壓裂返排液特性研究

紀艷娟

（江蘇油田石油工程技術(shù)研究院，江蘇揚州 225009）

壓裂返排液特性研究

紀艷娟

（江蘇油田石油工程技術(shù)研究院，江蘇揚州 225009）

油井壓裂返排液是當前油田水體污染源之一，壓裂返排液的成分十分復(fù)雜，很難處理，所以研究壓裂返排液特性，對其處理具有指導意義。本文對壓裂返排液的基本類型及主要構(gòu)成方面進行了分析，得出了基本特征和處理難點，為壓裂返排液處理提供了實驗基礎(chǔ)。

壓裂返排液；基本類型；主要構(gòu)成

油井壓裂作業(yè)技術(shù)是低滲透油井增產(chǎn)的主要措施。油井作業(yè)過程中產(chǎn)生的壓裂返排液成分復(fù)雜、化學藥劑種類繁多，如果直接排放對周邊的土壤、植被、地表水和地下水會造成一定的影響，因此有必要對其進行有效處理。而詳細的分析壓裂返排液組成特性，找出其處理難點，對有效處理壓裂返排液大有益處。

本文通過分析江蘇油田C6-34、HX42兩口井前后期壓裂返排液，為壓裂返排液的現(xiàn)場處理提供指導依據(jù)[1]。

1 材料與方法

1.1 水樣采集

壓裂后關(guān)井2 h后返排，初期取出的為井筒里的頂替液，后端為地層返出來的，每次二者皆要取到。

1.2 水質(zhì)分析

COD采用國家標準《水質(zhì)化學需氧量的測定重鉻酸鉀法GB 11914-894》重鉻酸鉀法；懸浮物含量、含油量按照《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標及分析方法SY/T 5329-94》測定；礦化度按照《油氣田水分析方法SY/T5523-2000》測定。

油水界面張力采用Model TX-500C旋轉(zhuǎn)滴界面張力測定儀測定，黏度采用DV2T黏度計測定，微粒粒徑采用馬爾文Zetasizer Nano ZS90納米粒度儀測定，pH采用英格泰電子科技有限公司的數(shù)顯pH計測定，Zeta電位威斯特工業(yè)設(shè)備有限公司的Zeta電位儀測定。

1.3 微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)

通過液氮對壓裂返排液快速冷凍蝕刻，采用S4800場發(fā)射掃描電鏡觀察、拍片進行。

2 結(jié)果與討論

2.1 COD

壓裂返排液COD很高，即相應(yīng)有機聚合物含量也高，而且不同井及不同時期返排液，COD差別均很大。但總體看，初期壓裂返排液COD高于中期壓裂返排液（見表1）。

表1 COD測試結(jié)果

2.2 黏度

表2 黏度（170 s-1）

表2結(jié)果表明，不同井壓裂返排液黏度不同，而且初期和中期黏度不同；正常情況下，初期壓裂返排液黏度高于中期壓裂返排液（這與現(xiàn)場實際相吻合）。溫度（5℃～35℃）對壓裂返排液黏度有較明顯的影響，且黏度越高影響越大。

2.3 懸浮物含量及粒徑

根據(jù)粒度分析結(jié)果及懸浮物測定結(jié)果看（見表3），返排液中微粒粒徑越小，則水中懸浮顆粒愈穩(wěn)定，水質(zhì)愈差，相應(yīng)水處理難度愈大，或說壓裂返排液穩(wěn)定性愈好。

表3 懸浮物含量及粒徑

2.4 含油量和油水乳化類型

通過萃取與層析吸附實驗，測得壓裂返排液總油（原油與油脂）含量；并以分光光度法測得壓裂返排液中原油含量。實驗結(jié)果表明（見表4），壓裂返排液中原油含量相對較低（9 mg/L～39 mg/L），遠低于含油污水中的含油量（100 mg/L～10 000 mg/L）。反之，脂肪族油脂相對較多（約占50%以上）。壓裂返排液具有一定的乳化現(xiàn)象，乳狀液呈O/W類型，在水中擴散快，但無明顯油污現(xiàn)象。說明乳狀液穩(wěn)定性不高、含油量偏低。

表4 含油量和油水乳化類型

2.5 界面張力

表5 界面張力

不同井的壓裂返排液，無論是初期返排液還是中期返排液，其界面活性均較高，油水界面張力已達低界面張力范疇（10 mN/m～2 mN/m）（見表5）。由此，導致壓裂返排液在地層孔隙中具有較好助排或返排性能，油水乳狀液具有一定的穩(wěn)定性，這與2.4中對乳液類型及穩(wěn)定性的判斷基本一致。

2.6 離子含量及礦化度

返排液礦化度不高，中期返排液礦化度普遍略高于初期壓裂返排液（見表6）。

表6 離子含量及礦化度

2.7 pH值

初期壓裂返排液pH相對較高，呈中偏堿性，而中期返排液相對較低（見表7）。一般pH低有利于壓裂返排液破膠，因此，對應(yīng)黏度相對較低。

表7 pH值

2.8 Zeta電位

壓裂返排液Zeta電位低（＜0.1 mV），略帶負電荷，因此微粒（包括乳化油滴、懸浮顆粒）彼此電性斥力作用有限。而且初期返排液經(jīng)破膠處理后Zeta電位更低（0.005 mV），微粒電性斥力穩(wěn)定性更低（見表8）。

表8 Zeta電位

2.9 微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)

由圖1可看出，在相同放大倍數(shù)（3 000倍）下，初期壓裂返排液微粒質(zhì)點更小、質(zhì)點溶解性能更好；而中期壓裂返排液則具有相對較大的微粒，且顆粒間呈聯(lián)結(jié)狀態(tài)。

圖1 初期壓裂返排液（3 000倍）形貌（左），中期壓裂返排液（3 000倍）形貌（右）

圖2 初期壓裂返排液（30 000倍）形貌（左），中期壓裂返排液（30 000倍）形貌（右）

對壓裂返排液進一步放大觀察發(fā)現(xiàn)（見圖2），初期壓裂返排液中微粒也以細微顆粒聯(lián)結(jié)形式存在，只是每種微粒粒徑僅 0.1 μm～0.2 μm；相對而言，中期返排壓裂液則存在較多的細長棒狀顆粒及部分細小顆粒狀微粒，其中，棒狀顆粒尺寸長達2 μm以上，但球形細顆粒尺度也與初期返排壓裂液尺度相近（＜0.2 μm）。

3 結(jié)論

（1）江蘇油田壓裂返排液屬含油、懸浮物偏低，乳化油及懸浮物微粒Zeta電位小，電性斥力穩(wěn)定性差、油水界面黏度低，COD（初期）及黏度偏高（＞4.5 mPa·s）的基本類型。

（2）江蘇油田壓裂返排液處理難易程度主要取決于液相黏度及有機物質(zhì)含量或COD大小，破膠降黏有利于降低液相黏度及微粒電性斥力穩(wěn)定性。

（3）低pH值有利于壓裂返排液的破膠降黏。

（4）掃描電鏡觀察研究表明，HX42井初期壓裂返排液與中期壓裂返排液中微粒（＜3 μm）均處于膠體分散體系范疇，顆粒間呈聯(lián)結(jié)狀態(tài)，初期壓裂返排液中微粒粒徑更?。?.1 μm～0.2 μm），膠體微粒穩(wěn)定性更好，水處理難度加大。

［1］杜貴君.油田壓裂返排液處理技術(shù)實驗研究［J］.油氣田環(huán)境保護，2012，22（4）：55-57.

TE357.12

A

1673-5285（2017）08-0044-03

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.08.010

2017－07-04