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(shù)研究院,河北 062552;2.華北油田友信勘探開發(fā)服務(wù)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(yè)部,河北 062552)
污水壓裂液現(xiàn)場應(yīng)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(huán)保風(fēng)險,而且可以節(jié)約大量淡水,不僅保護(hù)了淡水資源,而且降低了施工成本,實現(xiàn)了經(jīng)濟效益與安全環(huán)保的統(tǒng)一。
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(shù)據(jù)表
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(fā)生“返膠”現(xiàn)象,影響壓裂施工。(2)污水中含有大量的細(xì)菌,易引起壓裂液腐敗變質(zhì),影響壓裂液交聯(lián)、攜砂性能。針對華北油田污水的具體情況,經(jīng)過室內(nèi)實驗優(yōu)選出了適合華北油田R站油田污水的壓裂液體系。
根據(jù)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(guān)鍵是優(yōu)選出適合用于污水配液的稠化劑和交聯(lián)劑。
通過室內(nèi)實驗,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)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(jù)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(dá)到70mPa·s以上,滿足現(xiàn)場配置需求。
根據(jù)實驗確定污水壓裂液的交聯(lián)劑為有機硼鋯,由于有機鋯不僅能使稠化劑交聯(lián),而且對粘土還具有較好的防膨脹作用,其與有機硼復(fù)配使用,既能使壓裂液延遲交聯(lián),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(wěn)定作用。經(jīng)過室內(nèi)實驗,優(yōu)選出的交聯(lián)劑既能滿足壓裂攜砂的需求,又能滿足長時間剪切的要求。
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(lián)” 問題。
室內(nèi)實驗表明壓裂液的返膠現(xiàn)象通常都是有著時間限制,即通常是在4~5個小時后發(fā)生,為此,根據(jù)現(xiàn)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(dāng)天配液當(dāng)天壓裂,則在配置基液時將交聯(lián)促進(jìn)劑加入,待壓裂施工時直接加入交聯(lián)劑,即可滿足現(xiàn)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(dāng)天配液當(dāng)天壓裂施工的,壓裂時將交聯(lián)劑和交聯(lián)促進(jìn)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”。
由于油田污水中存在著大量的細(xì)菌,常見微生物有硫酸鹽還原菌、鐵細(xì)菌、腐生菌,均為絲狀菌,多數(shù)污水中細(xì)菌含量為102~104個/mL,有的高達(dá)108個/mL,因此,殺菌劑的選擇尤為重要。
通過室內(nèi)實驗,發(fā)現(xiàn)用污水配置的壓裂液特別容易腐敗變質(zhì),通常配置好的液體經(jīng)過8~12小時就基本破膠,不能滿足現(xiàn)場施工要求,因此經(jīng)過大量的室內(nèi)實驗,優(yōu)選出了適合油田污水的殺菌劑,經(jīng)過現(xiàn)場應(yīng)用,取得了較好的效果。
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(xiàn)象,表明污水壓裂液具有較好的攜砂性能,能夠滿足現(xiàn)場施工需要。
根據(jù)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(jìn)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(guī)壓裂液破膠相當(dāng),破膠劑用量也與常規(guī)壓裂液用量相當(dāng),同時破膠時間是可控的(表2)。
表2 破膠性能室內(nèi)實驗數(shù)據(jù)
地層水與壓裂液各種添加劑是否配伍影響到壓裂液的質(zhì)量和壓裂效果,所以必須考察壓裂液與底層水的配伍。取標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)象,具體結(jié)果見表3。
表3 污水壓裂液配伍性實驗結(jié)果表
優(yōu)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(xù)剪切120min,壓裂液粘度≥150mPa·s),能夠滿足現(xiàn)場施工要求,具體見圖2。
圖2 污水壓裂液流變曲線圖
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(jìn)行了傷害評價試驗,結(jié)果見表4。
表4 污水壓裂液對巖心傷害實驗數(shù)據(jù)
由表3巖芯傷害實驗數(shù)據(jù)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(guī)壓裂液相當(dāng)。
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(wěn)定,攜砂性好,最高砂比達(dá)到506kg/m3,壓后返排液破膠徹底,達(dá)到預(yù)期目的。該井壓前日產(chǎn)液1t,日產(chǎn)油0.5t,含水50%。壓后,日產(chǎn)液13.2t,日產(chǎn)油8t,效果顯著(圖3)。
圖3 壓裂施工曲線圖
(1)污水壓裂液在華北油田首次應(yīng)用,經(jīng)過現(xiàn)場試驗,完全能夠滿足現(xiàn)場壓裂攜砂需求;
(2)不同區(qū)塊、不同層位所產(chǎn)生的污水所含金屬離子、微生物等都不同,需對其進(jìn)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(xiàn)場壓裂中出現(xiàn)的問題,采取不同的工藝措施能得到較好的解決。