该处理剂处理对象是压裂返排液通过现行钻井污水处理装置处理后的产出水, 其中对二次利用有不利影响的杂质成分主要包括残余的APS、Ca2+、Mg2+、SO42-、HCO3-、Cl-、以及变价、高价金属离子, 根据杂质成分确定处理剂组分为APS处理剂、阻垢剂[1]、金属离子螯合剂、杀菌剂几部分。通过实验优化确定处理剂配方为0.1%APS处理剂+0.30%阻垢剂+0.40%金属离子螯合剂+0.20%杀菌剂。使用该处理剂后, 对二次利用所配压裂液的基液粘度、交联性能、流变性能、破胶性能、残渣含量等指标进行综合评价。
实验用返排液:L油田某构造A井营城组压裂返排液 (该井压裂液配方为0.45%稠化剂+0.2%杀菌剂+0.3%表面活性剂A+0.2%表面活性剂B+1%粘土稳定剂+0.05%p H调节剂, 破胶剂为APS, 交联剂为YL-JL-4型有机硼交联剂。) 经钻井污水处理装置处理后的产出水;APS处理剂:具有还原性的盐, 分析纯;阻垢剂:B-43型阻垢剂, 工业级;金属离子螯合剂:BCG-5型金属离子螯合剂, 工业级;杀菌剂:十二烷基二甲基苄基氯化铵, 工业级;交联剂:YL-JL-4型有机硼交联剂, 有效含量15%。
美国Haake公司生产的MARSⅢ型流变仪, 吴茵混调器, 范式粘度计, 电子天平, 烘箱, 恒温水浴锅及高速离心机。
将添加有处理剂的压裂返排液置于搅拌器的搅拌杯中, 在转速为2000r/min下形成漩涡, 按配方 (压裂液配方为:0.45%稠化剂+0.2%杀菌剂+0.3%表面活性剂A+0.2%表面活性剂B+1%粘土稳定剂+0.05%p H调节剂。) 要求将各种添加剂缓慢加入, 加入完毕后, 液体在30℃下恒温水浴4h, 即配成实验所需压裂液。
实验温度25℃, 剪切速率170s-1, 采用范式粘度计, 连续剪切液体30s, 测得稳定粘度值为45 m Pa.S。相同液体配方, 若采用蒸馏水配液, 相同测试条件下, 基液粘度为48 m Pa.S, 数据对比可以看出, 虽然处理剂对杂质离子具有较强抑制作用, 但不能完全消除其对稠化剂分子溶胀的影响。
用不同浓度的交联剂[2]与配制好的压裂液进行交联反应, 测定交联时间, 实验温度25℃, 胶联时间120s, 从实验结果我们可以看出, 处理液配液与蒸馏水配液交联时间基本相同, 说明处理剂的加入可屏蔽杂质离子对交联时间的影响。
实验温度为125℃, 剪切速率170s-1, 交联比为0.45%, 连续剪切120min, 处理液配制的压裂液最终粘度为105m Pa.S, 蒸馏水配制的压裂液最终粘度为115 m Pa.S, 二者基本持平, 说明杂质离子在处理剂的作用下, 基本对压裂液流变性能影响不大。
对压裂液开展破胶性能[3]评价, 实验温度选定为50℃、70℃、90℃, 改变APS加量, 分别为0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.10%, 测定达到表观粘度≤5 m Pa.S时所需的时间, 实验结果可以看出处理液配制的压裂液破胶速度普遍快于蒸馏水配制的压裂液, 说明处理液中尚存微量APS, 但处理液所配制的压裂液的破胶性能可以满足施工要求。
将恒温水浴锅温度设定为90℃, APS加量为0.10%, 对处理液配制的压裂液和蒸馏水配制的压裂液进行破胶, 待破胶液粘度≤5 m Pa.S后, 测定破胶液的残渣含量, 所测结果为453mg/L, 采用蒸馏水配液所测得残渣含量为329mg/L。通过实验结果可以看出, 处理液配制的压裂液残渣含量较蒸馏水配制的压裂液要高, 说明虽然处理剂对杂质离子具有较强抑制作用, 但仍有少量的杂质离子在p H值和温度改变的条件下相互作用, 产生沉淀。
(1) .实验优化出的压裂返排液重复利用处理剂, 对水中残余的APS和杂质离子有较强的抑制作用, 使用后明显提高压裂液综合性能。
(2) .处理液配制的压裂液在性能上与蒸馏水相比存在差距, 但综合性能可满足现场施工要求。
(3) .该处理剂若能大规模应用, 可缓解压裂返排液的处理难题, 减少环境污染。
摘要：压裂返排液的二次利用是解决环境污染和联合站处理压力大等问题的有效途径。在已工业应用的钻井污水处理工艺基础上, 研制了压裂返排液处理剂。基本配方为:0.1%APS处理剂+0.30%阻垢剂+0.40%金属离子螯合剂+0.20%杀菌剂。返排液经钻井污水处理装置处理后, 添加该处理剂, 开展实验评价。
关键词：压裂,返排液,重复利用,处理剂
[1] 刘友权, 唐永帆, 王小红, 等.低伤害水基压裂液的研制及应用[M], 石油天然气化工.北京:2006:401-402.
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