胍胶压裂返排液循环配制过程中残余硼控制技术研究_同霄.pdf

第 42卷第 02期（2023-02）油气田地面工程 https:/行业论坛胍胶压裂返排液循环配制过程中残余硼控制技术研究*同霄李岩席佳欣邱奇长庆油田分公司油气工艺研究院低渗透油气田勘探开发国家工程实验室摘要：胍胶压裂液是目前油气田开发应用最为广泛的压裂液体系之一，返排液中存在一定量的残余交联剂，在重复配液过程中会出现提前交联的问题，因此开展了丙三醇、乙二醇、甘露醇、木糖醇等多羟基化合物对返排液中残余硼的掩蔽实验。实验结果表明：采用与硼摩尔比为21的甘露醇作为掩蔽剂，可降低提前交联的不良影响。针对压裂返排液的水质特点和回用指标，采用“絮凝沉淀+离子控制+两级过滤”为主的胍胶压裂返排液处理工艺，处理后悬浮物去除率 95.6%、钙镁离子去除率 72.6%、硼去除率 71.5%，压裂返排液处理后直接配制胍胶压裂液，未出现提前交联的情况，与清水配制的胍胶压裂液相比，耐温、耐剪切性能满足现场施工的要求。关键词：压裂返排液；胍胶；多羟基化合物；残余硼；掩蔽Study on Residual Boron Control Technology in the Circulating Preparation of Guanidine Gum Fracturing Flowback FluidTONG Xiao，LI Yan，XI Jiaxin，QIU QiOil and Gas Technology Research Institute of Changqing Oilfield Company National EngineeringLaboratory for Exploration and Development of Low-permeability Oil and Gas FieldAbstract：Guanidine gum fracturing fluid is one of the most widely used fracturing fluid systems in oiland gas field development.There is a certain amount of residual crosslinking agent in the flowback liq-uid，which will cause the problem of crosslinking in advance in the process of circulating preparation,sothe masking experiment of residual boron in flowback liquid by polyhydroxy compounds such as glycer-ol，ethylene glycol，mannitol，and xylitol is carried out.The experiment results show that mannitolwith molar ratio of 2:1 to boron can be used as the masking agent to reduce the adverse effect of advancedcrosslinking.According to the water quality characteristics and reuse indexes of fracturing flowback fluid，the guanidine gum fracturing flowback fluid treatment process centered on“flocculation sedimentation+ion control+two-stage filtration”has been used.After treatment，the removal rates of suspendedsolids，calcium and magnesium ions，and boron are 95.6%，72.6%and 71.5%respectively.The guani-dine gum fracturing fluid is prepared directly after the fracturing flowback fluid is treated，and no cross-linking occurred in advance.Compared with the guanidine gum fracturing fluid prepared with clean wa-ter，the temperature resistance and shear resistance meet the requirements of on-site construction.Keywords：fracturing flowback fluid；guanidine gum；polyhydroxy compounds；residual boron；masking由于材料来源广、携砂效果好，胍胶压裂液成为目前低渗透油藏水力压裂作业应用最广泛的水基压裂液体系1-3。低渗透油藏渗流能力差，一般采用水平井多级分段、高排量和大液量的体积压裂模式，进行大规模压裂改造后才能得到经济产量，所以产生的压裂返排液数量是常规压裂作业的数倍4。在井场将压裂返排液净化处理后循环配制压裂液是降低石油开发对水环境污染、节约水资源的重要途径5-6。在胍胶压裂返排液重复利用过程中，由于返排液内含有大量悬浮物和金属离子，会对重复配制的胍胶压裂液性能产生影响，其中悬浮物会影响胍胶的溶胀，降低基液黏度，可以通过絮凝过DOI:10.3969/j.issn.1006-6896.2023.02.001*基金论文：中石油集团公司科学研究与技术开发项目“低成本油田污水处理技术研究”（2021DJ6606）。1行业论坛同霄等：胍胶压裂返排液循环配制过程中残余硼控制技术研究*油气田地面工程 https:/滤去除7-8；钙镁离子会影响压裂液的耐温、抗剪切性能，可以通过化学沉淀法去除9-10；压裂返排液中没有完全降解的残余硼交联剂会在重复配液时导致基液提前反胶11，增大基液的黏度，降低压裂液性能。为了消除返排液中残余硼对复配压裂液性能的影响，有必要开展水溶液中硼的去除技术研究。目前，硼去除的方法主要为化学沉淀法12、膜分离法13、吸附法14-15等，在卤水、地热水、海水除硼等领域都有应用。根据油田压裂返排液现场处理并就地回用的实际要求，除硼工艺应简单高效，便于现场实施，同时除硼成本不宜太高。胍胶压裂液配制一般采用无机硼或者有机硼作为交联剂，其本质都是硼酸根离子与羟丙基胍胶发生脱水反应16，所以残余硼交联剂中的硼是以硼酸根离子的形态存在于压裂返排液中。研究表明，多羟基化合物可与硼酸形成稳定的络合物17，丙三醇、乙二醇、甘露醇、木糖醇等都含有多个羟基，可以作为掩蔽剂，对返排液中的残余交联剂起到掩蔽效果。因此本文选取上述四种常见的多羟基化合物，开展多羟基化合物与硼的掩蔽实验研究，并通过测试返排液处理后重复配制压裂液的流变性能，探讨多羟基化合物对残余硼的络合效果，从而解决残余硼在重复配液过程中提前交联的问题。1掩蔽实验实验试剂：羟丙基胍胶（任丘市高科化工有限公司）、有机硼交联剂（陕西驭腾实业有限公司）、聚合氯化铝、聚丙烯酰胺（相对分子质量 1 000万、水解度 20%）为工业品；丙三醇（无锡市亚太联合化工有限公司）、葡萄糖（上海山浦化工有限公司）、聚乙烯醇（成都市科隆化学品有限公司）、甘露醇（天津市北辰方正试剂厂）为分析纯以及去离子水（25 时电阻率12 Mcm）。实验仪器：ZNN-D6六速旋转黏度仪（苏州华瑞科技仪器有限公司）、HAAKE MARS 流变仪（美国赛默飞公司）。压裂返排液的悬浮物、pH 值和基本离子浓度等指标测定按照 SY/T 53292012 碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法 和 SY/T 55232016油气田水分析方法 中所述方法完成；硼含量采用 HJ/T 491999 水质硼的测定姜黄素分光光度法 中相应方法予以分析测定。通过实验发现，返排液中的钙镁离子和总铁对硼的去除效果无明显影响，所以掩蔽实验首先在压裂返排液水质分析的基础上，加入聚合氯化铝（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM），絮凝沉淀去除悬浮物，然后加入多羟基化合物，充分搅拌后测量返排液中的硼含量，筛选出具有最佳络合能力的多羟基化合物。2结果与讨论2.1胍胶压裂返排液组成性质针对陇东某试油压裂井场，开展胍胶压裂返排液水质分析。该井场共有 3 口直井，每口井设计 2段压裂，将最终压裂后产生的胍胶压裂返排液单独收 集，编 号 为 1#、2#、3#，其 水 质 分 析 见 表 1。Q/SYCQ 3559 胍胶压裂液返排液回收再利用水质标准18中对重复配液水质提出了具体要求，pH值应在 6.07.5之间、悬浮物质量浓度50 mg/L、钙镁离子质量浓度300 mg/L、总铁含量20 mg/L；根据陈新建19等的研究成果，当压裂返排液中硼质量浓度控制在 5 mg/L以下时，不影响压裂返排液二次配液，所以重复配液水质要求中含硼量5 mg/L。从 水 质 检 测 结 果 可 以 看 出：返 排 液 的 pH 值 在6.07.5 之间、总铁含量平均为 11.1 mg/L，均满足重复配液的水质要求；悬浮物平均为 452.5 mg/L，钙镁离子总量平均质量浓度为 455.3 mg/L，硼含量平 均 为 14.2 mg/L，远 远 超 过 重 复 配 液 的 水 质 要求。本文选择硼含量最高的 1#样品开展后续掩蔽实验。2.2掩蔽效果评价分别向 500 mL 压裂返排液中加入 800 mg/L 聚合 氯 化 铝 和 7.5 mg/L 聚 丙 烯 酰 胺，搅 拌 后 静 置表 1某井场胍胶压裂返排液水质分析Tab.1 Water quality analysis of guanidine gum fracturing backflow fluid in a well site井场及水质要求1#2#3#重复配液pH值6.07.36.26.07.5悬浮物/(mgL-1)926.7136.9293.950Cl-/(mgL-1)2 995.4645.21149.2SO42-/(mgL-1)-HCO3-/(mgL-1)538.8480.9566.1CO32-/(mgL-1)-Ca2+/(mgL-1)736.2164.2198.9Ca2+Mg2+300Mg2+/(mgL-1)166.959.640.0总铁/(mgL-1)15.95.911.520硼/(mgL-1)17.213.611.85 mg/L），随着丙三醇加量的增加，虽然硼的去除率有所提高，但变化不大，总体来看，丙三醇的掩蔽效果不能满足重复配液水质要求。图 1丙三醇除硼效果Fig.1 Boron removal effect of glycerol乙二醇的除硼效果如图 2所示。当硼和乙二醇的摩尔比为 13时，除硼率最高为 44.6%，硼含量为 9.52 mg/L（5 mg/L），总体来看，乙二醇的掩蔽效果略低于丙三醇，同样不能满足重复配液水质要求。图 2乙二醇除硼效果Fig.2 Boron removal effect of ethylene glycol甘露醇的除硼效果如图 3所示。当硼和甘露醇的摩尔比为 12 时，硼含量为 3.13 mg/L，当硼和甘露醇的摩尔比为 13 时，硼含量为 2.74 mg/L，除硼率最高可达到 84.1%，满足重复配液的水质要求。木糖醇的除硼效果如图 4所示。当硼和木糖醇的摩尔比为 12 时，硼含量为 4.91 mg/L，当硼和木糖醇的摩尔比为 13 时，硼含量为 4.36 mg/L，除硼率最高为 74.7%，满足重复配液的水质要求，但是和甘露醇相比，木糖醇的除硼效果略差。图 3甘露