红河油田压裂返排液回用技术研究

石油天然气学报(江汉石油学院学报)2014年6月第36卷第6期JournalofOilandGasTechnology(J．JPI)Jun．2014Vo1．36No．6红河油田压裂返排液回用技术研究卜有伟(长江大学研究生院，湖北荆州434023；中石化华北分公司资产装备处，河南郑州450006)郝以周(中石化华北分公司实验中心，河南郑州450006)吴萌，陈雁南(北京矿冶研究总院，北京102600)[摘要]压裂返排液具有高化学需氧量(C0D)、高色度、高悬浮物和高溶解性总固体(TDS)特征，直接排放将对周边环境造成严重的污染。研究对现有压裂液处理技术进行了评价，提出一种全新的处理方案。在对红河油田压裂返排液进行水质分析和普查基础上，以返排液中各成分对压裂液配液的利弊影响进行分类，区别对待，研究开发出一条“保留对配液有用成分、定点清除有害成分”的独特工艺，该工艺把返排液处理工艺和压裂液配液工艺密切结合，达到最大限度地减少处理和配液成本之目的。[关键词]压裂返排液；成分分析；回用技术；红河油田[中图分类号]TE357．13；TE934．2[文献标志码]A[文章编号]1000—9752c2014)06—0139—04在石油能源的开发过程中，压裂是油气藏改造增产的重要手段之一，众多的压裂开采方式中以水力压裂为主，其中水基压裂液的配制和使用是核心技术之一在压裂施工作业结束后，部分压裂液将从地层中返排回地面，成为压裂返排液，通常情况下，压裂返排液的量大约占压裂液用量的5O～7O。“十二五”规划期间，红河油田总共施工水平井564口，产生压裂液返排液113．3967×10m。；整个华北分公司施工水平井2968口，生产压裂返排液达到605．8314×10Ill。压裂返排液成分与压裂液配方和地层水水质密切相关。配方中主要包括稠化剂、黏土稳定剂、破乳剂、破胶剂、交联剂、起泡剂、pH值调节剂、杀菌剂等多种成分。返排液所含的污染物成分复杂，包括植物胶、甲醛、水溶性高分子聚合物、固体悬浮物(包括黏土颗粒、压裂砂、地层微粒、破胶残渣等)、原油、溶解性有机物(泥浆处理剂、破乳剂等)、微生物、无机盐、无机酸等。由于油层所在的地层不同，地层水的水质成分相差较大，因此压裂施工结束后返排回地面上的返排液，不仅含有压裂液中本身添加的多种化学物质，还含有少量石油及地层水和油层中的成分，属于高化学需氧量(COD)、高色度、高悬浮物和高溶解性总固体(TDS)的油田作业废水，如将其直接外排，将严重污染周边生态环境。处理后外排，工艺复杂，成本高，已成为压裂施工企业面临的严重负担[】]。笔者研究出将返排液处理后直接用于配液的新技术，既可以缩短返排液的处理流程，降低处理成本，又可以在配液时少加、甚至不加氯化钾类黏土稳定剂，从而实现有价成分资源的循环经济利用。1红河油田压裂返排液成分普查红河油田选取HH37P11井、HH37P22井、HH12．P27井、HH31P8井、HH55P22井这5口井，检测压裂返排液的溶解性总固体，固体悬浮物，钙、钾离子的质量浓度，硼交联剂质量浓度，化学需氧量等指标。1．1溶解性总固体(TDS)由图1可以看出，TDS变化随返排时间的增加而逐渐增加。说明返排液前期只是加入的成分(主要指压裂液中的添加剂，如黏土稳定剂氯化钾、pH值调节剂等)返回，随着返排时间的增加，地下组分进入返排液，特别是在抽吸阶段(压裂液返排过程分为放喷阶段和抽吸阶段，其中抽吸阶段是指返排[收稿日期]2014—01—10[作者简介]有伟(1974一)，男，1996年大学毕业，高级工程师，硕士生，现主要从事资产装备管理工作。石油天然气工程2014年6月液在无法自然返排后，使用抽油机抽吸返排的过程，时间大约在放喷3～4d后)增加显著。1．2固体悬浮物(SS)．．由图2可以看出，固体悬浮物的质量浓度随时间的变化范围在200~550mg／L之间，表明返排过程中，每天固体悬浮物质量浓度比较稳定。一80000。0＼60000璐咖j40000憾20000600500400。0300矬z00叵1002468时间／d图2固体悬浮物(SS)随时间的变化1．3钙、钾离子质量浓度Ca作为主要的成垢元素，对二次配液会有明显的影响。因此对于返排液中Ca的确定，有助于量化处理工艺。每天返排液中Ca。的质量浓度随时间而增大(图3)，这是因为Ca主要来自地层水，返排后期主要以地层水为主，因此返排后期的返排液中Ca。质量浓度接近地层水中Ca抖的质量浓度。K主要有两个来源，一是压裂液中添加的KC1，二是地层水中原有的。由图4可以看出，这5口井K的质量浓度变化较大。原因可能是压裂液配方中KC1的质量分数不同，也可能是每口井所处的地层对K的吸附能力不同造成的。6000—5000㈣3000蠼2000100OO024681O12返排时间