撬装式压裂返排液处理回注技术在永宁油田初步应用效果浅析

曹利民

摘要：永宁油田位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡中部，属于典型的低压、低产、特低渗油田。压裂工艺成为该油田开发的主要技术手段，但随着油田开发规模不断扩大，压裂作业量、压裂液及返排液量也随之增加，特别是压裂后返排至地面的废液，由于其具有粘度高、化学成分复杂、难降解等特点，给油田生产和环境保护造成很大压力。为此，油田通过开展压裂返排液处理先导性试验，使处理后水质完全满足注水水质标准要求并注入目的层，不仅节约了大量地表水资源，同时减少了油区环境污染。本文对撬装式压裂返排液处理回注技术在永宁油田初步应用情况进行了分析和总结，为该技术在油田后续进一步推广具有一定的指导和促进作用。

关键词：压裂返排液    处理     回注    试验  

据上年油田开发数据显示，永宁油田上年共钻新井470口，其中常规井415口，水平井55口，且全部实施了压裂作业，其中常规压裂425口，水平井体积压裂45口，全年共计使用压裂液31.85×104m3， 压裂后返排液约13.89×104m3。由于全年作业量不均匀，压裂返排液在6～9月份产生量较大，其它月份产生量相对较小，最高返排量约570m³/d。

目前该油田压裂返排液主要通过车辆从井场将废液拉运至集中处理站点处理后，回注至安定组以下非产层。但由于该方法一是处理后的水质相对较差，长期以往会对回注地层造成堵塞，从而使注入难度加大，同时还会产生一定的污染；二是由于这些处理站点位置相对固定，而作业井场又多为边缘、偏远新发现区域，返排液的运输距离远、费用高，直接增加了油田的生产运营成本。因此，无论从环境保护还是生产运营方面考虑，如何处理和合理利用压裂返排液都成为各大油田亟待解决的问题之一。

一、永宁油田压裂返排液特征分析

目前，永宁油田压裂液多采用胍胶压裂液和清洁压裂液两种。通过对其返排至地面的废液进行相关化验分析，认为该油田压裂返排液有如下几个特征：

1. 高悬浮物、高矿化度特征：由于压裂返排液是一种复杂的多相分散体系，水质成分多样化，既有压裂液中的有机和无机添加剂，也含有从地层水中带回的钙、镁、铁及其他离子，同时还含有粘土颗粒、岩屑、原油、陶粒砂/石英砂等污染物，使其悬浮物含量和矿化度值均很高。
2. 高黏度、难降解特征：由于在压裂作业过程中，为使压裂液具有强携砂、低滤失、易破胶、低伤害等特点，往往一种压裂液中的添加剂多达十几种，比如：稠化剂、杀菌剂、破胶剂、PH调节剂、表面活性剂、粘土稳定剂、发泡剂、温度稳定剂、转向剂、降滤剂、交联剂等，组成极为复杂，而主要添加剂稳定性能又高，且不易降解，因此使其返排液具有较高黏度、成份复杂、不易降解等特点，成为其处理难度的重点所在。
3. 处理量具有分散和不稳定性：由于压裂作业位置的不确定性，加之每年的作业量和施工时间的不确定性，同时每口作业井返排液量的波动范围又较大，所有这些因素均给处理工艺的选择与设置带来较大的困难。

二、压裂返排液处理技术原理及工艺流程

目前国内外油气田压裂返排液处理常用的处理方法有：物理法、化学法、生物法。也可以根据压裂返排液的水质特点，采用以上单一、两者或三者相结合的工艺进行处理。

该项目目前采用国内外常用的物理化学法，通过添加一定的化学药剂，使处理后的压裂液返排液水质达到油田注水水质要求。

1. 物理化学法处理技术原理：物理化学处理法是指当把一定量的化学药剂加入废水中待反应一段时间后，废水中的有机污染物会在药剂的作用下发生分解或者絮凝沉淀，使之从废水中去除，从而降低了废水的 CODcr 值。其主要手段为絮凝+沉降+精细处理技术，并结合目前市场上所售的快速处理剂和精细处理剂，实现15分钟快速沉降，5分钟精细处理。而其精细涂膜过滤器技术原理主要是通过过滤器内一定数量的微米级滤膜，在投加一定的滤料进入后，废水通过增压泵打入，经过吸附在滤膜上滤料和滤膜过滤后，去除悬浮物和大部分胶体。滤料在处理一定水量后自动排出，同时设备重新自动涂料再生。
2. 返排液处理工艺流程：压裂返排液由罐车从作业井场运至本处理站后，先进入带有搅拌器的储罐内，再加入药剂进行破胶、PH调节、絮凝、混凝、搅拌反应后进入斜板沉淀器沉淀，通过泥、水分离，上部清液通过提升泵进入气浮池进行原油、悬浮物去除，同时加入其它药剂降低去除部分钙离子、镁离子、铁离子，然后进入中间水箱、通过增压泵进入精细涂膜过滤器过滤，下部沉淀部分进入固液分离，分离后固体另行处理，上部清液收集后进入清水箱回用。整个处理过程实现自动控制和自控联锁，能够准确把握每个节点的动态数据，从而重发保证处理出水水质。

图1：撬装式压裂返排液处理工艺流程

3. 排污回收流程：水罐溢流排污、撬装设备地漏排污、压裂液处理装置污油管线均接入站内新建污水污油箱；污油定期由油罐车拉至附近联合站处理；压裂返排液处理装置反洗排污、排渣、排泥均由压裂液处理设备压成泥饼排出，液体回至压裂液处理前段再处理，泥饼放至固定存放处，由建设单位集中进行无害化处理。

为降低返排液处理成本，特别是降低返排液运输成本，本次先导性试验采用了撬装式可移动处理设备，以满足每年重点压裂作业区域返排液处理需要。本设备由压裂返排液预处理撬和压裂返排液精细处理撬、加药系统等三个撬块组成，可搭配组合，也可以串联组合，具有集成度高、可移动性强、后续升级方便等特点，以满足不同的压裂体系要求和处理要求。

三、现场初步应用情况

结合本年度压裂作业重点分布区域，为使返排液运输距离相对较短，同时使处理后水量有效回注目的层，该撬装式返排液处理站点首次先导性试验地点选在了大阳湾联合站，处理合格后的水通过湾联合站注入本区域注水开发目的层。设备处理能力25m3/h，每天工作按20h计算，则日处理能力为500 m3。

鉴于该设备应用时间较短，且目前油田压裂作业量也相对较少，而来液量波动又较大，因此设备从投运至今45天内，累计处理返排液量6935.7 m3，排渣量612.3 m3，有效回注利用率91.2%。累计填加各类药剂27.2t。具体运行情况见下表1：

表1：永宁油田撬装式压裂返排液先导性试验运行情况统计表

处理原液（m3）	排渣（t）	回注利用率（%）	加药量（t）
			水处理						压滤机配方药剂
			破胶剂	破乳剂	絮凝剂	助凝剂	PH调节剂	膜	1#剂	2#剂
6935.7	612.3	91.2	6	4.3	0.1	8	3	1.8	2	2

经该设备处理后水质基本可满足《延长油田注水水质标准（2011）》要求，具体处理前后几项主要指标化验情况见下表2：

表2：永宁油田撬装式压裂返排液处理前后水质主要指标化验对比表

标准分级及注入层平均空气渗透率  1×10-3m2		悬浮物含量mg/L	悬浮物颗粒直径中值m	含油量           mg/L	总铁量mg/L	pH	溶解氧mg/L
延长油田注水水质标准（2011）	Ⅰ级≤1.0	≤2	≤2	≤3	≤0.5	6.5～7.5	≤0.05（油层水） ≤0.5（清水）
	Ⅱ级1.0～10	≤3	≤2	≤5
	Ⅲ级10～50	≤5	≤3	≤8
压裂返 排液	处理前	146.7	7.67	8.12	7	8	0.8
	处理后	0.4	1.33	0	0.2	6.5	0.8

四、效益评价 

（一）经济效益

鉴于本项目目前尚处于先导性试验阶段，投运时间较短，且运行尚不稳定，因此目前处理成本相对较高，众所周知，处理成本与处理量有直接的关系，只有处理量达到一定程度时，处理成本才能降到最低。根据本项目前期可行性论证，预计平稳运行后，处理成本可控制在15元/ m3左右，若本项目全面推广实施后，年处理量按13.89×104m3计算，预计年成本为208.35万元。若该项目全面运行后则可节约以下几个方面的费用支出：

1. 节约非目的层回注水处理费：按本油田目前采出水平均处理成本7.5元/m3计算，可减少12.5×104 m3/年采出水处理费用93.75万元。
2. 节约返排液运输费：鉴于前期返排液处理均由罐车运至固定的回注站点进行集中处理，因此相对于扩边开发的作业现场则距固定站点位置相对较远，而本项目采取撬装式可移动处理设备后，可根据作业现场及就近注水站点布置，使返排液运输距离缩短，初步按平均可缩短15公里，运输费用平均按35元/吨计算，则年可节约运输费用约416.7万元。
3. 节约水资源费：按上年返排液量13.89×104 m3，有效利用率按90%计算，年可节约地表水约12.5×104 m3，年节约水资源费5万元；

（二）环保和社会效益

1. 压裂液处理后回注，节约大量的地表水资源，避免地下水位下降过快，减轻油田开发对生态环境的影响；
2. 通过有效处理油田作业废液，保障了油田压裂、酸化等井下作业的有序进行，利于油田正常生产。

综上所述，本项目处理方式较之前处理方式相比较，经济效益明显，但该项目的实施所产生的社会效益远远大于其产生的经济效益。

五、认识和建议

1. 因地制宜，尽量结合油田开发重点作业区域及回注注水站点位置，合理布置处理站点，从而进一步降低原液及处理后水量运输成本。
2. 准确预测返排液量，适当时候可将前期存储原液罐容放大，增加静沉和自然降解时间，而处理设备能力在合理范围内尽量选小，以保证设备的连续、平稳运行，可使药剂、滤料发挥最大作用，降低加药成本。
3. 鉴于该技术处理效果较好，且处理后水质基本可满足本油田注入水水质标准要求，同时具有可移动性，机动灵活，能很好适应油田不同区块开发需要。因此通过优化布局、合理选型，该方法可做为压裂返排液处理技术加以应用和推广。

参考文献

［1］倪双明，谢朝阳，周山林，白世德.压裂返排液处理回注技术研究 ［J］.中国石油学会第六届青年学术年会论文集

［2］杜贵军.油田压裂返排液处理技术实验研究 ［J］.油气田环境保护，2012,8

［3］志丹采油厂撬装式压裂返排液处理站可行性研究报告[R].志丹采油厂,2017