污水壓裂液現場應用探索與認識

吳剛飛 修書志 廖清志 王孝超 陳立新 崔 偉

(1.華北油田工程技術研究院，河北 062552；2.華北油田友信勘探開發服務公司，河北 062552；3.華北油田采油一廠，河北 062552；4.華北油田勘探事業部，河北 062552)

污水壓裂液現場應用的成功不僅使大量油田污水得到了有效處理，消除了安全環保風險，而且可以節約大量淡水，不僅保護了淡水資源，而且降低了施工成本，實現了經濟效益與安全環保的統一。

1 油田污水情況

綜合分析表明，華北油田含油污水具有以下共同特點(表1)：

表1 華北油田R站和Y站水樣離子含量分析數據表

2 污水壓裂液配置難點

由于油田污水中含有大量的金屬離子、微生物等，因此油田污水壓裂液在配置過程中存在著以下難點：(1)由于污水中含有金屬硼離子，壓裂液配制時易發生“返膠”現象，影響壓裂施工。(2)污水中含有大量的細菌，易引起壓裂液腐敗變質，影響壓裂液交聯、攜砂性能。針對華北油田污水的具體情況，經過室內實驗優選出了適合華北油田R站油田污水的壓裂液體系。

3 污水壓裂液配方的確定

根據R站污水的特點，配置既能滿足壓裂攜砂要求，又能巧妙的解決污水壓裂液配置難點的關鍵是優選出適合用于污水配液的稠化劑和交聯劑。

3.1 稠化劑優選

通過室內實驗，發現現在通用的稠化劑(羥丙基瓜爾膠、JK101透明型稠化劑、羧甲基瓜爾膠等)都能滿足壓裂液的基本性能。根據研究，海水配置的壓裂液在70mPa·s以上即可滿足壓裂需要。通過用量、殘渣含量、成本等多方面考慮，選取了JK101透明型瓜爾膠作為稠化劑。該稠化劑在污水中溶解性較好，溶液在1小時后的表觀粘度達到70mPa·s以上，滿足現場配置需求。

3.2 交聯劑優選

根據實驗確定污水壓裂液的交聯劑為有機硼鋯，由于有機鋯不僅能使稠化劑交聯，而且對粘土還具有較好的防膨脹作用，其與有機硼復配使用，既能使壓裂液延遲交聯，降低施工摩阻，又能提高壓裂液的耐溫與抗剪切性能，還能對粘土起到較好的防膨穩定作用。經過室內實驗，優選出的交聯劑既能滿足壓裂攜砂的需求，又能滿足長時間剪切的要求。

3.3 交聯促進劑優選

由于選用的污水為大站流程中污水，其中存在多種金屬離子，同時還有部分是壓裂液的返排液，使得液體容易存在 “返膠”， 即 “二次交聯” 問題。

室內實驗表明壓裂液的返膠現象通常都是有著時間限制，即通常是在4～5個小時后發生，為此，根據現場施工時間長短，提出了有針對性的解決方案。

(1)若壓裂施工時間短，即當天配液當天壓裂，則在配置基液時將交聯促進劑加入，待壓裂施工時直接加入交聯劑，即可滿足現場攜砂的要求。

(2)若壓裂施工時間較長，需要提前將壓裂液配好，即不能當天配液當天壓裂施工的，壓裂時將交聯劑和交聯促進劑按一定比例配置在一起，然后按一定比例加入基液中，防止液體“返膠”。

3.4 殺菌劑的優選

由于油田污水中存在著大量的細菌，常見微生物有硫酸鹽還原菌、鐵細菌、腐生菌，均為絲狀菌，多數污水中細菌含量為102～104個/mL，有的高達108個/mL，因此，殺菌劑的選擇尤為重要。

通過室內實驗，發現用污水配置的壓裂液特別容易腐敗變質，通常配置好的液體經過8～12小時就基本破膠，不能滿足現場施工要求，因此經過大量的室內實驗，優選出了適合油田污水的殺菌劑，經過現場應用，取得了較好的效果。

4 污水壓裂液性能評價

4.1 攜砂性能評價

將配置好的污水壓裂液中均勻加入砂比為30%的20～40目陶粒，攪拌均勻后靜置計時，在60min、120min后觀察懸砂情況，見圖1。

圖1 污水壓裂液攜砂性能

實驗可知，在120min后，陶粒略有沉降現象，表明污水壓裂液具有較好的攜砂性能，能夠滿足現場施工需要。

4.2 破膠性能評價

根據SY/T 5107—2005《水基壓裂液性能評價方法》，對污水壓裂液破膠性能進行了評價，破膠實驗表明，在60～120℃條件下，污水壓裂液破膠比較膠徹底，與常規壓裂液破膠相當，破膠劑用量也與常規壓裂液用量相當，同時破膠時間是可控的(表2)。

表2 破膠性能室內實驗數據

4.3 配伍性評價

地層水與壓裂液各種添加劑是否配伍影響到壓裂液的質量和壓裂效果，所以必須考察壓裂液與底層水的配伍。取標準鹽水，與壓裂液破膠液做配伍性試驗，將鹽水和破膠液分別按2:1、1:1、1:2的體積比混合后從左到右依次放入具塞量筒中，在恒溫70℃的水浴鍋中，放置兩個小時后觀察現象，具體結果見表3。

表3 污水壓裂液配伍性實驗結果表

4.4 抗剪切性能評價

優選出的壓裂液具有良好的耐溫和抗剪切性能(在110℃、170s-1連續剪切120min，壓裂液粘度≥150mPa·s)，能夠滿足現場施工要求，具體見圖2。

圖2 污水壓裂液流變曲線圖

4.5 壓裂液傷害性能評價

為了正確評價污水壓裂液對地層的傷害，取華北油田西柳10斷塊具有代表性的天然巖芯，參照SY/T 5107—1995壓裂液對巖芯滲透率損害率的測定方法，進行了傷害評價試驗，結果見表4。

表4 污水壓裂液對巖心傷害實驗數據

由表3巖芯傷害實驗數據可知：污水壓裂液對西柳10斷塊巖芯的平均傷害率31.33%，羥丙基胍膠壓裂液對西柳10斷塊天然氣巖芯的平均傷害率29.36%。污水壓裂液巖心傷害與常規壓裂液相當。

5 現場應用情況

華北油田在X斷塊采用污水壓裂液施工了一口井。該井完鉆井深3286m，施工井段3091.0～3097.2m，本井采用51/2套管完井。由于是實驗性施工，壓裂1個層段，加砂18m3；施工中施工壓力為31.49～64.28 MPa，施工時間為1小時。壓裂中施工壓力穩定，攜砂性好，最高砂比達到506kg/m3，壓后返排液破膠徹底，達到預期目的。該井壓前日產液1t，日產油0.5t，含水50%。壓后，日產液13.2t，日產油8t，效果顯著(圖3)。

圖3 壓裂施工曲線圖

6 結論與認識

(1)污水壓裂液在華北油田首次應用，經過現場試驗，完全能夠滿足現場壓裂攜砂需求；

(2)不同區塊、不同層位所產生的污水所含金屬離子、微生物等都不同，需對其進行具體分析，形成有針對性的污水壓裂液配方；

(3)針對污水壓裂液在配置、現場壓裂中出現的問題，采取不同的工藝措施能得到較好的解決。