宝塔采油厂长2油层采出水配置压裂液技术研究

2020-04-30应丹丹张建成章爱成张军营

化学工程师 2020年4期

应丹丹，张建成，章爱成，张军营

（延长油田股份有限公司宝塔采油厂，陕西延安761000）

在油田开采过程中，需要大量的水源进行脱水处理，这就加剧了水资源紧缺的问题[1]，在加上传统的采出水处理工艺技术相对单一，且缺乏深度处理工艺，使得油田采出水不能更好的满足回注或者外流标准，甚至会出现环境污染，进而污染当地甚至周边城市的水源，因此，为了更好的处理油田采出水[2]，解决采出水的去向问题成为工作的关键。油田采出水是比较好的配置压裂液的一种水源，用油田采出水来配置压裂液，解决了配置压裂液用水的水源问题又解决了采出水的去向问题。

油田采出水的特征包括高含盐、结垢离子，高含油、悬浮物、细菌等。在这些特征中，高含盐是油田普遍存在的共性，并且高含盐同时也意味着采出水中高含 Ca2+、Mg2+、Ba2+、Cr2+等易结垢的离子[3]。如果直接用来配置压裂液，这些离子的存在会阻碍压裂液稠化剂分子的伸展，使其很难在水中溶胀或者溶解，因此，不能形成高度分散体系的胶体溶液，进而影响压裂液的配胶特性。

本研究中以检测和去除长2产出水中Ca2+、Mg2+为目的，采用化学方法形成沉淀后随系统排出。筛选适宜的化学药剂来去除水中的Ca2+、Mg2+，通过测定Ca2+、Mg2+的去除率最后确定所选药剂或者药剂的复配体系。利用优选出来的药剂或复配体系处理过的长2产出水配置压裂液，对用该水配置的压裂液性能和用清水配置的压裂液进行对比评价。

1 实验部分

1.1 设备、仪器及药品

Na2CO3（天津市致远化学试剂有限公司），K2CO3（天津市致远化学试剂有限公司），碱式聚合氯化铝（上海展云化工有限公司），NaHCO3（国药集团化学试剂有限公司），以上药品均为分析纯；羟丙基瓜尔胶、硼砂、助排剂、引发剂、过硫酸铵均为工业品。

DNJ-5S六速粘度计（青岛恒泰达机电设备有限公司）；HH-M8恒温水浴锅（南京物化智能设备有限公司）。

1.2 宝塔采油厂长2油层产出水水型分析

在实验之前首先对所取长2油层水水中离子含量进行检测，检测结果见表1。

表1 水质各项离子浓度检测Tab.1 Determination of ion concentration in water

1.3 药剂及用量的筛选

根据反应机理和去除方式，使用以下两类6种药剂进行筛选：

（1）沉淀反应类 Na2CO3、K2CO3、碱式聚合氯化铝、NaHCO3。

（2）螯合反应类葡萄碳酸钠、腐殖酸钠。

初选淘汰3种药剂，分别为：碱式聚合氯化铝、葡萄碳酸钠、其原因分别为：

（1）碱式聚合氯化铝由于其加量大且药剂价格昂贵而淘汰；

（2）葡萄碳酸钠由于其形成的螯合物性能不稳定而淘汰。

鉴于以上原因，以下实验仅使用Na2CO3、K2CO3、NaHCO3、腐殖酸钠4种药剂进行。取长2地层水水样200mL，计算理论上完全反应掉水中的Ca2+、Mg2+需要的药剂量，数据见表2。

表2 理论完全反应加药量（g）Tab.2 Dosage for theoretical camplete reaction

为保障药剂与污水的充分反应，并最大限度模拟后期现场使用场景，需将药剂配制成溶液，配制各溶液各浓度并测定不同浓度的pH值，结果见表3。

表3 各药剂添加浓度Tab.3 Concentrations add to each agent

经过加药混合的污水，形成不同程度的絮凝体，使用滤纸过滤后，检测滤后水中其Ca2+、Mg2+含量，检测数据见表4。

表4 加药过滤后各钙镁离子浓度（mg·L-1）Tab.4 Calcium magnesium ion concentration after dosage filter

经过初步筛选，最终证明，只有生成沉淀类的Na2CO3、NaHCO3、K2CO33 种药剂去除 Ca2+、Mg2+的性能较好。

1.4 浓度优化

经过初步筛选，接下来对 Na2CO3、NaHCO3、K2CO33种药剂去除Ca2+、Mg2+的最佳用量进行优化。取200mL长2产出污水，过滤后，添加理论加量100%、125%、150%量的药剂进行处理，具体见表5。

表5 加药量及加药过滤后各处理水中Ca2+、Mg2+含量Tab.5 Calcium-magnesium ion content in treatment of water after dosage and dosage filter

由以上数据分析可得出：

（1）由于药剂纯度、反应损耗等原因，按理论加量的125%添加，效果达到最佳。

（2）理论加量的125%已经达到最大，继续加大药量效果并未变的更佳。

（3）水中 Ca2+、Mg2+总量降至 1000mg·L-1，再难以降低。

（4）3种药剂处理效果相差不大，鉴于Na2CO3及NaHCO3市场普及率较高，建议使用该两种药剂。

3 结果与讨论

用处理后的长2油层采出水，依据现有压裂液配液参数配液，并对配制的压裂液进行性能检测。压裂液配方为：基液：瓜尔胶0.3%、助排剂0.12%、引发剂0.06%。交联液：硼砂1.8%、过硫酸铵1.2%；基液与交联液的体积比为100∶5。

表6 加药过滤后的长2采出水中Ca2+、Mg2+含量Tab.6 Calcium magnesium ion content in water from long 2 after dosage filter

由表6可以看出，除未处理的长2产出水无法交联外，其余两组配置的压裂液体系，在交联后都可以挑挂，但是处理后长2采出水配制的压裂液在2h后破胶效果不佳，因此，我们对配方进行了调整，调整后配方如下：基液：瓜尔胶0.3%、助排剂0.12%、引发剂0.06%；交联液：硼砂1.5%、过硫酸铵1.4%；基液与交联液的体积比为100:5。

继续使用处理后的长2产出水与清水配制压裂液进行对比，对比实验数据见表7。