壓裂返排液處理回用技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

王永光，渠迎鋒，吳 萌，萬用波，臺(tái)廣鋒，李 強(qiáng)

（北京礦冶研究總院，北京 100160）

隨著原油產(chǎn)量的不斷擴(kuò)大，特別是采油難度的加大，必需采用注水、壓裂等作業(yè)手段提高油氣采收率，在此過程中會(huì)產(chǎn)生大量壓裂返排液[1]。壓裂返排液主要有以下特點(diǎn)：（1）組分復(fù)雜，含有大量有機(jī)物、無機(jī)物、細(xì)菌等物質(zhì)，尤其是胍膠及其分解后的高分子聚合物等[2]。（2）黏度大，乳化嚴(yán)重。由于壓裂液中的增黏物胍膠未被完全分解，產(chǎn)生的返排液仍具有一定的黏度，其黏度一般在 10 mPa·s～30 mPa·s。壓裂液配方中通常添加少量的表面活性劑，受地下高溫、污油及自身黏度影響，致使返排液乳化嚴(yán)重，長(zhǎng)時(shí)間靜置也得不到有效的分離[3]。（3）水質(zhì)波動(dòng)大。壓裂作業(yè)屬于間歇性、分散性及地層結(jié)構(gòu)不一的工作，而且返排液的返排時(shí)間和返排規(guī)律也不同，有自噴返排液和抽吸返排液，致使返排液的水質(zhì)波動(dòng)很大，給處理帶來一定干擾[4]。

這種高污染、重負(fù)荷的作業(yè)廢水要進(jìn)行有效處置，才能保證油田開采的可持續(xù)發(fā)展。壓裂返排液是最難處理的油氣田廢水之一，國(guó)內(nèi)多個(gè)油氣田都面臨著壓裂返排液處理困難的問題。隨著新環(huán)保法的實(shí)施，油氣田企業(yè)必須尋找一條合適的解決途徑。其中，由北京礦冶研究總院提出的壓裂返排液資源化回用技術(shù)，吳萌等[5]采用“復(fù)合預(yù)處理-定位除雜-成分調(diào)節(jié)-精細(xì)過濾”工藝，實(shí)現(xiàn)返排液處理后作為回用配液用水，該工藝技術(shù)及裝備已實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)應(yīng)用，在延長(zhǎng)油田某采油廠得到應(yīng)用。

1 返排液站簡(jiǎn)介

嚴(yán)重影響污水站的正常運(yùn)行。污水站若不能正常運(yùn)行，則無法接收選油站原油脫水后產(chǎn)生的廢水，從而將影響擴(kuò)大到整個(gè)選油站的正常運(yùn)行。因此，該采油廠新建壓裂返排液處理站，處理后的返排液作為回用用水-重新配制壓裂液。

返排液站于2015年5月開始正常運(yùn)行生產(chǎn)，處理能力：20 m3/h，占地面積約1 260 m2，原水儲(chǔ)存能力：300 m3（調(diào)節(jié)罐，利舊），處理后清水儲(chǔ)存能力：400 m3。

回用技術(shù)工藝設(shè)計(jì)主要由5個(gè)主作業(yè)工序和6個(gè)輔助作業(yè)工序組成，主作業(yè)工序包括前處理和均質(zhì)、復(fù)合預(yù)處理、自凈化定位除雜、成分調(diào)節(jié)、精細(xì)過濾；輔助作業(yè)工序有：二次均質(zhì)和發(fā)液、藥劑儲(chǔ)存與供給、固液分離、清潔氣源供給、車間環(huán)保和自動(dòng)化控制。主要功能是去除泥沙、懸浮物、污油，降低返排液黏度等，使出水水質(zhì)清澈穩(wěn)定，滿足回用配液的水質(zhì)要求。工藝流程（見圖 1）。

延長(zhǎng)油田某采油廠壓裂返排液處理站（以下簡(jiǎn)稱“返排液站”）建設(shè)運(yùn)行之前，返排液和采出水混合后進(jìn)入由原有污水站進(jìn)行統(tǒng)一處理，污水站采用微生物和超濾膜工藝流程，處理后用于回注。但返排液進(jìn)入污水站后無法被微生物降解，而且容易堵塞濾膜，導(dǎo)致污水站的生物處理系統(tǒng)紊亂，膜系統(tǒng)癱瘓而頻繁停產(chǎn)清理，

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

2.1 返排液處理站進(jìn)出水情況

2.1.1 進(jìn)水水質(zhì)參數(shù) 通過對(duì)延長(zhǎng)油田某采油廠多個(gè)井場(chǎng)的壓裂返排液進(jìn)行取樣、檢測(cè)，其中5個(gè)進(jìn)水水樣的水質(zhì)指標(biāo)（見表1）。從表1進(jìn)水水質(zhì)數(shù)據(jù)看出返排液成分復(fù)雜，水質(zhì)波動(dòng)較大，含有大量有機(jī)鹽離子及無機(jī)物，并且黏度較高，細(xì)菌含量高。

圖1 延長(zhǎng)油田某采油廠壓裂返排液處理回用技術(shù)工藝流程圖

表1 現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)

表2 主要工序出水水質(zhì)指標(biāo)

圖2 現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)水水樣

2.1.2 出水水質(zhì)參數(shù) 返排液站設(shè)立獨(dú)立的化驗(yàn)室，現(xiàn)場(chǎng)化驗(yàn)人員根據(jù)取樣化驗(yàn)制度對(duì)不同時(shí)間段、不同工序出水進(jìn)行取樣并分析化驗(yàn)。壓裂返排液經(jīng)過本回用技術(shù)處理后，以出水懸浮物、含油量、黏度三個(gè)主要指標(biāo)為例，返排液站主要工序的出水水質(zhì)指標(biāo)（見表2）。

經(jīng)過活化脫穩(wěn)、定位除雜等主要工序處理后，返排液處理后的水質(zhì)指標(biāo)可達(dá)到《SY/T 5107-2016水基壓裂液性能評(píng)價(jià)方法》[6]和《SY/T6376-2008壓裂液通用技術(shù)條件》[7]中對(duì)水質(zhì)的要求，滿足回用配液的要求。進(jìn)水水樣和處理后出水水樣（見圖2、圖3）。

2.2 配液站回用配液情況

圖3 現(xiàn)場(chǎng)出水水樣

將返排液站化驗(yàn)合格的水樣送至配液站實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行進(jìn)一步的壓裂性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)，主要評(píng)價(jià)試驗(yàn)有基液性能、交聯(lián)效果、攜砂效果、破膠性能等壓裂液性能評(píng)價(jià)模擬試驗(yàn)。該采油廠壓裂施工作業(yè)時(shí)，基液配方：胍膠：殺菌劑：激活劑：助排劑：穩(wěn)定劑=0.26%：0.05%：0.05%：0.12%：0.08%；交聯(lián)液配方：硼砂：過硫酸銨=0.80%：0.70%，將基液與交聯(lián)液按照20∶1的比例混合配制而形成凍膠。根據(jù)石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《SY/T 5107-2016水基壓裂液性能評(píng)價(jià)方法》，在35℃條件下，測(cè)試基液和凍膠黏度。

延長(zhǎng)油田某采油廠采用回用處理后的清水用于重新配液時(shí)，配液站實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的壓裂液性能評(píng)價(jià)效果（見表 3）。

從表3中可以看出：處理后的返排液作為回用配液用水時(shí)，其配制的壓裂液性能達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)配液站實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的壓裂液性能評(píng)價(jià)模擬試驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)合格后，將返排液站內(nèi)處理合格的返排液經(jīng)發(fā)液泵泵送至配液站，重新配制壓裂液，然后供井場(chǎng)壓裂作業(yè)使用。

表3 延長(zhǎng)油田某采油廠配液站壓裂液性能評(píng)價(jià)表

表4 返排液處理后作為回用配液用水記錄表

2.3 井場(chǎng)應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

延長(zhǎng)油田某采油廠油井的井深一般在500 m左右，地層溫度20℃～50℃，大多屬于中低溫超低滲井。每口井壓裂作業(yè)時(shí)約需100 m3壓裂液。返排液處理站試運(yùn)行期間，返排液處理后作為回用配液用水水源的記錄表（見表4）。

處理后的返排液作為配液用水時(shí)，觀察并記錄井場(chǎng)的壓裂數(shù)據(jù)，根據(jù)壓井效果和原油采收率情況，驗(yàn)證返排液處理后作為回用配液用水的性能。對(duì)返排液處理后回用配液的壓裂施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行跟蹤，以W167-3井次為例，壓裂施工數(shù)據(jù)（見表5）。

用返排液重新配制的壓裂液在井場(chǎng)攜砂效果良好。W167-3井壓裂施工綜合曲線正常，油壓、攜砂比例、排量等各項(xiàng)數(shù)據(jù)在合理范圍之內(nèi)，說明該井壓井成功。通過對(duì)壓井效果（壓裂液黏度、攜砂性能、破膠性能等）和原油采收率等數(shù)據(jù)的分析，返排液站出水作為回用配液用水時(shí)，在井場(chǎng)壓裂作業(yè)實(shí)際應(yīng)用中取得良好的效果。

3 效益分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

該站建成后，每年運(yùn)行、維護(hù)、折舊等總成本約200萬元。處理后清水用于重新配液，每年可節(jié)約水資源50 000 m3，節(jié)約配液站用水成本25萬元。綜合考慮，返排液處理站年運(yùn)行成本約175萬元。若返排液進(jìn)入原有污水站，將增加維修、維護(hù)等直接費(fèi)用200萬元，污水站停產(chǎn)導(dǎo)致選油站原油脫水受影響，損失費(fèi)用將上千萬；若返排液不做任何處理，直接回注或填埋，按最新環(huán)保法處罰條例，一年將處罰800萬元以上。通過回用技術(shù)與回污水站或直接回注、填埋方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比，每年可為延長(zhǎng)油田某采油廠節(jié)約600萬元以上的直接經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 社會(huì)效益分析

壓裂返排液處理回用技術(shù)在延長(zhǎng)油田某采油廠的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了水資源的循環(huán)利用，避免環(huán)境污染；減輕了企業(yè)負(fù)擔(dān)，為企業(yè)走向環(huán)境友好的可持續(xù)發(fā)展之路作出貢獻(xiàn)；為中石油、中石化、中海油等其他油氣田產(chǎn)生的壓裂返排液處理困難的問題提供了解決方案，對(duì)這些油氣田的壓裂返排液處理具有重要的指導(dǎo)意義。

4 結(jié)論

延長(zhǎng)油田某采油廠壓裂返排液處理站工藝先進(jìn)，運(yùn)行穩(wěn)定，至今已處理返排液約50 000 m3。處理后出水可全部作為回用配液用水，配制的壓裂液已應(yīng)用于多個(gè)井場(chǎng)的壓裂施工作業(yè)，壓井均取得成功。

表5 W167-3井壓裂施工數(shù)據(jù)匯總表

壓裂返排液回用技術(shù)在延長(zhǎng)油田某采油廠的成功應(yīng)用，不僅避免了返排液對(duì)原有污水站的干擾和沖擊，而且實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好和水資源的節(jié)約，使得延長(zhǎng)油田某采油廠在能源開發(fā)和環(huán)境保護(hù)之間，找到一個(gè)較好的結(jié)合點(diǎn)，環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。

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