速分散瓜尔胶压裂液体系及其返排水重复利用技术研究与现场应用

发布时间：2020-09-27 17:07

　　随着油气开采难度的增加,压裂技术成为增产的关键。增产的需求及技术的提高,瓜尔胶压裂液的使用量也随之增加;而瓜尔胶压裂液为水基压裂液,许多环保问题也凸显出来,不仅体现在对水资源的需求而且在压裂返排水的处理问题上。本文研究了改性瓜尔胶及交联剂的合成,提出改性瓜尔胶压裂液体系,从环保角度出发,总结并分析影响该体系的主要因素,提出压裂返排水再配压裂液方案。室内研究方面:根据扫描电镜对微观形态的分析发现,瓜尔胶制备压裂液的过程中,参与形态变化是由瓜尔胶分子聚集的纤维丝状或丝带状形态。因此,瓜尔胶的优化集中在快速分散缩短丝带状出现时间。结合瓜尔胶压裂返排水主要影响因素与瓜尔胶微观形态机理分析,提出磺酸化改性瓜尔胶(SGG)的方案,并复配木质素磺酸钠以提高其分散性能。SGG合成的基本方案为,采用湿法在60-80℃,氢氧化钠催化条件下,将瓜尔胶50 g原粉与80 mL乙醇、异丙醇(1:1体积比)混合,滴加2-氯乙基磺酸钠水溶液,其中n(NaOH):n(2-氯乙基磺酸钠)为1.5:1,反应3-5 h后加入0.01%木质素磺酸钠复配,醇洗、抽滤制得速分散瓜尔胶ISG。ISG在水的溶解、增黏效果较好,可在1.5 min内达到黏度最大值的80%。根据红外,XRD,TG,DSC等测试手段,表征目的产物。瓜尔胶压裂液体在交联时需要均匀加入交联剂形成稳定的临界流体形态,束缚水分子;破胶时则需均匀加入破胶剂以破坏瓜尔胶丝带,快速释放水分子,降低体系黏度而破胶。由此合成了有机硼高温延时交联剂,BN-2和BN-4,基本合成方案为将葡萄糖酸钠,氢氧化钠,硼酸(或硼砂)和水在80-90℃条件下,搅拌并反应2.0~4.0 h。通过对液体在储层滞留时间模拟,发现施工时各阶段压裂液在储层耐受温度有所差异,实验室模拟地层温度测试加入破胶剂后压裂液的流变性能,根据测试结果,确定破胶剂加量,控制反应时间。针对鄂尔多斯盆地气井储层条件,考察压裂返排水中瓜尔胶残余、固体颗粒、残余硼交联剂、过氧化物离子、其他离子等因素,并进行了相关分析,发现影响压裂返排液重复利用的主要因素为返排水中残余硼离子、过氧化物及其他各离子等。通过向去离子水中加入不同浓度的离子考察各离子浓度对ISG压裂液相关性能的影响,确定出配液水中各离子浓度的合理范围为Ca~(2+)浓度小于60 mg/L,Mg~(2+)浓度小于120 mg/L,Fe~(2+,3+)浓度小于8 mg/L,过氧化物小于10 mg/L,BO_3~(3-)浓度小于5 mg/L,矿化度需小于30000 mg/L,其他离子浓度尽可能降低。根据这一要求,对压裂返排水采用氧化破胶、泥水分离、混凝沉降、膜过滤等工艺处理,其中COD的去除率约为94%,SS去除率约为93%左右,黏度下降至1.3-1.6 mPa·s,色度为5.6-14.6倍;各污染物均控制在合理的范围,并得到处理水。向处理水中加入温度稳定剂TS-2和掩蔽剂LA-2,提高复配压裂液的性能并达到使用要求。通过室内评价,得到ISG压裂液体系的一般配方,包括0.36%的ISG,0.6-1.0%交联比的有机硼延时交联剂BN-2或BN-4,0.2%助排剂,0.1%防膨剂,以及0.03%CB-3和0.02%过硫酸铵。其破胶液表界面张力为32.25 mN/m、1.22 mN/m,残渣含量为288 mg/L,防膨性能为66.8%。处理水重复配置压裂液时需要加入LA-2和TS-2,其破胶液黏度为,表界面张力为33.18 mN/m、1.19 mN/m,残渣含量为306 mg/L,防膨性能为67.3%。现场应用方面:现场应用的基本顺序是,现场清水水质分析,实验室测试压裂液性能,化工料现场抽样检查,压裂施工。现场成功的使用ISG压裂液体系压裂延0XX-D02气井B层位,该井的破裂压力为32.55 MPa,施工压力为50.17-46.61 MPa,施工排量为4.0-4.2m~3/min,压裂液用量为370.5m~3,累计加砂37.8 m~3,返排率为41%,日产气量为115k m~3/d,取得了较好的应用效果。为确保处理水再配压裂液能够顺利完成施工,分别进行了处理水与现场清水1:2(体积比)、1:2(体积比),2:1(体积比),以及不添加清水稀释共计四种方案逐步应用。依次对延3XX-D08,延5XX-D01,延5XX-D06、延0XX-DXX井进行处理水再配液的压裂施工,分别使用了110 m~3,122 m~3,238 m~3,80 m~3的处理水,取得了较好的结果。其中,延3XX-D08井对B、S、H层位共压裂三级,注入压裂液约1363.6m~3,支撑剂累计加量92 m~3,平均砂比21%,返排率为40.1%,日产气量为1.48*10~6 m~3/D。其中在前置液,携砂液(7%砂浓度)阶段使用处理水110 m~3。延5XX-D01井对BX、S、H层位共压裂四级,注入压裂液1269.7 m~3,支撑剂累计加量149.2 m~3,返排率为57.5%,日产气量为1.02*10~6 m~3/D。其中在前置液,携砂液(14%砂浓度)阶段使用累计处理水122 m~3。延5XX-D05井对对BX、S、H层位共压裂四级,注入压裂液约1361.8m~3,支撑剂累计加量136 m~3,返排率为47.35%,日产气量为4.1*10~5 m~3/D。其中在前置液,携砂液(28%砂浓度)、顶替液阶段累计使用处理水238 m~3。延0XX-DXX井对BX层位共压裂一级,注入压裂液约302.4 m~3,支撑剂累计加量33.5 m~3,返排率为43%,日产气量为1.86*10~6 m~3/D。其中前置液,携砂液(25%砂浓度),顶替液累计使用处理水80 m~3。延3XX-D08,延5XX-D01,延5XX-D06、延0XX-DXX井所用处理水日产处理水量最高220 m~3;延0XX-DXX井所用处理水日产处理水量为40m~3,且处理水成本较高。因此,建议现场选用处理水与清水(2:1体积比)稀释后再配液方案进行大规模应用。
【学位单位】：陕西科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TE357.12
【部分图文】：

瓜尔胶

尔胶压裂液体系及其返排水重复利用技术研究及D-甘露糖主链，以 -1，6 苷键连接的 D-半糖[65]。瓜尔胶的分子量约为 100 万~200 万瓜尔胶分子中还含有少量的阿拉伯糖、葡量使得其能够分散在热水或冷水中，形成高为 4000~6000 cp；但其水溶液热稳定性较弱系的温度降低时，其黏度又能够逐渐的恢时间后，会导致瓜尔胶分子的降解，从而甘露糖的比值也会影响瓜尔胶在水中的溶的含量降低时，瓜尔胶的水溶性较差。半能够使得聚合甘露糖溶于水中，而且支链好。瓜尔胶的分子结构如图 1-1 所示。

瓜尔胶,外观,有机硼

陕西科技大学博士学位论文可以综合以上两种方法的优点。有机硼的定的条件下反应络合生成的相对稳定的结离子释放时的均匀分散，相对稳定的结构过使用 pH 调节剂控制反应进程，且 pH 向离解出的硼酸盐离子少，使得溶液中出稠化剂的交联反应速度则降低，进而达到的制备都是通过替换有机配位体制备的[7蔗糖等糖类配体，山梨醇、甘露醇等多羟度上的控制络合物的离解速度。可以看到问题，还兼备延时功能，所以有机硼交联

瓜尔胶,粉末,压裂液

按照以下顺序进行阐述：胶在瓜尔胶压裂液体系中硼交联剂。控制破胶时间。压裂液体系的影响。裂返排水处理方案。瓜尔胶及其衍生物，是该种主要的形态，由于它自；当加入交联剂后，水溶流动性；最后，在破胶剂形态的具体外观如图 2-1尔胶水溶液外观形态，图外观形态。

【参考文献】