三元洗井液预处理技术室内实验研究_于庆龙.pdf

水处理与注水工程于庆龙：三元洗井液预处理技术室内实验研究油气田地面工程 https:/三元洗井液预处理技术室内实验研究于庆龙大庆油田有限责任公司第四采油厂摘要：随着油田开发的不断深化，三元注入井大量增加，洗井作业是保障生产的有效措施，其施工后将产生大量的三元返排液。由于三元洗井液成分复杂、碱性高、黏度大，不能直接进入污水系统进行处理，因此需采取预处理措施降低洗井液黏度、含油量及悬浮物含量，减轻下游处理压力。通过对三元洗井液、压裂返排液及酸化返排液进行组分分析，并对混配机理进行研究，制定出三元洗井液压裂返排液、三元洗井液酸化返排液室内混配实验方案。通过处理水质对比，初步确定了采用酸化返排液处理三元洗井液具有较好的降黏和破乳效果，并且在三元洗井液与酸化返排液以12体积比混合时，可将三元洗井液中含油质量浓度降至172.0 mg/L，悬浮物质量浓度降至 13.3 mg/L，混合体系黏度降至 2.2 mPas，有效降低了三元洗井液下游污水处理环节的难度。关键词：三元洗井液；压裂返排液；酸化返排液；预处理Laboratory Experimental Study on Pretreatment Technology of Ternary Well-flushingFluidYU QinglongNo.4 Oil Production Plant of Daqing Oilfield Co.，Ltd.Abstract：With the continuous deepening of oilfield development，the number of ternary injectionwells is increasing significantly.Well flushing operation is an effective measure to ensure production，and it will produce a large amount of ternary backflow fluid after construction.Due to the complexcomposition，high alkalinity，and high viscosity of ternary well flushing fluid，it cannot directly enterthe sewage system for treatment.Therefore，pretreatment measures are needed to be taken to reducethe viscosity，oil content，and suspended solids content of well flushing fluid，so as to reduce thedownstream treatment pressure.Through the component analysis of ternary well flushing fluid，fractur-ing backflow fluid，and acidified backflow fluid，and the research on the mixing mechanism，the labo-ratory mixing experimental schemes of ternary well flushing fluid-fracturing backflow fluid and ternarywell flushing fluid-acidizing backflow fluid are developed.Through the comparison of the treated waterquality，it is preliminarily determined that the treatment of ternary well flushing fluid with acidizingbackflow fluid has better viscosity reduction and demulsification effect.And when the ternary well flush-ing fluid and acidizing backflow fluid are mixed with 1:2(volume ratio)，the oil mass concentration inthe ternary well flushing can be reduced to 172.0 mg/L，the suspended solids mass concentration can bereduced to 13.3 mg/L，and the viscosity of the mixed system can be reduced to 2.2 mPa s,which ef-fectively reduce the difficulty of the downstream sewage treatment of the ternary well flushing fluid.Keywords：ternary well flushing fluid；fracturing flowback fluid；acidified flowback fluid；pretreat-ment为保证油田井口注入水质合格，避免地层二次污染，每年需进行大量注水（入）井洗井作业。随着三元复合驱的不断开发，三元注入井大量投产，三元洗井任务也逐年增大。但由于三元洗井液成分复杂、黏度大，未经有效处理无法进入污水系统，从而制约三元洗井进度1。本文对三元洗井液成分DOI:10.3969/j.issn.1006-6896.2023.02.01054第 42卷第 02期（2023-02）油气田地面工程 https:/水处理与注水工程进行分析，通过进行三元洗井液压裂返排液、三元洗井液酸化返排液室内混配实验，制定三元洗井液预处理措施。1三元洗井液的性质三元洗井液主要由聚合物、表面活性剂、碱性盐、石油类化合物、悬浮物及杂质组成2-3。三元洗井液碱性较强、黏度较高，根据开发情况不同，其pH 值 11，黏 度 在 330 mPa s，矿 化 度 在15 000 mg/L 以上。三元注入井因长期生产，井底、井筒、井壁均附着较多的原油和悬浮物，其浓度均在 3 000 mg/L 以上。X3-1-E59 井三元洗井液物化性质如图 1、表 1 所示，从结果可以看出其物化性质复杂，处理难度较大，无法直接进入污水系统处理。图 1X3-1-E59注入井洗井液样品实物照片Fig.1 Physical photo of X3-1-E59 injection well flushingfluid sample2三元洗井液预处理室内实验针对三元洗井液碱性高、黏度大、杂质多等特点，计划对其进行预处理后排入污水系统。预处理采用酸性的压裂返排液或酸化返排液与其混合，促使洗井液进行中和反应、聚合物降解及絮凝沉降，使水中含油、悬浮物含量降低，减小污水处理难度。2.1三元洗井液压裂返排液混配实验2.1.1压裂返排液的成分及性质压 裂 液 主 要 成 分 有 四 硼 酸 钠 交 联 胍 胶、Na2S2O3、石英砂、助排剂等，进行压裂作业后返排液的水质特征见表 2。由表 2 可知，压裂返排液中不仅有大量的有机物和石油类化合物，而且比其他废水黏度大4-6。通常情况下，水在 20 时的黏度约为 1 mPas，而压裂返排液的黏度是水的 310倍，是压裂返排液难以处理的主要原因。在压裂返排液的处理过程中，由于化学药剂难以快速扩散，导致化学作用不均匀、反应时间长、处理效果差。表 2压裂返排液的水质特征Tab.2 Water quality characteristics of fracturing backflow fluidCOD/(mgL-1)3 078.0悬浮物浓度/(mgL-1)672.0石油类浓度/(mgL-1)1 001.0黏度/（mPas）4.2矿化度/(mgL-1)194.4pH值6.02.1.2混配原理及实验方法由于压裂返排液呈弱酸性，会与碱性的三元洗井液发生中和反应：H+OH-H2O（1）三元洗井液中的三价及高价金属离子与胍胶进行交联反应，反应方程式如下所示：（2）根据三元洗井液与压裂返排液的酸碱性不同，两 者 在 20 下，混 配 比 例 为 1 1、1 1.25、1 1.5、11.75、12 时，通过充分混合、静沉后，取上层液化验，观察混合液黏度、含油量、悬浮物含量的变化情况，每组混配实验做 5次平行实验，并取平均值。实验结果如表 3、图 2所示。2.1.3结果分析根据理论分析和实验结果可以看出，三元洗井液与压裂返排液混配后含油量和悬浮物含量均有所表 1X3-1-E59井洗井液成分分析Tab.1 Composition analysis of Well X3-1-E59 well flushing fluid洗井罐数第一罐第二罐第三罐第四罐第五罐第六罐平均pH值12.8612.3313.0612.419.889.5811.69矿化度/(mgL-1)21 005.6415 560.5825 143.4120 485.057 960.957 902.4816 343.02黏度/(mPas)19.66.436.36.41.972.0412.12含油浓度/(mgL-1)5 642.41817.466 621.563 788.00767.32398.883 005.94悬浮物浓度/(mgL-1)1 8102707 5507 8101 1004503 165聚合物浓度/(mgL-1)857.81293.91829.34271.7998.751111.88410.58表面活性剂/(mgL-1)362.94959.94956.542 371.01661.44481.66965.5955水处理与注水工程于庆龙：三元洗井液预处理技术室内实验研究油气田地面工程 https:/下降，在混配比例为 11 时黏度与其他混配比例相比略高，但低于 2 mPas；而含油浓度和悬浮物浓 度 均 低 于 350 mg/L，可 满 足 污 水 系 统 的 处 理要求。表 3三元洗井液压裂返排液混配实验结果Tab.3 Results of ternary well flushing fluid-fracturing backflowfluid mixing experiment项目黏度/(mPas)含油浓度/(mgL-1)悬浮物浓度/(mgL-1)V三元洗井液：V压裂返排液111.9320.4350.011.251.6348.3401.011.51.3386.2456.511.751.6448.9442.0121.7516.7426.5注：T=20。图 2三元洗井液压裂返排液混配实验化验曲线Fig.2 Test curve of ternary well flushing fluid-fracturingbackflow fluid mixing experiment2.2三元洗井液酸化返排液混配实验2.2.1酸化返排液的成分及性质酸化液主要成分为 HCl、HF、NH4Cl、乌洛托品、C16H33C6H4SO3Na等，酸化液通过地层反应，其返排液的水质特征见表 4。由表 4 可知，酸化返排液中含多种有机物，COD 值达 4 212 mg/L；酸化返排 液 具 有 高 矿 化 度，其 中 HCO3-、Ca2+、Mg2+、Ba2+、Cr3+等成垢离子含量较高；酸化返排液中悬浮物含量较高，易造成地层堵塞7-10。目前酸化返排液有效的处理工艺为预处理回注。表 4酸化返排液的水质特征Tab.4 Water quality characteristics of acidified ba