生产污水配制压裂液技术与应用

　　苏里格气田已进入稳定开发阶段，气田产出污水量不断加大，据统计2014年苏里格气田平均污水处理量为1950m3/d，由于其水质复杂，如果处理不当，会造成很大的环境污染，目前苏里格气田对该类生产污水的处理，主要是采用“隔油+沉淀+过滤+回注”工艺，这样的处理方式不但成本高，而且回注时引起受纳水体的潜移性侵害，可能会影响其它井的正常生产，另外生产污水量增加也加大了污水处理厂的负荷，甚至有时为了减少天然气处理厂的污水处理负荷，通过降低天然气产量来实现，这样大大的影响了生产，因此将生产污水快速处理并能投入使用，是解决日益增长污水量的有效途径之一。本文通过自主研发的适用于生产污水的压裂液体系，考虑现场实施条件，引入简易的污水处理方式，成功应用于苏里格气田直井压裂施工。

　　1、实验部分

　　(1)实验材料。

　　水源：苏53-3号集气站;生产污水配制压裂液配套产品：压裂用增稠剂生产污水用瓜尔胶JK106F、防膨剂JK05、助排剂JK01、杀菌剂JKSJ01、交联促进剂JK04F、交联剂JK03F，以上产品均由长城钻探工程有限公司昆山公司自主研制。

　　(2)实验仪器。

　　德国HaakeRheometer6000旋转流变仪、瑞士万通Metrohm850离子色谱仪、德国KrussK100表界面张力仪。

　　(3)实验。

　　①水质分析采用Metrohm850离子色谱仪对苏53-3号集气站的生产污水进行水质分析。

　　②采气生产污水用瓜尔胶增粘速率测定。量取400mL蒸馏水，利用ChandlerEngineering搅拌器在转速为1500±10rpm的条件下，加入1.80g增稠剂，搅拌2.5min后，置于六速粘度计上，在低速100rpm，25℃(恒温)条件下测定基液粘度。

　　③压裂液交联状态、交联时间测定。冻胶配制过程：搅拌条件下，向上述液体②中加入1.2ml防膨剂，2.0ml助排剂，0.4ml杀菌剂。量取100ml上述基液，搅拌条件下，同时加入0.50ml交联促进剂JK04F和0.50ml交联剂JK03F，搅拌形成冻胶。利用秒表记录交联时间，通过玻璃棒搅拌观察冻胶状态。

　　④压裂液耐剪切性能测定。按上面③的操作方法，将形成的冻胶置于HaakeRheometer6000旋转流变仪(或同类仪器)中，进行耐剪切性能测试。

　　⑤压裂液破胶性能测定。将冻胶装入具塞刻度试管中，放入90℃水浴中，使冻胶在恒温温度下破胶。按不同破胶剂的量以及不同时间，取破胶液上面的清液，用毛细管粘度计测定破胶液粘度，当粘度<5mPa・s时，可以确定压裂液彻底破胶。利用KrussK100表界面张力仪，以煤油和破胶液清液界面作油水界面，测定界面张力。

　　⑥压裂液残渣含量测定。按照SY/T5107-2005《水基压裂液性能评价方法》，其中6.14残渣含量测试方法。

　　2、结果与讨论

　　(1)水质情况。

　　苏里格气田生产污水具有高浊度、高矿化度、高腐蚀性、高硼含量、低pH值的特性，见表1，普通瓜尔胶类增稠剂难以溶胀，根据水的特性，昆山公司研制出适合于生产污水配制压裂液用瓜尔胶。

　　生产污水中含有较高的硼离子，使得瓜尔胶溶胀后容易形成弱“交联”现象，粘度大大加大，影响施工，因此在现场加入适当的水处理剂，采用快速的处理方式，屏蔽硼离子以及其它金属离子，使得配制的压裂液外观清澈，残渣低。

　　(2)生产污水用瓜尔胶增粘速率。对于粉比为0.45%的基液增粘测试，结果见图1。生产污水配液用瓜尔胶在25℃条件下，5min即可完全溶胀，0.45%JK106F最终粘度达到51mPa・s，JK106F在溶解过程中分散均匀，不易形成“鱼眼”，能够满足连续混配的施工要求。

　　(3)交联时间以及交联状态。按照上述的测试方法，测定交联时间为2min左右，该体系有延迟交联的特性，可通过调整体系中的交联促进剂与交联剂的量来控制交联时间，来满足不同施工要求。冻胶具有较好的粘弹性，交联状态如图2。

　　(4)耐剪切性能。按照如下的压裂液配方进行耐剪切性能测试：0.45%JK106F+0.50%JK01+0.30%JK05+0.10%JKSJ01+0.50%JK04F+0.50%JK03F。

　　从图3可以知道，在120℃条件下，剪切速率为170S-1，剪切2hr后，粘度保持在120mPa・s左右，说明该体系有较好的耐温耐剪切性能，完全满足现场携砂要求，且远高于行业指标(最终粘度≥50mPa・s)。

　　(5)破胶实验结果。按照配方：

　　加入不同量破胶剂后，不同破胶时间对应的结果如表2所示。

　　从表2可以看出，生产污水压裂液体系的破胶方式与普通瓜尔胶压裂体系一样，可根据不同施工时间加入不同量破胶剂(过硫酸铵)进行破胶，破胶容易且破胶彻底。经测试，破胶液表面张力为24.58mN/m，界面张力为1.75mN/m，较低的表、界面张力能充分保证压裂液破胶后返排。

　　(6)压裂液残渣。浓度为0.45%的JK106F，压裂液残渣的含量为141mg・L-1，远低于《SY-T6376-2008压裂液通用技术条件》中残渣含量≤600mg・L-1的要求，说明生产污水配制压裂液体系残渣较低，对地层伤害非常小，是一种相对清洁的压裂液体系。

　　3、现场试验

　　2014年11月3日，长城钻探苏里格气田项目部在苏10-31-16井首次进行了利用生产污水配制压裂液现场试验，并取得了圆满成功，压裂井基础数据见表3。

　　现场施工曲线如图4所示。

　　施工压力在53~55MPa之间，入井液体391.4m3，携砂量50m3，平均砂比22.8%。施工曲线平稳，该试验项目的成功，实现了气田生产污水就地处理再利用，从而降低了生产污水处理由集气站拉运到处理厂的运输成本，缓解了长庆油田天然气处理厂污水处理量日渐增多的问题;同时，减少了污染物排放，节约了水资源，这对于严重缺水、生态脆弱的西部地区有着重要的意义。

　　4、结论

　　通过以上分析，初步得出如下结论：

　　(1)0.45%JK106F粘度为51mPa・s左右，满足现场施工的粘度要求，且增粘速度快，不易形成“鱼眼”。

　　(2)冻胶交联时间(~3min)可控，可满足不同施工要求，冻胶挑挂状态优良，粘弹性好。

　　(3)冻胶耐温耐剪切性能优异，在120℃条件下，170S-1剪切2hr后，粘度保持在120mPa・s左右。

　　(4)生产污水配制压裂液体系破胶容易且破胶彻底，体系残渣低，对地层伤害小。

　　(5)试验井苏10-31-16施工顺利，说明生产污水配制压裂液体系可在苏里格气田推广应用。(来源：中国石油长城钻探公司昆山公司)