型的準確性，為節流調速回路精度及理論深度提高的進一步研究提供了理論依據。

配方：0.25%抗鹽稠化劑+0.2%稠化劑促溶劑+0.9%交聯促進劑+1.9%交聯劑（圖3）。

圖3 可回收壓裂液與原油混合流變曲線

從圖3可知，壓裂液在80℃、170s-1條件下，剪切120min后黏度保持在50mPa·s以上，該壓裂液體系與原油混合后具有良好的耐溫抗剪切性能，滿足現場回收利用的要求。

1.5 破膠液性能

1.5.1 破膠液黏度測定

通過調節劑和交聯促進劑來實現壓裂液體系的黏度由基液態<—>膠態<—>基液態的可逆轉化。取0.25%可回收壓裂液體系測定其破膠液黏度為7.12mPa·s。

1.5.2 體系殘渣含量測試

取0.25%可回收壓裂液體系，測定其破膠后殘渣含量為96.5mg/L，比低濃度胍膠壓裂液的殘渣含量（0.2%低濃度胍膠殘渣含量為226.3mg/L）減少了50%以上，降低了對裂縫導流能力的傷害，滿足低傷害壓裂液的要求。

1.6 黏彈性能測試

壓裂液是一種黏彈性流體，其流變特性對攜砂能力、傳送方式、裂縫寬度及長度變化都有非常重要的意義。在一定溫度下做壓裂液的變剪切實驗，剪切速率從0到170s-1，觀察黏度的變化。結果顯示，體系的黏度隨剪切速率的增大而降低，說明該體系為假塑性流體。

圖4 應力掃描實驗

圖5 頻率掃描實驗

圖6 黏彈性測試

該體系觸變性較好，黏彈性G′=17.5Pa，G″=1.5Pa，G′＞G″，說明該液體以彈性為主。

1.7 體系濾失性能評價

壓裂液向儲層內的滲透性決定了壓裂液的壓裂效率，通常情況下用濾失系數來衡量壓裂液的壓裂效率和在裂縫內的濾失量。本實驗采用HALS-1型高溫高壓濾失儀，濾失溫度80℃，濾失壓差3.5MPa，進行3次對比（表2）。壓裂液濾失系數、初濾失量、濾失速度的平均值均符合SY/T 6376-2008《壓裂液通用技術條件》要求。

表2 壓裂液濾失性測試結果

1.8 體系傷害性能評價

按照標準SY/T 5107-2005中壓裂液濾液對巖心基質滲透率損害率測定的方法準備樣品，對南翼山巖心進行傷害實驗（表3）。

表3 可回收壓裂液傷害實驗巖心基礎數據

根據巖心傷害數據可知，可回收壓裂液傷害率都在20%以下，滲透率恢復率80%以上，屬于弱傷害。該可回收壓裂液提高了胍膠分子的水溶性、鏈節的伸展度和裂縫導流能力，增加增稠劑鏈節的活性和活性基團的利用率，降低了懸浮固體物對地層造成的傷害。

1.9 體系摩阻測試

使用YMC-1型壓裂摩阻測定儀，通過管路測定在不同剪切速率下清水和不同壓裂液的摩阻，得到不同剪切速率下清水摩阻和壓裂液摩阻的比值η，即降阻率（圖7）。

圖7 降阻率與剪切速率關系曲線

實驗結果顯示，降阻率為48.72%～71.57%，剪切速率為1700s-1時，壓裂液降阻率達到了63.5%，能夠滿足《壓裂液通用技術條件》要求。

2 可回收壓裂液工藝研究

可回收壓裂液現場工藝流程主要包括壓裂液回收方案、回收液現場處理工序（除油、除砂、破乳、殺菌等）和回收液的性能評價與配方優化3個方面。

現場試驗采用的現場配液的方式。現場配液設備進行同罐循環，采用下口吸液、上口返回的方式。在循環的過程中，促溶劑由混配設備吸入并進行混合循環吸入不同添加劑。

返排液回收至返排液緩沖儲存罐中，啟動處理裝置的提升泵，由提升泵將返排液打入返排液處理流程進行處理；經過管道混合器與破乳劑、消泡劑進行混合，進入旋流分離器，進行砂液分離；分離后的液體進入斜管倉進入泥、液、油三相分離。過濾后的液體經管道混合器加殺菌劑后，收集到罐車中，運至下一井場儲液罐中儲存。處理后的壓裂液經過檢測黏度、pH等，確定各項添加劑的量，進行二次配液。

3 可回收壓裂液現場應用

選擇南翼山3口井進行可回收壓裂液處理工藝技術：第一口井采用一次配制壓裂液、返排回收液用于第二口井，不足部分采用一次配制壓裂液補齊。3口井試驗壓裂液返排液可回收利用率86.2%（表4）

表4 可回收壓裂液3口井施工效果

返排液經返排液回收處理裝置處理流程，與破乳劑、降黏劑、消泡劑等化學藥劑混合，再經旋流除砂、斜管沉降、除油、過濾等工序的化學-物理過程處理，可實現油砂分離。處理后的返排液在反向交聯調節劑的作用下即可以實現二次交聯；返排液經施工、破膠、返排及處理后，主要成分的結構未受破壞，滿足回收利用的要求。

4 結論

該可回收壓裂液體系的開發和研制，在低分子增稠劑的開發、低分子的交聯技術、凍膠網絡結構破壞與恢復技術、返排液的回收再利用技術等方面，均取得重要進展。同時，該項技術減少了壓裂廢液的排放量和處理量，節約人力和水資源，具有較好的經濟效益，對于保護環境、維護西部生態環境也具有重要意義。

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