临兴致密砂岩气压裂返排液复配钙镁离子控制指标

*张杰 耿学礼

(中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司 天津 300452)

临兴致密砂岩气压裂返排液复配钙镁离子控制指标

*张杰 耿学礼

(中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司 天津 300452)

针对临兴致密砂岩气区块废弃压裂返排液处理,实现压裂返排液循环再利用,研究钙镁离子对复配压裂液的基液表观粘度、交联时间、破胶时间、耐温耐剪切和滤液表面张力性能进行分析,得出适宜临兴区块复配压裂液性能指标.结果表明,处理后水中钙离子浓度lt;350mg/L,镁离子浓度lt;550mg/L,能够满足临兴致密砂岩气区块压裂液性能指标.

压裂返排液;钙镁离子浓度;压裂液性能指标;控制指标

在致密砂岩气田开采过程中,压裂作为主要增产增效的手段之一,因此在临兴致密砂岩气田区块压裂作业较多,每口气井压裂液注入量约5000m³,压裂返排液约占60%-80%.压裂返排液的特点:1.组分复杂,作为普遍使用的压裂液,压裂液含有交联剂、破乳剂、降阻剂、pH控制剂、杀菌剂等15种添剂,含有一定量的烃类化合物、油脂、重金属、微生物、总溶解固体(TDS)等;2.黏度大、乳化程度高,导致其处理难度远超油田污水;3.处理难度大.压裂返排液中众多添加剂的使用使其具有较高的COD,TDS,TSS,故处理难度大.若直接排放,易对周围的环境造成严重污染.为解决环保问题,实现资源再利用,降低处理成本,目前主要采用的处理方式为回收处理重复利用,这也是未来压裂返排液主要处理趋势.

1.实验步骤

临兴区块压裂液配方为:配置水+0.005%杀菌剂+0.31-0.33%胍胶+0.1%粘土稳定剂3C+0.1%粘土稳定剂5C+0.1%助排剂251G+0.18%pH调节剂+0.025%交联剂XLW-32+0.1%交联剂XLW-30G.采用《SY/T5107-2005水基压裂液评价方法》,依据《临兴区块压裂液控制指标》(见表1),通过提高配置水中钙镁离子浓度,对压裂液进行评价分析.

实验仪器:电子天平(精度0.0001g);高速搅拌器(2000r/min,无极调速);ZNN-D6型六速旋转黏度计;Fann500ML高温高压滤失仪;TX500™旋转滴超低界面张力仪等.

序号 检测项目 临兴区域指标1基液粘度,mPa•s 20-40

表1 临兴区块压裂液控制指标

2.钙镁离子对压裂液性能影响分析

在临兴地表水的基础上,调节钙镁离子浓度,然后再根据临兴区块压裂液配方依次加入所需各处理剂,配置压裂液,进行压裂液性能检测.

(1)钙镁离子对基液表观粘度影响分析

图1 钙镁离子浓度对基液表观粘度的影响

通过实验分析,钙镁离子对压裂液基液表观粘度的影响较小(见图1),在钙离子浓度lt;10000mg/L、镁离子浓度lt;8000mg/L,压裂液基液表观粘度gt;20mPa•s,满足临兴区块压裂液性能指标要求.

(2)钙镁离子对交联时间影响分析

图2 钙镁离子浓度对交联时间的影响

通过实验分析,钙镁离子对压裂液交联时间的影响(见图2),在钙离子浓度lt;350mg/L、镁离子浓度lt;550mg/L,压裂液交联时间满足临兴区块压裂液性能指标要求.

(3)钙镁离子对破胶时间影响分析

表2 钙镁离子浓度对破胶效果的影响

从上表(表2)破胶效果影响上看,钙离子浓度、镁离子浓度对压裂液破胶时间基本无影响.

(4)钙镁离子对耐温耐剪切能力影响分析

①钙离子对耐温耐剪切能力影响分析

分别取两种水样配制好的压裂液基液100mL,加入交联剂,待压裂液成为冻胶状后,取约45mL,装入RS600流变仪样品室中,测试过程中实验条件为剪切测试速率170s-1,实验温度为60℃,测试压裂液耐温耐剪切性能.实验结果如下图:

图3 钙离子浓度550mg/l压裂液剪切性能测试

图4 钙离子浓度700mg/l压裂液剪切性能测试

由上图3、4可以看出,恒温60℃下,剪切120min后,配置水钙离子浓度为550mg/l时,最终粘度为70.62mPa•s,符合临兴区块压裂液性能指标要求的≥50mPa•s.配置水钙离子浓度为700mg/l时,最终粘度为45.53mPa•s,不符合临兴区块压裂液性能指标要求的≥50mPa•s.

②镁离子对耐温耐剪切能力影响分析

分别取两种水样配制好的压裂液基液100mL,加入交联剂,待压裂液成为冻胶状后,取约45mL,装入RS600流变仪样品室中,测试过程中实验条件为剪切测试速率170s-1,实验温度为60℃,测试压裂液耐温耐剪切性能.实验结果如下图.

图5 镁离子浓度800mg/l压裂液剪切性能测试

图6 镁离子浓度900mg/l压裂液剪切性能测试

由上图5、6可以看出,恒温60℃下,剪切120min后,配置水镁离子浓度为800mg/l时,最终粘度为77.71mPa•s,符合临兴区块压裂液性能指标要求的≥50mPa•s.配置水镁离子浓度为900mg/l时,最终粘度为47.93mPa•s,不符合临兴区块压裂液性能指标要求的≥50mPa•s.

(5)钙镁离子对滤液表面张力影响分析

综合钙镁离子对压裂液基液表观粘度、交联时间、破胶时间、及耐温耐剪切影响分析,在配置水中钙离子浓度lt;350mg/L、镁离子浓度lt;550mg/L时,配置的压裂液性能符合临兴区块压裂液性能指标要求.取配置水100ml,调节钙离子浓度至350mg/L镁离子浓度550mg/L,装入试管中,设置旋转腔体温度60℃,待温度稳定后,在样品管中注入合适大小的气泡,将样品管放入腔体中开始测试表面张力(见表3).

表3 配置压裂液滤液表面张力

3.结论

(1)实验研究表明,临兴区块压裂液配置水中钙离子浓度lt;350mg/L、镁离子浓度lt;550mg/L时,配置的压裂液性能符合临兴区块压裂液性能指标要求.

(2)钙镁离子对压裂液性能中交联时间和耐温耐剪切的影响较大,对基液表观粘度和破胶时间影响相对较少或基本无影响.

(3)针对临兴区块压裂返排液处理后,处理水循环再利用,复配水中钙镁离子浓度需控制在此范围内,再利用效果满足临兴区块压裂液性能要求,为临兴区块压裂返排液处理循环再利用提供参考.

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张杰(1986-),男,中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司;研究方向:钻完井环保方面的研究.

Complex Fracturing Back to the Liquid Control lndex of Calcium and Magnesium lon in Linxing Dense Sandstone Gas

Zhang Jie,Geng Xueli
(CNOOC EnerTech-Drilling amp; Production Co.,Tianjin,300452)

In iew of the Linxing in the tight sandstone gas blocks fracturing fluid flowback waste processing, realize the fracturing fluid flowback recycle, the calcium and magnesium ions on the distribution of the base fluid apparent viscosity of fracturing fluid, crosslinking time, break time, resistance to shear and filtrate of heat-resistant surface tension performance were analyzed, and it is in the block distribution of fracturing fluid performance index. Results show that the treated water calcium ion concentration lt; 350 mg/L, magnesium ion concentration lt; 550 mg/L, can satisfy the Linxing in the tight sandstone gas blocks fracturing fluid performance metrics.

fracturing fluid flowback;calcium and magnesium ion concentration;fracturing fluid performance indicators;control indicators

T

A