煤层气井产出水重复利用配制压裂液指标

煤层气生产过程中会产生大量的产出水,为了解决产出水处理过程难、处理费贵等问题,以沁水盆地安泽区块为例,开展了煤层气井活性水压裂后产出水离子矿化度连续性监测、产出水稳定性评价及产出水配制活性水压裂液配伍性实验评价。实验结果表明,压裂液进入煤层很快与煤层水混合,当压裂后快速返排,72 h大部分压裂液返排出煤层;煤层产出水最少静置48 h后,水质变清澈稳定,产出水固相含量小于50 mg/L,达到压裂重复再利用固相含量标准;煤层产出水配制压裂液与地层水混合无沉淀及絮凝,配伍性好,对储层伤害小。利用煤层气井产出水配制压裂液是可行的,设计了现场静置处理产出水的积液池,可使产出水充分循环利用,节约水处理成本,实现降本增效。

二氧化碳敏感清洁压裂液的研制及性能评价

采用N-羟乙基乙二胺和长链脂肪酸反应脱水环化合成了二氧化碳敏感清洁压裂液主剂。红外光谱分析和质谱分析表明其成功合成。探究二氧化碳敏感清洁压裂液应用的影响因素发现,该体系在150℃下具有良好的降低表面张力能力,其临界胶束浓度约为0.06 mmol/L,反离子浓度达到50 mmol/L时,体系黏度达到顶峰564 Pa·s;体系黏度在150℃仍有良好的耐剪切性能。在温度150℃下,中试产品压裂液体系与市售压裂液产品体系对比,体系增黏效果最好,二氧化碳敏感性最好;交替剪切中黏度保留率高,抗剪切能力和剪切自修复能力优越;其流动行为符合黏弹性体系的流变行为,流变性能最好,且具有较好抗盐能力。在岩心伤害率评价中,压裂液体系的整体渗透率伤害均远小于相关规定的25%,是绿色清洁的环境友好型压裂液。在现场应用评价中,压裂液体系破胶性能优越,现场对比应用中能够有效防止砂堵,压裂施工中表现出优异的携砂性能,压裂后裂缝具有较好的导流能力,实现压裂增产。

NHC环保型清洁压裂液性能评价及现场应用

为解决常规压裂返液不易回收利用的问题,制备了一种NHC压裂液。NHC压裂液稠化剂为一种低分子多糖表面活性剂,具有多糖自交联及表面活性剂卷曲、缠绕的双重作用。当稠化剂BHC-2用量为0.4%~0.8%时,NHC压裂液耐温抗剪切能力在70~90℃,在其返排液中加入0.3%~0.7%BHC-2后,可再次形成压裂液。现场试验表明:在清水中加入0.4%BHC-2所形成的压裂液在施工过程中压力较平稳,在返排液中加入0.3%BHC-2时即可形成交联液,实现携砂压裂。NHC压裂液配液及回收工艺较简捷,在长庆华池油田某井压裂施工7段,回收返排液1 435 m^(3),返排液回收利率为95.67%,较好的利用了返排中的有效成分,减少了水资源的浪费,具有良好的环保效应。后期数据分析表明:使用NHC压裂液改造后储层产油量比胍胶压裂液提高7.55%以上,表明该压裂液对储层伤害较小,有利于维持储层的原始动态平衡。

页岩油压裂返排液水质特性分析及循环利用工艺技术探讨

针对页岩油压裂返排液量大且集中、成分复杂、水质波动大、运行成本高的问题,需要开展返排液水质特性分析及循环利用技术研究。通过技术调研,明确工艺方向;对返排液现场取样,水质跟踪监测,了解单井返排液水质变化情况。通过室内试验,掌握了室内沉降特性、加药效果、气浮特性,两口单井返排液分别进行室内气浮15 min和45 min后,达到含油、悬浮物固体质量浓度≤50 mg/L的指标,确定了气浮处理工艺的可行性。根据技术调研和室内气浮试验结果,形成了破胶+两级气浮为主的返排液处理工艺,立足于橇装化、系列化设计,实现可复制、可搬迁,并且可重复利用,使返排液处理后用于复配压裂液,实现返排液就地处理、就近复配利用。

可回收再利用的低分子胍胶压裂液技术研究

为解决压裂作业水资源缺乏和返排液难处理的问题,利用pH值控制硼酸盐离解平衡移动原理来改变胍胶压裂液的交联状态,使其在酸性条件下非降解性破胶,胍胶分子结构不被破坏,可实现重复交联。采用生物降解技术,对胍胶进行降解,通过控制降解条件来控制胍胶的降解程度,从而控制胍胶的相对分子质量,制备出了相对分子质量为30×104~50×104、在硼酸盐条件下可交联的低分子胍胶,其水溶液黏度较低,水不溶物质量分数≤4%。并以某固体酸为囊芯、在水中可逐渐溶解的某高聚物为囊衣,采用空气悬浮成膜法制备出了一种胶囊破胶剂,在地面条件下显中性,保证胍胶压裂液顺利交联,而在地层温度和压力条件下逐渐释放出固体酸物质对压裂液非降解性破胶。以低分子胍胶为稠化剂,包裹固体酸的胶囊为破胶剂,开发出了可回收再利用的低分子胍胶压裂液,在四川须家河组储层改造中得到了广泛应用,对返排出的压裂液进行了回收再利用,节能减排效果显著。

压裂返排液循环再利用影响因素

压裂返排液为油田主要污染物之一,将压裂返排液处理后再用于配制压裂液,对油田环境保护和节约成本都具有重要意义。以长庆油田某水平井现场压裂返排液为研究对象,分析了不同时段压裂返排液的组成性质,研究了压裂返排液中无机离子、固体颗粒和残余添加剂对循环利用的影响,并提出了相应的消除方法。研究结果表明:长庆油田某水平井现场压裂返排液中Ca2+、Mg2+含量低,不影响重复配液;Fe2+、Fe3+和固相颗粒含量高,通过"氧化-絮凝沉降-过滤"可有效降低;残余交联剂使得重复配制压裂液基液黏度过高,可通过三乙醇胺与葡萄糖按1∶9比例复配进行有效掩蔽;残余破胶剂影响重复配制的压裂液耐温性能,建议现场适量使用破胶剂。因此,压裂返排液通过除铁、除固相颗粒、掩蔽残余交联剂处理后可实现循环再利用。

长宁-威远地区页岩气压裂返排液处理技术与应用

针对长宁-威远地区页岩气开发存在的压裂返排液无害化处理难、现场施工配液用水缺乏等问题,分析了该地区页岩气压裂返排液的主要成分,明确了细菌、悬浮物以及高价金属离子的浓度是影响压裂返排液回用的主要因素。通过杀菌剂灭菌、絮凝沉降悬浮物、化学沉淀高价金属离子以及过滤絮体和沉淀等措施,开发出了适合长宁-威远地区页岩气压裂返排液回用的处理方法及处理工艺单元化的撬装处理装置,并在W204井区集气站进行了成功应用。处理后的压裂返排液清澈透明,水质满足行业标准要求,并成功回用于W204H4平台施工,施工性能稳定,实现了节能减排。

压裂返排液处理技术研究进展

针对压裂施工井次不断增多和施工规模逐渐增大的现状,概述了我国压裂返排液处理技术的研究进展,并对未来的发展方向进行了展望。各油气田应根据现场实施条件,对比外排、回注、回用等处置方式的技术难度,优选最合适的处理工艺进行渠道化处理。有回注条件的优先选择回注处理工艺,其处理成本最低;有回用需求的选择回用工艺,保留返排液中有用成分重新配制新的压裂液;最后的选择是外排处理,其要求指标多,处理成本最高。

压裂返排液中残余硼的去除及返排液的重复利用

在重复利用压裂返排液时,未完全降解的残余硼交联剂会影响后续压裂液的配制,残余硼遇碱时会提前交联羟丙基胍胶,致使体系基液黏度增加,降低泵送速率和压裂效果。采用多羟基化合物与硼络合以消除提前交联的不良影响,并考察了反应条件对络合效率及络合物稳定性的影响。实验结果表明,含有顺式邻位羟基的自制甘露醇(GLC)对硼有很好的络合效果,在GLC与硼酸的摩尔比大于等于2.5、pH约为10时,硼能被完全掩蔽形成稳定的络合物。用络合处理后的返排液直接配制交联冻胶压裂液,未出现提前交联的现象,且其流变性能与原始冻胶压裂液的流变性能相当。该方法能去除利用返排液配制压裂液时出现提前交联的不良影响。整个过程不需分离已存在于返排液中的含硼络合物,可提高处理效率。

EM50可回收压裂液体系的研制及其在苏里格气田应用

合成了一种具有表活性特征的多效高分子聚合物,进而研制开发出一种新型的可回收压裂液体系,通过实时调整主剂使用浓度,实现了降阻水、低黏液及携砂液的功能。室内实验结果表明,该压裂液体系具有低摩阻、可回收、易返排,易破胶,携砂性能好,且可以满足连续混配、污水配液等优点。截至2014年年底已成功应用于苏里格气田工厂化作业78口直井,取得了较好的改造效果。该研究解决了长庆气田"工厂化"作业返排液重复利用技术难题,有效缓解了环保压力,同时极大地节约了配液用水和化工料的用量。

鄂尔多斯盆地致密油滑溜水压裂液的研究与应用

北美页岩气等非常规油气资源得到了效益开发,主要的增产手段是滑溜水体积压裂。国内致密油储层改造使用的滑溜水压裂液研究与应用较少,国外产品价格昂贵且技术封锁。鄂尔多斯盆地致密油资源量大,开发前景广阔,其储层条件更复杂,具有低孔、低渗、低压特点,使用常规压裂液改造施工压力高,储层伤害大,改造效果不理想。该盆地黄土塬地貌水资源匮乏,体积压裂备水困难,且大量的返排液增加了环保压力。根据致密油地质特征和工艺需求,合成了梳状分子结构减阻剂DR64,配套优选出高效助排剂和黏土稳定剂,形成了一种适合盆地致密油开发的低成本可回收滑溜水压裂液体系。大量的室内和矿场试验表明,该体系减阻率达到64.1%,有效地减小了高泵压的风险,具有低伤害、携砂性能稳定、低成本可回收重复利用的特点,表现出良好的工艺适应性,为国内非常规油气资源的开发提供了宝贵经验。

黄原胶压裂液特性与应用前景分析

在28 074mg/L矿化度的海水中,配制非交联的0.4%的改性黄原胶压裂液,对压裂液的性能进行了评价。结果表明:改性黄原胶压裂液具备具有很强的增黏悬浮能力、高度假塑性,在砂比30%状态下携砂良好,0.5%的黄原胶压裂液彻底降解后残渣为124mg/L。现场应用表现出配方简洁、配制简便、低摩阻、携砂性能好、残渣低伤害小等性能。通过对黄原胶压裂液应用前景进行分析,认为黄原胶压裂液在一定的储层温度下,更加适应致密储层大规模改造与"工厂化"作业的需求,可部分代替胍胶压裂液进行开发利用,应用前景广阔。

苏里格气田可回收压裂液体系研制及应用

为了解决苏里格气田大规模增产带来的用水量急剧增加问题,以一种具有表面活性的多效丙烯酰胺共聚物增稠剂CJ3-1为主剂、增强剂ZJ(阴离子表面活性剂)和助排剂TGF(氟碳类表面活性剂)为辅剂制备了配方为0.4%增稠剂CJ3-1+0.4%增强剂ZJ+0.5%助排剂TGF的可回收压裂液体系,研究了该压裂液体系的携砂性能、耐温抗剪切性能、黏弹性能、减阻性能等,并考察了该压裂液的回收利用情况。研究结果表明,该体系具有良好的耐温抗剪切性能,在90℃、170 s^(-1)剪切60 min后的黏度保持在60 mPa·s左右,当剪切速率从170 s^(-1)增至1700 s^(-1)再恢复到170 s^(-1)时,压裂液的黏度迅速降低并快速恢复。该体系无残渣,摩阻低,携砂及返排性能良好,导流能力保持率为92%。已采用该压裂液施工300余口井,累计入地液量100余万方,回收利用40万方,回收压裂液经简单处理后就可再次配液使用,极大地缓解了苏里格气田因用水量急增而带来的困难。

新型致密油藏可回收滑溜水压裂液的研发与应用

致密油气藏压裂对压裂液的需求从常规的交联冻胶向低黏液体和滑溜水压裂液体系转变。从分子设计入手,合成了新型耐盐减阻剂,研发了用于致密油气储层压裂改造的新型耐盐低伤害滑溜水压裂液体系。根据标准SY/T 5107-2005对该体系进行评价,结果表明该体系具有较好的耐盐、耐温、耐剪切性能,良好的黏弹性,持续的减阻稳定性,可回收再配液。油田现场试验表明,新型压裂液体系能够适应在线连续混配,施工效果明显。

VES压裂液的性能研究与循环使用

采用阳离子双子黏弹性表面活性剂和KCl制备了一种清洁压裂液VES,并采用5%(w)的煤油对该压裂液进行破胶,破胶液用盐酸纯化析出,过滤得到其中的表面活性剂再次进行配液回收循环使用。采用FTIR和SEM方法对回收前后的VES压裂液结构进行表征。对回收前后VES压裂液的黏弹性、流变性、携砂性等性能进行研究,并进行了岩心伤害实验和破胶实验。表征结果显示,回收前后的表面活性剂结构未发生变化,且回收循环试样依旧具有清晰的胶束层结构,VES压裂液可重复使用。实验结果表明,回收前后VES压裂液仍具有良好的弹性性质,而黏度几乎没有差别,在60 min内各试样黏度缓慢下降至约50 m Pa·s;VES压裂液原样岩心伤害率为4.88%,远小于瓜尔胶体系;经5次回收循环后岩心伤害率为9.22%;VES压裂液具有优良的携砂性能;回收循环后的VES压裂液试样在2 h之内均可彻底破胶,破胶后的试样黏度均小于5 m Pa·s,且无残渣。

一种可回收清洁压裂液的研制和应用

在长庆油田体积压裂施工中需要配制大量压裂液,为避免大量消耗水资源,需对压裂液进行回收利用,而长庆区域普遍使用的羟丙基瓜胶体系回收后不能用于携砂,低分子瓜胶压裂液的回收利用工艺复杂。因此研制了一种可回收的清洁压裂液,该压裂液由3%XYCQ-1稠化剂、0.05%XYPJ-2破胶剂及(0.01%~0.10%)XYTJ-1水质调节剂构成。XYCQ-1稠化剂是将蔗糖经微生物培育、发酵而得到的一种微生物多糖稠化剂,在10 s内可使压裂液黏度趋于稳定,增稠快。XYPJ-2破胶剂是一种天然酶和分子改造酶的混合物,由特异水解稠化剂的多糖构成,通过对稠化剂分子结构进行定点突变,促进酶有针对性的反应,形成非天然的新二硫键,从而保证了破胶液的再次成胶反复使用。XYTJ-1水质调节剂与返排液中的Ca2+、Mg2+等高价金属离子可形成溶于水的络合物或螯合物,消除高价离子对成胶的不利影响。实验表明,该压裂液耐温80.0℃,且有较好的悬砂、降阻及助排性能,在常温静置24 h和80℃水浴中静置15 min后基本无沉降,注入排量为64 L/min时降阻率为67%,岩心损害率仅为6.70%。该压裂液在长庆区域油水平井体积改造中应用21口井,施工用液10.46×104 m^3,返排液经分离沉砂等简单处理后即可再配压裂液,处理工艺简单,且回收液配制的清洁压裂液携砂性能良好,现场回收利用多达10次,表明该新型清洁可回收压裂液能满足多级压裂施工要求。

CJ2-3型可回收低分子量瓜尔胶压裂液的开发

低分子量瓜尔胶CJ2-3分子链上引入了亲水基团，水溶性好，水溶液30℃[η]值0．842L／g，按3组K，α求得分子量3．86×10^6～5．93×10^5。CJ2-3压裂液以硼酸盐作交联剂，交联剂用量大于常规瓜尔胶类压裂液。0．35％压裂液基液在pH=8．5时黏度仅12mpa·s，形成的压裂液在热剪切测试中（170s^-1）黏度几乎立即产生，温度达到设定值后黏度保持不变，且60℃、70℃黏度相差不大（在100mPa·s上下），即该压裂液流变曲线变化平稳。温度敏感性小，易控制，携砂能力强，压裂施工设计难度较小。加入破胶剂（过硫酸铵）可使该压裂液破胶。破胶液黏度符合返排要求。室内模拟破胶实验结果表明，压裂施工完成后，CJ2-3压裂液与低pH值的支撑裂缝表面接触时pH值下降，pH≤8．0时破胶，破胶液黏度接近基液，其中的CJ2-3不发生降解。CJ2-3压裂液滤失控制性能好。滤失量小，滤饼可在地层中自行破胶，易清除。长庆油田的3口油井用CJ2-3压裂液压裂，未加破胶剂的1口井。压裂液返排率达92．9％，返排压裂液在30℃放置7天，黏度下降30．8％。返排压裂液中补加各种添加荆得到的回收压裂液．流变性和其他性能与原始压裂液一致。图5表8参4。

可修复循环利用二氧化碳智能响应清洁压裂液构筑及成胶机制

针对阳离子清洁压裂液吸附严重、成本高等问题,通过合成非离子CO2智能响应黏弹性表面活性剂(C18AKO),研制一种可修复循环利用CO2智能响应清洁压裂液体系(CO^2-VES,中高温体系0.7%C18AKO/1.0%PtsNa/0.12%CO2;高温体系1.30%C18AKO/1.75%PtsNa/0.23%CO2)。利用流变实验和电镜实验揭示CO^2-VES成胶机制。结果表明C18AKO遇CO2发生质子化(C18AKOH+),C18AKO、C18AKOH+、HCO3-和CO32-组装形成蠕虫胶束,蠕虫胶束相互缠绕形成三维空间网状结构,从而宏观上具有优异的黏弹性;该体系有良好的减阻性(减阻率大于76%)、耐温性(温度高于120℃)、界面活性(界面张力为10-2 mN/m数量级)、耐剪切性、防膨性,储层伤害性低(岩心伤害率小于10%),遇油破胶无残渣;CO^2-VES具有良好的修复循环利用性,反排液补充少量药剂通入CO2即可修复,经3次循环修复,其耐温性、减阻性、储层伤害性满足施工需求。

CO2响应性清洁压裂液的研究与评价

制备了CO2响应性的黏弹性表面活性剂TAV作为清洁压裂液的稠化剂,筛选了反离子盐,得到了压裂液体系的最佳配方,测定了TAV溶液接触CO2质子化前后的油水界面张力,考察了压裂液的流变性、携砂性、破胶与循环性能及其对岩心伤害情况。实验结果表明,CO2响应后的TAV溶液可大幅降低油水界面张力,2.5%(w)的TAV溶液在0.2%(w)KCl助剂下,溶液黏度可达78 mPa·s,在110℃下流变剪切120 min黏度满足要求,体系对20~100目范围内的石英砂具有很好的悬浮性,120 min后仍处于均匀分布的状态;电导率测试证实该体系可重复CO2/N2响应,在40℃时通N2后8 min即可破胶,且对岩心伤害最低达到12.7%。

东北油气田可重复利用地层水基压裂液

针对东北油气田压裂液配液水缺乏及地层水重复利用难的问题,开展了东北油气田地层水特征分析及可重复利用压裂液研究。地层水特征分析以及地层水压裂液优选实验结果表明:苏家屯等几个区块地层水呈弱碱性,生物活性强、Ca2+、Mg2+含量高,使得常规稠化剂溶胀速度慢甚至沉淀、配制的基液稳定性差并且交联无法控制、交联液耐温能力差。最终确定了能采用地层水配制的BCS分子自缔合压裂液及130℃配方:0.55%稠化剂BC-S+0.45%稠化增效剂BL-S+0.3%金属离子稳定剂BCG-5+0.2%高温稳定剂B-13+0.3%高效阻垢剂BC-3。性能评价结果表明:BCS压裂液在130℃、170 s-1下剪切120min黏度可达35 m Pa·s以上,耐温抗剪切性能良好,携砂性能优于HPG压裂液,并且破胶彻底,破胶液残渣含量仅为1.5 mg/L,表面张力为24.32 m N/m。采用60%的自来水稀释压裂返排液后,配制的BCS压裂液能达到原130℃配方的标准,从而实现地层水的多次重复利用。