压裂返排液重复利用工艺研究

发布时间：2020-09-12 10:23

　　胍胶压裂液是压裂过程中主要使用的压裂液类型,由于胍胶压裂返排液成分复杂、处理难度较大,目前处理返排液的方法为氧化一絮凝法,但处理后的返排液中的化学成分仍然复杂,直接返排对环境会造成污染,同时造成了水资源的极大浪费,因此测定返排液中的各组分含量是否满足压裂的返排要求和消除返排液中硼、金属离子对压裂液重复利用的不利因素,具有非常重要的意义。本文通过大型仪器和化学方法等方法对返排液的物化性质进行定量分析,结合各金属离子对压裂液性能的影响分析现场返排液是否能满足直接重配的要求;通过使用筛选硼络合剂种类和加量消除硼对于返排液重配基液黏度的影响,然后确定交联剂、破胶剂、抑制剂和杀菌剂等药品的加量,使重配压裂液各项性能满足压裂施工的要求,根据模拟返排液的药剂加量,确定现场返排液处理和重复利用工艺,另外研究了硼酸或硼砂和络合剂的络合比及络合产物分析;清洁压裂返排液的重复利用通过重新加入不同量的原配方中的药品,以黏度为指标确定重新利用清洁压裂返排液的方法,最后研究了清洁压裂返排液直接配制胍胶压裂液的各项性能。实验结果表明:以现场返排液为样品,通过已有方法对返排液中阴、阳离子浓度和不溶物含量进行测定,建立测定返排液中可溶性胍胶含量的方法;另外研究了不同金属离子对压裂液黏度的影响,确定了满足压裂液性能金属离子浓度的上限。实验结果表明,在70℃条件下压裂液中的下列离子浓度超过一定的值,黏度减低到50 mPa·s以下。Ca2+浓度为2000 mg/L,Mg2+浓度为2000 mg/L,Fe3+浓度为20 mg/L。通过压裂液黏度、耐温、破胶液抑制性等确定模拟返排液配方:稠化剂浓度为0.3%;硼砂交联剂浓度为0.5%,交联比为100:4;破胶剂浓度为0.02%;黏土稳定剂KC1浓度为1.0%;杀菌剂六次甲基四胺浓度为1.50%;最佳交联pH为8;通过返排液和胍胶混合黏度为指标确定硼络合剂的种类和加量,加入甘露醇浓度为0.75%,丙三醇浓度为0.65%,混合溶液的黏度和0.3%经丙基胍胶黏度相当,符合压裂液基液的要求;通过重配清洁压裂液黏度为指标,向清洁压裂返排液中再加入1.5%十六烷基三甲基氯化铵和0.2%YC-1,重配压裂液耐温极限为70℃,破胶时煤油的用量为5%;清洁压裂返排液重配胍胶压裂液混合比为1:1,硼砂交联剂浓度为0.5%,交联比100:5。
【学位单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TE357.12
【部分图文】：

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在交联剂的作用下形成相对分子很大的三维网状结构，如图1-3 所示。该网状结构能够将水牢牢地所在空隙中，具有黏度大、强度大、弹性好的特点，能够携带固体支撑剂到达裂缝深处。图 1-3 压裂液交联过程示意图[19]有机交联剂是无机金属离子与配位体形成的配位化合物，其粒子尺寸比无机交联剂大的多，所以可以使稠化剂分子之间的空隙增大，所需的稠化剂浓度降低，这样既可以降低成本又可以降低破胶残渣的含量，同时配位体和稠化剂是竞争的关系，所以有机交联剂有延缓交联的效果，有利于降低泵输送压裂液过程中的摩阻。另外，有机交联剂和稠化剂交联形成配位键更加稳定，使形成的冻胶具有更好的抗温抗剪切性能[20]。（3）破胶剂破胶剂是能够使冻胶水化的试剂，常用的水基压裂液破胶剂分为以下三类：酶、氧化剂、潜在酸。其中酶包括淀粉酶、纤维素酶等，酶在高温下会失去活性，酶破胶剂适用于低于 60℃的环境条件下。氧化剂包括过硫酸铵、过硫酸钾、过氧化氢、重铬酸钾等，破胶机理是该类破胶剂可产生硫酸根自由基，硫酸根自由基具有很强的氧化性，能够破坏植物胶及其衍生物的缩醛键，使其氧化降解。在低于 50 ℃过硫酸盐的破胶能力很差，加入 Fe2+、Cu+等金属亚离子或金属亚离子螯合物，能够促进过硫酸盐释放自由基，反应原理如下：+→++ + +42342228SOFeSOFeSO其中 Fe2+叫做活化过硫酸盐促进剂，SO4·为硫酸根自由基

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图 1-4 蒙脱石水化膨胀示意图图 1-5 钾离子抑制蒙脱石水化膨胀示意图滤失剂压裂液失水过大导致地层黏土水化膨胀，常常在其中加入降粉陶、柴油、轻质原油、改性淀粉、细粒硅粉、0.154 mm 苯氮降滤失剂等[29-30]，这样可以有效的减少压裂液中水分的损他添加剂

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图 1-5 钾离子抑制蒙脱石水化膨胀示意图滤失剂压裂液失水过大导致地层黏土水化膨胀，常常在其中加入降粉陶、柴油、轻质原油、改性淀粉、细粒硅粉、0.154 mm 苯氮降滤失剂等[29-30]，这样可以有效的减少压裂液中水分的损他添加剂稳定剂：文献中表明会影响冻胶的稳定性的因素有 pH 值、加等。对于羟丙基胍胶冻胶而言，离子强度一定，改变 pH羟丙基胍胶冻胶的热稳定性。通常通过加入缓冲剂如胺盐、酸等调节压裂液 pH，一般胍胶压裂液 pH 值为 9~11，热稳定代硫酸钠稳定剂、甲醇稳定剂、乙醇—除氧剂体系等。如硫热稳定性。为降低压裂液在管道中的摩擦阻力和泵的功率损失，需在压降阻剂有聚丙烯酰胺及其衍生物、磷酸酯铝、植物胶等物质

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