污水压裂液现场应用探索与认识

吴刚飞 修书志 廖清志 王孝超 陈立新 崔 伟

(1.华北油田工程技术研究院，河北 062552；2.华北油田友信勘探开发服务公司，河北 062552；3.华北油田采油一厂，河北 062552；4.华北油田勘探事业部，河北 062552)

污水压裂液现场应用的成功不仅使大量油田污水得到了有效处理，消除了安全环保风险，而且可以节约大量淡水，不仅保护了淡水资源，而且降低了施工成本，实现了经济效益与安全环保的统一。

1 油田污水情况

综合分析表明，华北油田含油污水具有以下共同特点(表1)：

表1 华北油田R站和Y站水样离子含量分析数据表

2 污水压裂液配置难点

由于油田污水中含有大量的金属离子、微生物等，因此油田污水压裂液在配置过程中存在着以下难点：(1)由于污水中含有金属硼离子，压裂液配制时易发生“返胶”现象，影响压裂施工。(2)污水中含有大量的细菌，易引起压裂液腐败变质，影响压裂液交联、携砂性能。针对华北油田污水的具体情况，经过室内实验优选出了适合华北油田R站油田污水的压裂液体系。

3 污水压裂液配方的确定

根据R站污水的特点，配置既能满足压裂携砂要求，又能巧妙的解决污水压裂液配置难点的关键是优选出适合用于污水配液的稠化剂和交联剂。

3.1 稠化剂优选

通过室内实验，发现现在通用的稠化剂(羟丙基瓜尔胶、JK101透明型稠化剂、羧甲基瓜尔胶等)都能满足压裂液的基本性能。根据研究，海水配置的压裂液在70mPa·s以上即可满足压裂需要。通过用量、残渣含量、成本等多方面考虑，选取了JK101透明型瓜尔胶作为稠化剂。该稠化剂在污水中溶解性较好，溶液在1小时后的表观粘度达到70mPa·s以上，满足现场配置需求。

3.2 交联剂优选

根据实验确定污水压裂液的交联剂为有机硼锆，由于有机锆不仅能使稠化剂交联，而且对粘土还具有较好的防膨胀作用，其与有机硼复配使用，既能使压裂液延迟交联，降低施工摩阻，又能提高压裂液的耐温与抗剪切性能，还能对粘土起到较好的防膨稳定作用。经过室内实验，优选出的交联剂既能满足压裂携砂的需求，又能满足长时间剪切的要求。

3.3 交联促进剂优选

由于选用的污水为大站流程中污水，其中存在多种金属离子，同时还有部分是压裂液的返排液，使得液体容易存在 “返胶”， 即 “二次交联” 问题。

室内实验表明压裂液的返胶现象通常都是有着时间限制，即通常是在4～5个小时后发生，为此，根据现场施工时间长短，提出了有针对性的解决方案。

(1)若压裂施工时间短，即当天配液当天压裂，则在配置基液时将交联促进剂加入，待压裂施工时直接加入交联剂，即可满足现场携砂的要求。

(2)若压裂施工时间较长，需要提前将压裂液配好，即不能当天配液当天压裂施工的，压裂时将交联剂和交联促进剂按一定比例配置在一起，然后按一定比例加入基液中，防止液体“返胶”。

3.4 杀菌剂的优选

由于油田污水中存在着大量的细菌，常见微生物有硫酸盐还原菌、铁细菌、腐生菌，均为丝状菌，多数污水中细菌含量为102～104个/mL，有的高达108个/mL，因此，杀菌剂的选择尤为重要。

通过室内实验，发现用污水配置的压裂液特别容易腐败变质，通常配置好的液体经过8～12小时就基本破胶，不能满足现场施工要求，因此经过大量的室内实验，优选出了适合油田污水的杀菌剂，经过现场应用，取得了较好的效果。

4 污水压裂液性能评价

4.1 携砂性能评价

将配置好的污水压裂液中均匀加入砂比为30%的20～40目陶粒，搅拌均匀后静置计时，在60min、120min后观察悬砂情况，见图1。

图1 污水压裂液携砂性能

实验可知，在120min后，陶粒略有沉降现象，表明污水压裂液具有较好的携砂性能，能够满足现场施工需要。

4.2 破胶性能评价

根据SY/T 5107—2005《水基压裂液性能评价方法》，对污水压裂液破胶性能进行了评价，破胶实验表明，在60～120℃条件下，污水压裂液破胶比较胶彻底，与常规压裂液破胶相当，破胶剂用量也与常规压裂液用量相当，同时破胶时间是可控的(表2)。

表2 破胶性能室内实验数据

4.3 配伍性评价

地层水与压裂液各种添加剂是否配伍影响到压裂液的质量和压裂效果，所以必须考察压裂液与底层水的配伍。取标准盐水，与压裂液破胶液做配伍性试验，将盐水和破胶液分别按2:1、1:1、1:2的体积比混合后从左到右依次放入具塞量筒中，在恒温70℃的水浴锅中，放置两个小时后观察现象，具体结果见表3。

表3 污水压裂液配伍性实验结果表

4.4 抗剪切性能评价

优选出的压裂液具有良好的耐温和抗剪切性能(在110℃、170s-1连续剪切120min，压裂液粘度≥150mPa·s)，能够满足现场施工要求，具体见图2。

图2 污水压裂液流变曲线图

4.5 压裂液伤害性能评价

为了正确评价污水压裂液对地层的伤害，取华北油田西柳10断块具有代表性的天然岩芯，参照SY/T 5107—1995压裂液对岩芯渗透率损害率的测定方法，进行了伤害评价试验，结果见表4。

表4 污水压裂液对岩心伤害实验数据

由表3岩芯伤害实验数据可知：污水压裂液对西柳10断块岩芯的平均伤害率31.33%，羟丙基胍胶压裂液对西柳10断块天然气岩芯的平均伤害率29.36%。污水压裂液岩心伤害与常规压裂液相当。

5 现场应用情况

华北油田在X断块采用污水压裂液施工了一口井。该井完钻井深3286m，施工井段3091.0～3097.2m，本井采用51/2套管完井。由于是实验性施工，压裂1个层段，加砂18m3；施工中施工压力为31.49～64.28 MPa，施工时间为1小时。压裂中施工压力稳定，携砂性好，最高砂比达到506kg/m3，压后返排液破胶彻底，达到预期目的。该井压前日产液1t，日产油0.5t，含水50%。压后，日产液13.2t，日产油8t，效果显著(图3)。

图3 压裂施工曲线图

6 结论与认识

(1)污水压裂液在华北油田首次应用，经过现场试验，完全能够满足现场压裂携砂需求；

(2)不同区块、不同层位所产生的污水所含金属离子、微生物等都不同，需对其进行具体分析，形成有针对性的污水压裂液配方；

(3)针对污水压裂液在配置、现场压裂中出现的问题，采取不同的工艺措施能得到较好的解决。