油田壓裂和井下作業(yè)廢水

以前，國內(nèi)對壓裂廢水采用了焚燒、殘酸池儲存、回注等方法來處理，但因?yàn)樘幚硇Ч?、產(chǎn)生二次污染等問題，都不能從根本上解決污染問題，這些方法都沒有推廣使用。目前，各油田壓裂作業(yè)廢水固定的處理設(shè)施很少，大部分通過罐車運(yùn)輸后匯入采油廢水處理設(shè)施一并處理。但是油田的水處理站也沒有成熟的處理工藝和設(shè)施，因此，對壓裂廢水無害化處理顯得非常迫切，也是各大油田在環(huán)保領(lǐng)域急需解決的難題之一。

各大油田一般對新投產(chǎn)油井都要進(jìn)行壓裂作業(yè)，同時對在產(chǎn)的老油井一般在1-2年作一次壓裂作業(yè)，據(jù)估算，全國油田每年需壓裂作業(yè)的油井約為3萬口，以每口井平均產(chǎn)出壓裂廢水150噸計(jì)算，全年共產(chǎn)出壓裂廢水約450萬噸，每噸水處理費(fèi)用約200元，每年的市場規(guī)模為9億元。

壓裂作業(yè)中產(chǎn)生的油氣層損害包括兩個方面：壓裂液與地層巖石和流體不配伍產(chǎn)生的對地層的損害；不良的壓裂液添加劑、支撐劑對支撐裂縫導(dǎo)流能力的損害。

1．粘土礦物膨脹和顆粒運(yùn)移引起的損害

粘土礦物與水基壓裂液接觸，立即膨脹，使得儲、滲空間減小。松散粘附于孔道壁面的粘土顆粒與壓裂液接觸時分散、剝落、隨壓裂濾液進(jìn)入油氣層或沿裂縫運(yùn)動，在孔喉處被卡住，形成橋堵，引起損害。使用以水為基液的壓裂液時，水敏、速敏反應(yīng)是常常發(fā)生的損害方式。

2.機(jī)械雜質(zhì)引起的堵塞損害

壓裂過程中，機(jī)械雜質(zhì)堵塞孔隙和裂縫通道，縮小儲、滲空間，降低相對滲透率是重要的損害方式。機(jī)械雜質(zhì)包括四個方面的來源：

（1）壓裂液基液攜帶的不溶物；

（2）成膠物質(zhì)攜帶的固相微粒；

（3）降濾失劑或支撐劑攜帶的固相微粒；

（4）油氣層巖石因壓裂液浸泡，沖刷作用而脫落下來的微粒。它們被統(tǒng)稱為壓裂殘?jiān)４箢w粒的殘?jiān)趲r石表面形成濾餅，可以降低壓裂液的濾失，并阻止大顆粒繼續(xù)流入油氣層深部。而較小顆粒的殘?jiān)鼊t穿過濾餅隨壓裂液進(jìn)入油氣層深部，堵塞孔喉及孔隙?？p壁上的殘?jiān)S壓裂液的注入，沿支撐縫移動，壓裂結(jié)束后，這些殘?jiān)盗?，堵塞填砂裂縫，降低了裂縫的導(dǎo)流能力，嚴(yán)重時使填砂裂縫完全堵塞，致使壓裂失敗。

3．原油引起的乳化損害

原油與水基壓裂液相遇，發(fā)生乳化損害。被壓裂的油氣層中的原油常含有天然乳化劑如膠質(zhì)、瀝青、蠟等，壓裂時壓裂液的流動具有攪拌作用，在油氣層孔隙中形成油水乳化液。原油中的天然乳化劑附著在水滴上形成保護(hù)膜，使乳化液滴具有一定的穩(wěn)定性。這些乳化液滴在毛管、喉道中產(chǎn)生賈敏效應(yīng)，增加了流體流動阻力，液阻效應(yīng)有時會疊加產(chǎn)生，有時會聚集造成更嚴(yán)重的液堵。

4．支撐裂縫導(dǎo)流能力的損害

一般，支撐劑要滿足：（1）密度低；（2）粒徑均勻；（3）強(qiáng)度高；（4）圓球度好。若支撐劑選擇不當(dāng)，必然造成損害。例如，支撐劑粒徑分布過大，造成小顆粒支撐劑運(yùn)移堵塞裂縫。若強(qiáng)度過高，例如，支撐劑的硬度大于巖石硬度時，支撐劑顆粒將嵌入到巖石中；反之若支撐劑強(qiáng)度過低，會被壓碎，形成許多微粒、雜質(zhì)，它們運(yùn)移堵塞孔隙、縫隙，卻不能支撐裂縫，造成裂縫失去導(dǎo)流能力。

壓裂工藝本身還會帶來“冷卻效應(yīng)”，油氣層中的瀝青、蠟等析出，形成有機(jī)垢，堵塞地層。水鎖現(xiàn)象也相伴發(fā)生，這種損害與注水、采油等引起油氣層溫度降低、水鎖等損害方式相同。

上述損害因素，前三者是被壓裂的油氣層巖性和流體所固有的客觀因素，一旦壓裂液進(jìn)入油氣層，就會誘發(fā)這些損害發(fā)生，而選擇理想的支撐劑、優(yōu)良的壓裂液和添加劑，避免支撐劑層導(dǎo)流能力的損害，是可以人為控制的。

《大慶油田水力壓裂工程》介紹了大慶油田壓裂發(fā)展史、壓裂工程及分層壓裂工藝技術(shù)?？偨Y(jié)了大慶油田壓裂工程配套技術(shù)、經(jīng)營管理、油田壓裂發(fā)展過程，為今后尋找和高水平開發(fā)陸上低滲透、非均質(zhì)多油層油田提供了戰(zhàn)略性措施。《大慶油田水力壓裂工程》可以作為壓裂方面工程技術(shù)人員的輔助工具和教材，也可供大中專院校有關(guān)專業(yè)師生參考。

1、選擇與油氣層巖石和流體配伍的壓裂液

根據(jù)被壓裂的油氣層的特點(diǎn)，有針對性地選用壓裂液，下表列舉幾例說明。

2、選擇合理的添加劑

對不同的壓裂要求，采用適當(dāng)?shù)奶砑觿ㄈ缦卤恚?

添加劑性能舉例表

在使用添加劑時，應(yīng)考慮兩點(diǎn)：

（1）添加劑之間不發(fā)生沉淀反應(yīng)，以避免生成新的沉淀垢堵塞孔喉和裂縫；

（2）成本合理。

3、合理選擇支撐劑

支撐劑的要求：（1）粒徑均勻；（2）強(qiáng)度高；（3）雜質(zhì)含量少；（4）圓球度好。

對于淺層，因閉合壓力不大，使用砂子作支撐劑是行之有效的。在油氣層條件下用實(shí)驗(yàn)方法確定滿足壓裂效果的粒徑及濃度。深度增加隨之閉合壓力也增加，砂子強(qiáng)度逐漸不能適應(yīng)。研究表明，在高閉合壓力下，粒徑小的比粒徑大的砂子有較高導(dǎo)流能力，單位面積上濃度高比濃度低的有較高的導(dǎo)流能力。因此，可采用較小粒徑的砂子，多層排列以適應(yīng)較高閉合壓力的油氣層壓裂。對于更高閉合壓力的油氣層，只有采用高強(qiáng)度支撐劑，例如使用陶粒。近年發(fā)展的超級砂，它是在砂子或其它固體顆粒外涂上（或包上）一層塑料，這是一種熱固性材料，在油氣層溫度下固化。這種支撐劑雖在高閉合壓力下會破碎，但能防止破碎后所產(chǎn)生的微粒的移動，仍能保持一定的導(dǎo)流能力。

現(xiàn)場應(yīng)用表明，陶粒作為支撐劑無論就幾何形狀（圓度、球度）或強(qiáng)度都比較理想，而且耐高溫（可達(dá)200℃）抗化學(xué)作用性能好，用于油氣層壓裂措施可大大減少由于支撐劑性能不好所帶來的油氣層及支撐裂縫的損害。 2100433B