油田压裂和井下作业废水

以前，国内对压裂废水采用了焚烧、残酸池储存、回注等方法来处理，但因为处理效果差、产生二次污染等问题，都不能从根本上解决污染问题，这些方法都没有推广使用。目前，各油田压裂作业废水固定的处理设施很少，大部分通过罐车运输后汇入采油废水处理设施一并处理。但是油田的水处理站也没有成熟的处理工艺和设施，因此，对压裂废水无害化处理显得非常迫切，也是各大油田在环保领域急需解决的难题之一。

各大油田一般对新投产油井都要进行压裂作业，同时对在产的老油井一般在1-2年作一次压裂作业，据估算，全国油田每年需压裂作业的油井约为3万口，以每口井平均产出压裂废水150吨计算，全年共产出压裂废水约450万吨，每吨水处理费用约200元，每年的市场规模为9亿元。

压裂作业中产生的油气层损害包括两个方面：压裂液与地层岩石和流体不配伍产生的对地层的损害；不良的压裂液添加剂、支撑剂对支撑裂缝导流能力的损害。

1．粘土矿物膨胀和颗粒运移引起的损害

粘土矿物与水基压裂液接触，立即膨胀，使得储、渗空间减小。松散粘附于孔道壁面的粘土颗粒与压裂液接触时分散、剥落、随压裂滤液进入油气层或沿裂缝运动，在孔喉处被卡住，形成桥堵，引起损害。使用以水为基液的压裂液时，水敏、速敏反应是常常发生的损害方式。

2.机械杂质引起的堵塞损害

压裂过程中，机械杂质堵塞孔隙和裂缝通道，缩小储、渗空间，降低相对渗透率是重要的损害方式。机械杂质包括四个方面的来源：

（1）压裂液基液携带的不溶物；

（2）成胶物质携带的固相微粒；

（3）降滤失剂或支撑剂携带的固相微粒；

（4）油气层岩石因压裂液浸泡，冲刷作用而脱落下来的微粒。它们被统称为压裂残渣。大颗粒的残渣在岩石表面形成滤饼，可以降低压裂液的滤失，并阻止大颗粒继续流入油气层深部。而较小颗粒的残渣则穿过滤饼随压裂液进入油气层深部，堵塞孔喉及孔隙。缝壁上的残渣随压裂液的注入，沿支撑缝移动，压裂结束后，这些残渣返流，堵塞填砂裂缝，降低了裂缝的导流能力，严重时使填砂裂缝完全堵塞，致使压裂失败。

3．原油引起的乳化损害

原油与水基压裂液相遇，发生乳化损害。被压裂的油气层中的原油常含有天然乳化剂如胶质、沥青、蜡等，压裂时压裂液的流动具有搅拌作用，在油气层孔隙中形成油水乳化液。原油中的天然乳化剂附着在水滴上形成保护膜，使乳化液滴具有一定的稳定性。这些乳化液滴在毛管、喉道中产生贾敏效应，增加了流体流动阻力，液阻效应有时会叠加产生，有时会聚集造成更严重的液堵。

4．支撑裂缝导流能力的损害

一般，支撑剂要满足：（1）密度低；（2）粒径均匀；（3）强度高；（4）圆球度好。若支撑剂选择不当，必然造成损害。例如，支撑剂粒径分布过大，造成小颗粒支撑剂运移堵塞裂缝。若强度过高，例如，支撑剂的硬度大于岩石硬度时，支撑剂颗粒将嵌入到岩石中；反之若支撑剂强度过低，会被压碎，形成许多微粒、杂质，它们运移堵塞孔隙、缝隙，却不能支撑裂缝，造成裂缝失去导流能力。

压裂工艺本身还会带来“冷却效应”，油气层中的沥青、蜡等析出，形成有机垢，堵塞地层。水锁现象也相伴发生，这种损害与注水、采油等引起油气层温度降低、水锁等损害方式相同。

上述损害因素，前三者是被压裂的油气层岩性和流体所固有的客观因素，一旦压裂液进入油气层，就会诱发这些损害发生，而选择理想的支撑剂、优良的压裂液和添加剂，避免支撑剂层导流能力的损害，是可以人为控制的。

《大庆油田水力压裂工程》介绍了大庆油田压裂发展史、压裂工程及分层压裂工艺技术。总结了大庆油田压裂工程配套技术、经营管理、油田压裂发展过程，为今后寻找和高水平开发陆上低渗透、非均质多油层油田提供了战略性措施。《大庆油田水力压裂工程》可以作为压裂方面工程技术人员的辅助工具和教材，也可供大中专院校有关专业师生参考。

1、选择与油气层岩石和流体配伍的压裂液

根据被压裂的油气层的特点，有针对性地选用压裂液，下表列举几例说明。

2、选择合理的添加剂

对不同的压裂要求，采用适当的添加剂（如下表）

添加剂性能举例表

在使用添加剂时，应考虑两点：

（1）添加剂之间不发生沉淀反应，以避免生成新的沉淀垢堵塞孔喉和裂缝；

（2）成本合理。

3、合理选择支撑剂

支撑剂的要求：（1）粒径均匀；（2）强度高；（3）杂质含量少；（4）圆球度好。

对于浅层，因闭合压力不大，使用砂子作支撑剂是行之有效的。在油气层条件下用实验方法确定满足压裂效果的粒径及浓度。深度增加随之闭合压力也增加，砂子强度逐渐不能适应。研究表明，在高闭合压力下，粒径小的比粒径大的砂子有较高导流能力，单位面积上浓度高比浓度低的有较高的导流能力。因此，可采用较小粒径的砂子，多层排列以适应较高闭合压力的油气层压裂。对于更高闭合压力的油气层，只有采用高强度支撑剂，例如使用陶粒。近年发展的超级砂，它是在砂子或其它固体颗粒外涂上（或包上）一层塑料，这是一种热固性材料，在油气层温度下固化。这种支撑剂虽在高闭合压力下会破碎，但能防止破碎后所产生的微粒的移动，仍能保持一定的导流能力。

现场应用表明，陶粒作为支撑剂无论就几何形状（圆度、球度）或强度都比较理想，而且耐高温（可达200℃）抗化学作用性能好，用于油气层压裂措施可大大减少由于支撑剂性能不好所带来的油气层及支撑裂缝的损害。 2100433B