目前页岩气资源开发, 水资源消耗量大, 同时产生大量返排液 (25%~45%) , 返排液除含有压裂液中的化学添加剂成分外, 还含有烃类化合物、悬浮物、细菌、重金属和TDS等。通过调研国内外处理技术, 跟踪了国内页岩气处理工艺发展动态, 优化形成返排水回注、回用、外排三套模块化处理工艺, 处理能力≥20m3/h, 处理后指标达到相关技术标准, 回用技术在重庆涪陵页岩气示范区进行了技术现场应用, 取得了良好的应用效果。
目前页岩气压裂液主要有滑溜水及胶液, 其主要成分为稠化剂、减阻剂、防膨剂、表面活性剂、破胶剂等。对国内部分页岩气井及中原油田非常规压裂井返排液采样并进行水质分析, 其基本特点为:浊度高、矿化度高、固相含量高、细菌含量高。页岩气压裂液中水含量达90%, 固含量9%, 化学添加剂1%。
SRB、TGB、FB等细菌在储层条件下生成H2S, 腐蚀井下管具、污染地层。同时, 细菌的存在会引起植物胶的降解, 进而影响压裂液性能。悬浮物等机械杂质进入储层后同样会降低储层渗透率, 影响产能。
依据压裂返排液4#中所含离子及其浓度, 用去离子水配制模拟水, 并用模拟水配制压裂液, 然后对压裂液性能进行测试 (减阻水配方按0.1%减阻剂进行配置, 胶液按0.4%胍胶+0.04%Na OH进行配置) 。通过评价压裂液的性能来研究不同离子的影响规律, 确定影响压裂液性能的离子及其浓度, 结果见表2。
由实验结果可以看出, 当水中钙镁离子浓度≤500mg/L、硼离子浓度≤1 mg/L、铁离子浓度≤20 mg/L及氯离子浓度≤20000mg/L时, 对植物胶压裂液性能影响较小;当水中钙离子浓度≤500mg/L、镁离子浓度≤300 mg/L、铁离子浓度≤10 mg/L、铝离子浓度≤5 mg/L及钠离子浓度≤5000 mg/L时, 对减阻水性能影响较小。
根据返排液水质分别采用几种水处理工艺及其组合工艺对其进行探索性处理 (减阻水配方按0.1%减阻剂进行配置, 胶液按0.4%胍胶+0.04%Na OH进行配置) , 优选页岩气压裂返排液净化处理最佳工艺, 结果可知返排液经复合混凝-过滤即可满足配制减阻水的性能要求, 经复合混凝-过滤-吸附可满足配制胶液的性能要求。
配制的压裂液性能达到工程设计标准, 完全满足现场施工要求, 在重庆涪陵页岩气焦页X-HF平台进行现场试验, 现场处理回用返排液1500m3, 全部配制压裂液, 达到了设计要求。
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