李學(xué)軍 李玉春 趙忠山 大慶油田設(shè)計(jì)院

油井大規(guī)模壓裂對(duì)脫水系統(tǒng)的影響及對(duì)策

李學(xué)軍 李玉春 趙忠山 大慶油田設(shè)計(jì)院

大規(guī)模壓裂后的油井采出液中含有胍膠等各種添加劑，使得采出液成分復(fù)雜，黏度大，采出液乳化嚴(yán)重，機(jī)械雜質(zhì)含量高。這樣的采出液進(jìn)入地面原油脫水和污水處理系統(tǒng)，對(duì)采出液處理系統(tǒng)的沖擊較大，主要表現(xiàn)為脫水設(shè)備的淤積物增多，電脫水器容易倒電場(chǎng)，脫水系統(tǒng)放水懸浮固體含量高。通過(guò)現(xiàn)有工藝運(yùn)行參數(shù)和處理藥劑的優(yōu)化，應(yīng)用對(duì)高含壓裂液采出液適應(yīng)性強(qiáng)的電脫水配套供電設(shè)備，建立現(xiàn)有采出液處理系統(tǒng)處理高含壓裂液運(yùn)行機(jī)制，提高了脫水系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)性。

油井；壓裂；脫水；返排液處理；對(duì)策

1 技術(shù)背景

對(duì)外圍難采儲(chǔ)量油田大規(guī)模壓裂成為油井增產(chǎn)、上產(chǎn)的重要技術(shù)措施。每口大規(guī)模壓裂井的壓裂液注入量達(dá)到1000～20000m3，壓裂返排液約為注入液量的30%，其余的大部分壓裂液會(huì)隨著油井采出液進(jìn)入集輸處理系統(tǒng)。勝利油田、河南油田、大港油田和中原油田等對(duì)壓裂放排液的處理進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，取得較好的成果，滿足了生產(chǎn)要求。例如河南油田在雙河采油廠進(jìn)行了探井殘余壓裂液無(wú)害化處理的研究，達(dá)到了預(yù)期處理效果，成功處理了南陽(yáng)油田探23井壓裂返排，達(dá)到了回注標(biāo)準(zhǔn)，該技術(shù)已經(jīng)在河南油田進(jìn)行了中試，取得了較好的效果。關(guān)于大規(guī)模壓裂的研究主要集中在在返排液處理上，而對(duì)高含壓裂液采出液的處理涉及的比較少。

2 大規(guī)模壓裂對(duì)脫水系統(tǒng)的影響

大規(guī)模壓裂后的油井采出液中含有胍膠等各種添加劑，使得采出液成分復(fù)雜，黏度大，采出液乳化嚴(yán)重，機(jī)械雜質(zhì)含量高。這樣的采出液進(jìn)入地面原油脫水和污水處理系統(tǒng)，對(duì)采出液處理系統(tǒng)的沖擊較大，主要表現(xiàn)為脫水設(shè)備的淤積物增多，電脫水器容易倒電場(chǎng)，脫水系統(tǒng)放水懸浮固體含量高。例如，大慶油田采油七廠葡三聯(lián)所轄的油井進(jìn)行大規(guī)模的壓裂，高含壓裂液的油井采出液通過(guò)轉(zhuǎn)油站進(jìn)入葡三聯(lián)，游離水脫水設(shè)備放水含油量升高，由500mg/L上升到1400mg/L；采出液中的機(jī)械雜質(zhì)大幅增加，游離水脫除設(shè)備的年清淤量由10～20m3增加到20～40m3。該站有3臺(tái)電脫水器，在此期間經(jīng)常出現(xiàn)3臺(tái)電脫水器全部倒電場(chǎng)的情況，倒電場(chǎng)后，很難恢復(fù)正常運(yùn)行。脫水系統(tǒng)的放水懸浮固體含量由平時(shí)的100mg/L左右上升到300mg/L以上。針對(duì)采出液對(duì)脫水系統(tǒng)的影響，在室內(nèi)對(duì)含壓裂液的采出液的油水分離和電脫水特性進(jìn)行了測(cè)試。

（1）對(duì)采出水成分的影響。垣平1—6井為水平井大規(guī)模壓裂井，垣平1—4為同層位沒(méi)有經(jīng)過(guò)規(guī)模壓裂的水平井。分別取垣平1—6壓裂井和垣平1—4非壓裂井采出液樣品進(jìn)行水質(zhì)成分測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表1。通過(guò)測(cè)試可知，壓裂井采出水的含油量和懸浮固體含量明顯高于非壓裂井；壓裂井采出水中離子含量和礦化度明顯升高，離子含量的增加，增強(qiáng)了采出液的導(dǎo)電性。

表1 水中離子含量

（2）壓裂液對(duì)采出液沉降分離特性的影響。利用扶余油層垣平1—4非壓裂常規(guī)水驅(qū)井采出液，在室內(nèi)進(jìn)行不同壓裂返排液摻混比例采出液靜沉脫水試驗(yàn)。脫水溫度為40℃，分別摻入10%壓裂返排液、20%壓裂返排液，破乳劑加藥量20mg/L，進(jìn)行10、20、30、40、50和60min沉降時(shí)間的脫水試驗(yàn)，測(cè)試脫水后油中含水率，結(jié)果見(jiàn)圖1。從圖1可看出，含有壓裂液采出液沉降后油中含水率均高于不含壓裂液采出液沉降結(jié)果。含20%壓裂液采出液沉降后油中含水率和水中含油量高于含10%壓裂液采出液沉降結(jié)果。對(duì)于含10%壓裂液的采出液，沉降30min，油中含水率為29.22%；沉降40min，油中含水率為21.39%，低于30%的技術(shù)指標(biāo)；含20%壓裂液的采出液，沉降難度進(jìn)一步增大，沉降50min，油中含水率為27.21%，此時(shí)才能達(dá)到含水率小于30%的技術(shù)指標(biāo)。

圖1 不同壓裂液含量的沉降分離特性對(duì)比曲線

（3）壓裂液對(duì)采出液電脫水特性的影響。在室內(nèi)進(jìn)行了電脫水試驗(yàn)，脫水溫度為50℃，壓裂液摻混比例10%，破乳劑加藥量20mg/L，電脫水時(shí)間分別為10、20、30、40、50和60min，測(cè)試脫水后油中含水率，結(jié)果見(jiàn)表2。從電脫后油中含水率數(shù)據(jù)可以看出，在50℃條件下，垣平1—4井采出液不摻混壓裂液樣品電脫60min后，油中含水率0.2%，滿足指標(biāo)要求。摻混10%壓裂液后，電脫60min，油中含水率0.34%，不達(dá)標(biāo)。即同樣溫度條件，同樣加藥情況下，同樣加電時(shí)間，摻混10%壓裂液樣品油中含水率高于不摻壓裂液樣品結(jié)果。

表2 采出液電脫水特性測(cè)試

3 技術(shù)對(duì)策

通過(guò)室內(nèi)測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)跟蹤表明：油井大規(guī)模壓裂對(duì)采出液處理系統(tǒng)的沖擊較大，主要表現(xiàn)為脫水設(shè)備放水含油量和懸浮固體含量升高，電脫水器容易倒電場(chǎng)。針對(duì)大規(guī)模壓裂對(duì)現(xiàn)有采出液處理系統(tǒng)的影響，結(jié)合油田在化學(xué)驅(qū)采出液集輸脫水方面的經(jīng)驗(yàn)，初步制定應(yīng)對(duì)油井大規(guī)模壓裂對(duì)采出液脫水系統(tǒng)沖擊的技術(shù)對(duì)策。

（1）通過(guò)現(xiàn)有工藝運(yùn)行參數(shù)和處理藥劑的優(yōu)化，提高運(yùn)行平穩(wěn)性。依托目前的一段游離水脫除工藝、二段電脫水工藝，針對(duì)高含壓裂液采出液造成脫水系統(tǒng)脫水超標(biāo)問(wèn)題，根據(jù)高含壓裂液的乳化機(jī)理，研發(fā)有針對(duì)性的破乳劑，重新確定適應(yīng)于高含壓裂液采出液的游離水脫除沉降時(shí)間、電脫水設(shè)備處理量及電脫水溫度。

（2）應(yīng)用對(duì)高含壓裂液采出液適應(yīng)性強(qiáng)的電脫水配套供電設(shè)備。針對(duì)油井大規(guī)模壓裂造成的電脫水設(shè)備運(yùn)行不平穩(wěn)問(wèn)題，應(yīng)用適應(yīng)于高含壓裂液脫水的電脫水器內(nèi)部結(jié)構(gòu)和脫水供電裝置，以提高脫水電場(chǎng)的運(yùn)行平穩(wěn)性。一是應(yīng)用大電流交直流疊加脫水供電裝置，以提高電脫水供電裝置對(duì)大電流的耐受能力；二是應(yīng)用脈沖脫水供電裝置，避免大電流沖擊電場(chǎng)。

（3）通過(guò)電脫水器中間層排放及回收油單獨(dú)處理，提高電脫水系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)性。由于高含壓裂液采出液中，機(jī)械雜質(zhì)等懸浮固體含量高，這部分物質(zhì)容易與原油形成難于破乳的中間層，隨著時(shí)間的累計(jì)，在電脫水內(nèi)部聚結(jié)，中間層逐漸增厚，高含水的中間層對(duì)脫水電場(chǎng)造成沖擊，影響脫水設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行。對(duì)影響脫水設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行的中間層進(jìn)行單獨(dú)處理，以提高脫水系統(tǒng)的運(yùn)行平穩(wěn)性。

（4）應(yīng)用大規(guī)模壓裂井采出液預(yù)處理工藝，降低對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的沖擊。針對(duì)高含壓裂液采出液攜污量大、乳化程度高的特性，對(duì)壓裂井采出液進(jìn)行預(yù)處理，包括化學(xué)和物理方式的破乳及旋流除砂等，以緩解高含壓裂液采出液對(duì)常規(guī)脫水系統(tǒng)的沖擊，提高常規(guī)脫水系統(tǒng)處理高含壓裂液采出液的平穩(wěn)性。

（5）應(yīng)用低含水油的熱化學(xué)脫水技術(shù)，確保原油達(dá)標(biāo)外輸。在脫水設(shè)備脫后的原油含水率超標(biāo)時(shí)，為了保證外輸原油含水率合格，在關(guān)鍵的站場(chǎng)建設(shè)具有放水功能的原油儲(chǔ)存緩沖設(shè)施，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的沉降，降低原油含水率，確保外輸原油達(dá)標(biāo)。

（6）建立現(xiàn)有采出液處理系統(tǒng)處理高含壓裂液運(yùn)行機(jī)制。根據(jù)大規(guī)模壓裂的作業(yè)方式，壓裂液對(duì)脫水系統(tǒng)和污水處理系統(tǒng)的影響方式、影響程度及提高脫水系統(tǒng)和污水系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的措施，建立現(xiàn)有脫水系統(tǒng)和污水處理系統(tǒng)處理高含壓裂液的運(yùn)行機(jī)制。針對(duì)游離水脫除設(shè)備淤積物增多，有效空間減少，游離水脫除設(shè)備運(yùn)行效率下降的問(wèn)題，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定合理的清淤周期，及時(shí)清淤，提高脫水設(shè)備的運(yùn)行效率。壓裂井錯(cuò)峰進(jìn)站，降低高含壓裂液采出液對(duì)采出液處理系統(tǒng)的沖擊。

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.12.003