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      低分子環保型壓裂液技術的開發及應用

      發布日期:2015-05-02 11:02:11
      低分子環保型壓裂液技術的開發及應用
        利用壓裂酸化技術改造地層是提高油氣井單井 產量的有效手段。在石油天然氣壓裂增產施工作業 中,產生了大量返排液體,對環境造成一定危害。壓 裂液一次性使用造成的水資源浪費以及后期廢水處 理,均給企業帶來巨大的成本壓力。因此,長慶石油 勘探局研制開發了新型低分子環保型壓裂液技術。
        
        1壓裂在長慶油田產能建設中的重要作用壓裂是指在井筒中形成高壓迫使地層形成裂縫 的技術。通常是應用水力傳壓原理,從地面泵入攜帶 支撐劑的高壓工作液,使地層形成并保持裂縫,其結 果相當于擴大了井筒半徑,增加了泄流面積,降低了 滲流阻力,從而能大幅度提高油、氣井產量,提高采 油速度,縮短開采周期,降低采油成本。因此,在油 田勘探開發過程中得到普遍應用。
        
        長慶石油勘探局國內主要工作區域在鄂爾多斯 盆地及周邊地區。鄂爾多斯盆地的地質特點是“三低 一高”(低產、低壓、低滲透率,髙含硫)。據統計, 長慶油田目前在延長組己探明石油地質儲量中,滲透 率大于10毫達西的占14. 2%, 3?10毫達西的占3.8%, 1?3毫達西的占59.2%, 0. 5?1毫達西的占13. 4%, 0.3?0.5毫達西的占9. 2%,0.1?0.3毫達西的占 0. 2%。而滲透率凡小于3毫達西的屬特低滲透地層。 由此看來,長慶油田絕大部分是特低滲透層。若長慶 油田要有效地提高單井產量,必須在生產中經常性地 進行壓裂改造。因此,長期以來壓裂技術在長慶油田 油氣生產中起著重要地位。
        
        2原有壓裂液的缺陷壓裂液的主要作用是將地面設備的能量傳遞到 油層巖石上,形成裂縫,把支撐劑輸送到裂縫中。一 般較好的壓裂液應具備濾失小、攜砂能力強、摩阻低、 穩定性好、配伍性好、低殘渣、易返排等性能。隨著 石油工業的發展,壓裂施工的規模越來越大,壓裂液 用量也隨之增加。所以壓裂液還應具備貨源廣、成本 低、配制簡單等特點,以滿足大型壓裂和新井壓裂施 工的需要。
        
        目前國內油田壓裂施工基本上采用的是高分子 壓裂液體技術,即水基聚合物壓裂液所應用的瓜爾膠 及其衍生物。由于它低廉的費用和較好的流變控制特 性,在壓裂工藝中已應用了許多年,這種壓裂液具有抗剪切性好、熱穩定性好、水不 溶物和破膠殘渣含量較低、控制濾失能力強等諸多優 點。然而,和其他眾多的水基壓裂液一樣,羥丙基瓜 爾膠(HPGF)仍具有一定的不足:難以滿足施工規模及 快速破膠返排的要求;壓裂液在地層易殘留高分子, 對地層孔喉和微裂縫會造成持久的傷害:在壓裂增產 施工過程中會產生大量返排壓裂殘液,對環境造成很 大影響。且這種壓裂液破膠后的返排液是不可再利用 的,一次性使用和后期處理導致浪費嚴重,排放會污 染環境,處理費用大,許多企業難以承受。因此,市 場急需新型低分子環保型壓裂液。
        
        3低分子環保型壓裂液的優點徐非凡,1992年畢業于江漢石油學院安全工程專業,工程師,現任長慶石油勘探局質量安全環保處副處長,主管環保工作?通訊地址:陜西省西安市長 慶石油勘探局質量安全環保處,710021低分子環保型壓裂液在環境保護方面具有以下優點:?是一種以低分子聚合物為稠化劑的壓裂液。低分 子增稠劑是一種分子量比傳統羥丙基瓜爾膠(HPGF) 要小25?30倍的低分子增稠劑,因此和傳統壓裂液 達到相同的增稠效果時,所使用的低分子壓裂液的質 量只是傳統增稠劑的1/30?1/25,大大節約了化學 劑的使用量,從源頭上減少了污染物的產生,節約了 生產成本和污染防治成本。
        
        ?具有較好的耐溫抗剪切能力。同一溫度下壓裂液 可保持恒定的黏度而不下降;壓裂液可避免在泵送過 程中持續降黏;不需象傳統瓜爾膠壓裂液體系那樣需 持續添加稠化劑,使該壓裂液體系中的化學物配制比 例保持穩定,為其能循環利用創造了有利的條件。 ?低分子環保壓裂液(LMF)采用屏蔽交聯技術和聚 合物網絡結構破壞與恢復技術,實現體系的破膠與交 聯可逆,施工中不需要氧化破膠劑就可以實現破膠返 排,并能有效降低對裂縫導流能力的傷害。破膠后液體 中增稠劑的化學結構不受破壞。因此,對壓裂液的返排 液進行回收后循環使用。其效果不受重復利用次數的影 響;回收利用壓裂返排液,降低了廢液處理成本。
        
        4環保型壓裂液的開發應用及效益分析4.1國外、2003年,哈利伯頓公司發明了一種稱為哈里伯 頓微束聚合物(HMP)體系的壓裂液,在美國得??怂_ 斯油田的壓裂改造中取得成功。這種新型壓裂液無需 使用破膠劑,因而在泵送過程中避免了常規壓裂液中 破膠劑對壓裂液的持續降黏,具有非常穩定的流變性 能。壓裂之后,依靠地層的固有酸堿環境,使壓裂液 體系降解至短分子鏈,可以清潔支撐裂縫,并可回收 再利用。
        
        1.2國內從2003年開始,長慶油田在國內率先進行低分 子環保型壓裂液體系的研究開發,并取得成功。打破 了傳統高分子壓裂液一統天下的局面,使得壓裂液技 術向環保、節約、降低施工成本的方向發展。
        
        該壓裂液體系突破了 4項關鍵技術,在低分子增 稠劑的開發、低分子的交聯技術、聚合物網絡結構破 壞與恢復技術、返排液的回收再利用技術方面,取得 重要的創新和實質性的突破。LMF結合了常規HPGF 及清潔壓裂液兩者的優點,既保持了低的殘渣,又保持了聚合物壓裂液體系的優點,它不僅成本低而且在 現場容易操作,在降低傷害裂縫導流能力的同時,保 證了良好的濾失控制性能。壓裂液在裂縫壁面易被破 壞,避免了對地層孔喉和微裂縫造成持久傷害。
        
        3.3效益分析由于壓裂液的返排液可以循環使用,節約了用水 及化學添加劑,減少了廢液的排放和處理費用,獲得 了可觀的經濟和社會效益。
        
        2005年,長慶油田井下技術作業處在西峰油田 隴東區塊長8儲油層6 口井現場,先后進行了以下三 個試驗:?壓裂觀察試驗,觀察壓裂液能否滿足現場的壓裂 施工要求;?返排液回收測試,對回收的壓裂液返排液進行了 性能測試;?返排液回收利用試驗,對回收液體的實際應用性 能進行W價。
        
        在此基礎上,2006年針對長慶油田各區塊油層 特點確定并優化了 LMF壓裂液配方;研制了升降式分 離除砂器,能有效脫氣、消泡、去除回收液中的泥砂 和支撐劑等機械雜質,使用安全方便。2006年共推 廣應用37 口井,改造效果顯著,比常規壓裂液壓裂 的鄰井產量提高20%?70%,單井加砂量最小3 m3, 最大85 m3,單層最大加砂量45 m3,均按施工設計圓 ?滿完成了加砂,施工成功率1〇〇%。平均每口井使用 回收液約70m3,壓裂液中返排液占32. 26%,單井最 高達85. 7%:平均返排液回收率51. 3%;平均每井 節約用水94m3,節約用水38.29^單井經濟效益見表1單井使用低分子環保型壓裂液經濟效益分析項目.節約用水回收壓裂液減少 處理污水合計體積(m3)9470164單價(元/ n3)8017060經濟效益(元)752011900984029260表2使用低分子環保型壓裂液經濟效益及預測年份200620072008,200分井數(口)3760500.1500經濟效益(萬元)108. 26175.5614634389上表1。2007年共試用60 口,2008年計劃試用500 口,2009年將全面推廣,預計達到1500 口,將產生 的擇濟效益見上表2。
        
        5結束語通過改變常規壓裂液的交聯和破膠方式,在保證 壓裂施工的前提下,對返排液還原恢復使其達到新鮮 壓裂液的性能,不僅減少了壓裂施工作業污水的處理 量,還能變廢為寶,減少壓裂液的成本,是一種既環 保又節約的技術創新。在干旱、生態脆弱的西部地區, 節約了寶貴的水資源,減少了環境污染,符合創建和 諧、節能社會的發展要求。不僅推動了長慶油田壓裂 施工作業污水處理技術進步,而且為我國綠色環保壓 裂液的發展提供了新的思路。
       
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