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壓裂返排液殺菌回用

發布時間:2022-07-04 14:25:02

Ⅰ 生物破膠酶的發酵生產及其破膠性能研究

鄭承綱 李宗田 張汝生

(中國石化石油勘探開發研究院,北京 100081)

摘 要 針對中低溫油藏壓裂破膠施工的需求,篩選出生物破膠酶生產菌株——地衣芽孢桿菌(Bacillus licheniformis)BG1,通過兩水平試驗設計確定了該菌株產酶培養基中的顯著因素(碳源、有機氮源和無機氮源),在此基礎上,又通過中心法則試驗設計對該菌株的產酶培養基組成做進一步優化,最終確定了發酵培養基組成為4.08g/L碳源,11.74g/L有機氮源,5.22g/L無機氮源,2g/L磷源,1.0g/L硫源,0.05g/L微量元素。採用該優化培養基,BG1菌株的生物破膠酶產量達239 U/L。該菌株所產生物破膠酶擁有良好的穩定性,在低於50℃中溫浴6h,酶活力保持率可達85%以上,同時該酶對非極端pH條件、常規地層離子和化學助劑亦表現出良好的穩定性。通過對該酶破膠性能進行研究,發現該酶在中、低溫環境下破膠效果好,30 ~60℃溫度下破膠後的壓裂液黏度分別為11.1cp、2.23cP、1.97cP和4.65cP,破膠返排後地層傷害小,模擬實驗傷害率僅為11.37%,體現了該生物破膠酶在中、低溫油藏壓裂施工中的良好應用前景。

關鍵詞 地衣芽孢桿菌 生物破膠酶 中低溫油藏 穩定性 破膠效能

Proction of Enzymatic Gel Breaker and Its

Gel Breaking Potential Evaluation

ZHENG Chenggang,LI Zongtian,ZHANG Rusheng

(Exploration and Proction Research Institute,SINOPEC,Beijing 100081,China)

Abstract In order to fill the fracturing gel breaking demand in those moderate-/low-temperature reservoirs, Bacillus licheniformis BG1 was selected for the proction of enzymatic gel breaker(EGB).The significant variables in the EGB fermentation medium were identified as carbon source,organic nitrogen and inorganic nitrogen source by two-level factorial design and were further optimized through full-factorial central composite design.The optimal composition of EGB fermentation medium was 4.08 g/L carbon source,11.74 g/L organic nitrogen,5.22 g/L inorganic nitrogen,2 g/L phosphorus source,1.0 g/L sulfur source,0.05 g/L trace elements and the maximum EGB proction yield was 239U/L.The EGB proced by B.licheniformis BG1 exhibited good thermostability that after incubation at a temperature below 50 ℃for 6 h,the resial activity was still above 85% retention rate.The enzymatic breaker also showed a good stability withthe non-extreme pH conditions,conventional ion formation and chemical additives.The viscosities of broken fracturing fluids were 11.1 cP,2.23 cP,1.97 cP and 4.65 cP at a temperature ranging from 30℃ to 60℃,respectively.EGB operation caused little damage to the formation that the damage rate was merely 11.37% in the physical simulation experiment.Based on the results from this work,the enzymatic gel breaker presents a good prospect in the hydraulic fracturing.

Key words Bacillus licheniformis;enzymatic gel breaker;moderate-/low-temperature reservoirs; stability;gel breaking efficiency

水力壓裂是油氣井增產、注水井增注的一項重要技術措施,全國壓裂措施工藝每年達上萬井次,年增油近千萬噸。其過程是用壓裂泵組將壓裂液以高壓力壓開地層,形成裂縫;並用支撐劑支撐裂縫,增加導流能力、減小流動阻力,是一種增產、增注措施。壓裂液的性能是影響壓裂施工成敗的關鍵因素,壓裂液的破膠效果直接影響壓裂液的反排和增產效果,破膠失敗或者不理想會造成嚴重的地層傷害。根據低滲透儲層的特點,利用核磁共振技術及岩心流動試驗進行了壓裂液傷害機理研究,結果表明:壓裂液黏滯力和大分子基團滯留是造成傷害的主要因素。因而提高破膠效果,降低壓裂液的黏滯阻力,是解決壓裂液傷害的一個重要辦法[1,2]

大多數水基壓裂液所使用的稠化劑為(變性)胍豆膠,壓裂作業中常用化學(氧化型)破膠劑為過硫酸鉀、過硫酸銨等,其優點是價格低、使用方便、破膠迅速、破膠液黏度在10mPa·s以下。但在實際應用中,氧化破膠劑存在著一些缺陷,包括:(1)反應時間及其活性主要依賴於溫度,溫度低於50℃時,反應很慢,必須添加低溫催化劑,而高於93℃時降解反應發生很快,反應不易控制,反應迅速,使壓裂液提前降解而失去輸送支撐劑的能力,甚至導致壓裂施工失敗;(2)它屬於非特殊性反應物,能和遇到的任何反應物如管材、地層基質和烴類等發生反應,易生成與地層不配伍的污染物,造成地層傷害;(3)作用時間短,氧化型破膠劑往往在到達目的裂縫前消耗殆盡,達不到有效破膠的目的;(4)反應不徹底,造成胍豆膠不能完全降解,約20%的分子量大於2.0×106的聚合物基本上未降解,並產生大量殘渣。而生物破膠酶是具有高催化能力和很好活性的生物蛋白,它在催化反應時自身的形態和結構不發生改變,其反應特異性決定了其專一性分解多糖聚合物結構中特定的糖苷鍵,並將其降解為單糖和二糖,這些特異性的生物破膠酶主要有Beta-1,4甘露聚糖酶、Beta-甘露糖苷酶和Alpha-半乳糖苷酶等。研究表明,化學破膠劑破膠後的聚合物分子量為(1.0~3.0)×105Da,而生物酶破膠方法後的膠液分子量僅為2000~4000Da,其破膠性能大大高於氧化型破膠劑,壓裂後無殘渣,返排效果好[3]。同時,生物破膠酶主要應用於30~60℃的油藏,有效彌補化學破膠劑在中、低溫油藏應用中的瓶頸問題(如反應緩慢、需要添加催化劑、破膠難以控制)[4~6]。本文對新型壓裂液生物破膠酶進行了研究,優化了其發酵生產條件,並對其破膠性能進行了相關分析。

1 生物破膠酶的發酵生產和純化

1.1 菌種、培養基和發酵條件

本研究中所用生物破膠酶生產菌株為本實驗所保存菌種BG1,分離自某油田原油污染土樣,經16SrDNA序列分析和生理生化反應鑒定為地衣芽孢桿菌(Bacillus licheniformis),菌株保存於-80℃冰箱甘油管(20%,v/v)中,使用前經固體培養基進行活化後作為接種物。

種子液培養採用LB培養基,其組成為:10g/L蛋白腖,5g/L酵母膏,10g/L氯化鈉,pH=7.0~7.2;經響應面法優化後的發酵培養基組成為:4.08g/L碳源,11.74g/L有機氮源,5.22g/L無機氮源,2g/L磷源,1.0g/L硫源,0.05g/L微量元素。接種濃度為2.0%,接種後的培養物置於37℃搖床中在轉速180rpm條件下培養48h。

1.2 酶活力的測定

本研究中破膠酶的酶活力檢測採用3,5-二硝基水楊酸法(DNS法),分別以0mg/mL、2mg/mL、4mg/mL、6mg/mL、8mg/mL和10mg/mL濃度的還原糖溶液作為反應物製作標准曲線。將發酵結束後的菌液於4℃下轉速為8000rpm離心10min,去除菌體,取上清液作為粗酶液,以0.6%濃度胍豆膠溶液作為底物進行水解反應,反應條件為50℃溫浴中反應10min,檢測反應物中還原糖的濃度。1個酶活力單位(U)定義為:在50℃溫浴條件下,每分鍾釋放1μmol還原糖所需要的酶量[7]

1.3 破膠酶發酵生產的優化

為了獲得高產量的生物破膠酶,在菌株最佳培養的基礎上,對發酵培養基組成進行優化。首先將破膠酶發酵生產中的碳源、有機氮源、無機氮源、磷源、硫源和微量元素,作為培養基優化實驗中的6個試驗因素(X1—X6),通過兩水平試驗設計(Two-level factorial design)篩選其中的顯著因素,進而對顯著因素的濃度進行進一步優化。本實驗中,因素的兩水平包括正效應(+)和負效應(-),正效應的因素均取高值,負效應的因素均取低值,通過使因素同時朝響應值增大的方向變化,找出峰值,從而確定逼近最大響應區域的水平值,並把對響應值影響較大的因素(F<0.05,置信度95%)作為顯著因素[8]

兩水平試驗設計及其響應值如表1所示,通過對實驗結果進行分析發現,對破膠酶的生產有顯著影響的因素為碳源(99.90%)、有機氮源(99.51%)和無機氮源(95.11%),而磷源(10.52%)、硫源(32.27%)和微量元素(33.11%)對發酵液酶產量影響較小。6個試驗因素中,碳源、有機氮源、無機氮源和磷源對破膠酶的發酵生產均呈現負效應,而硫源和微量元素對破膠酶的合成呈現正效應。將碳源、有機氮源和無機氮源3個顯著因素分別作為自變數(A、B和C),採用中心法則試驗設計(central composite design)對影響破膠酶發酵生產的底物濃度水平進行優化。中心法則試驗設計共包括20組實驗,其中交互試驗23組、中心點6組和邊際點6組,每一自變數的5個試驗水平分別以-1.68、-1 、0、+1和+1.68進行編碼[9],如表2所示。

表1 兩水平試驗設計及其響應值(n=6)

續表

表2 中心法則試驗設計及其響應值

通過擬合得到一個描述響應值與自變數關系的多元回歸模型,如公式(1)所示。模型的P-value值為0.0041,該值遠遠小於0.05,表明回歸方程的F檢驗顯著,所獲得的模型能夠准確地反映破膠酶的發酵生產情況。

油氣成藏理論與勘探開發技術(五)

由響應面回歸分析和回歸方程擬合繪制酶產量與碳源、有機氮源和無機氮源的響應面,如圖1所示。

圖1 碳源、有機氮源和無機氮源對破膠酶產量影響的響應面

通過該模型計算出響應值(酶產量)對因素A、B、C存在極值點,對Y進行極值分析,確定3個因子最優試驗點(A、B、C)的代碼值(0.57、0.25、0.41),即碳源濃度為4.08g/L,有機氮源和無機氮源濃度分別為11.74g/L和5.22g/L時,該模型預測的破膠酶產量存在極大值,通過實驗驗證實際酶產量為239U/mL。

1.4 破膠酶的分離、純化和保存

破膠酶發酵結束後,將發酵液在轉速5000~10000rpm情況下離心30min去除菌體,並用0.22μm濾除去殘余菌體和不溶物質,將獲得的粗酶液經瓊脂糖層析柱(20mm×250mm)洗脫:層析柱以pH=7.3的Tris-HCl緩沖液平衡後以0.5~1.5mol的NaCl溶液進行梯度洗脫,洗脫速率為5~15mL/h,收集酶液並用飽和硫酸銨溶液沉澱,將獲得的破膠酶由緩沖液稀釋至200~400U/mL後低溫保存[10]。用於壓裂液破膠酶保存的緩沖液組成為:0.1M的pH=7.2的磷酸緩沖液,殺菌劑50×10-6,甘油50%。

2 生物破膠酶穩定性研究

由於生物破膠酶使用過程中要面臨油藏復雜的物理化學條件,同時其破膠活性還會受到壓裂液體系中其他助劑的影響,因此,本研究中考察了各種物理化學因素(溫度、pH、地層離子和化學助劑等)對生物破膠酶活力的影響。

2.1 溫度和pH因素對酶活力保持率的影響

首先,研究溫度和pH因素對生物酶活力保持情況的影響,酶活力保持率如圖2所示,實驗結果表明:生物破膠酶在中低溫條件下有良好的熱穩定性,在低於50℃的環境中溫浴6h後,其酶活力保持率能達到85%以上,而超過50℃後,酶活力保持率隨溫度升高開始下降,70℃時,溫浴後的酶活力僅為初始值的35%;生物破膠酶在非極端pH環境中(pH =5.0~9.0)能較好地維持其活性,而超出這一pH值范圍後,酶活力保持率會迅速下降。

圖2 溫度和pH因素對酶活力保持率的影響

2.2 地層離子和化學助劑對酶活力保持率的影響

本文還對地層離子和化學助劑對生物酶活力保持情況的影響進行了研究,如表3所示。實驗結果表明:地層水中的主要無機離子對破膠酶活力無明顯影響;而壓裂體系中的常規助劑對酶活力的保持有一定影響,本實驗中,生物破膠酶在含有EDTA、殺菌劑和交聯劑的溶液中溫浴6h後,酶活力的保持率分別為81%、76%和94%。現場的壓裂液體系非常復雜,因此,在實際應用中,有必要對各種助劑組分對生物酶活性的影響進行預實驗。

表3 地層離子和化學助劑對酶活力保持率的影響

3 生物破膠酶的破膠性能研究

3.1 生物酶破膠降黏性能研究

針對中、低溫儲層的特點,本實驗中所使用的壓裂液配方為0.35%羥丙基胍膠、6%交聯劑(1.0%硼砂溶液)、1.0%黏土穩定劑、0.5%殺菌劑,pH =8.5,生物破膠酶的添加濃度為20U/L。本文研究了不同溫度下(20~80℃)的破膠效果,壓裂液的降黏效果如圖3所示,在40℃和50℃下反應10h後,破膠後的膠液黏度僅為2.23cP和1.97cP,而在30℃和60℃時,破膠後的膠液黏度分別為11.1cP和4.65cP。在破膠反應30min時,壓裂液尚保持較高的黏度,維持了較好的攜砂能力。可見,本研究中的生物破膠酶,完全可以滿足中、低溫油藏壓裂施工的作業要求。

3.2 物理模擬破膠岩心傷害實驗

當壓裂液返排時,由於破膠不徹底往往留下很多殘渣(固體不溶物),降低裂縫的導流能力。在室內應用物理模擬實驗,製作人工膠結岩心模型(10cm×2.5cm)模擬水力壓裂傷害過程,50℃恆溫箱中,驅替人工配製的模擬地層水並計算模型的原始滲透率;將模型飽和含有20U/L破膠酶的壓裂液液,關閉驅替系統,並在恆溫箱中進行破膠反應12h;反應結束後,以模擬地層水進行反向驅替,計算返排後的模型滲透率(驅替至壓力恆定),並以未添加破膠酶(APS破膠)的實驗組作為對照模擬地層傷害實驗,並計算傷害率[11]

圖3 不同溫度下破膠酶的破膠效果

表4 地層傷害實驗

從表4的結果不難看出,相比空白對照,生物破膠酶的加入可以有效實現壓裂液破膠降黏,由於生物酶的破膠作用徹底,實驗岩心並未觀察到顯著的地層傷害(傷害率僅為11.37%),遠低於對照組30.67%的傷害率,體現了生物酶破膠劑在中、低溫油藏壓裂施工作業中的良好應用前景。

4 結論

本研究採用響應面優化法獲得了影響地衣芽孢桿菌BG1菌株發酵生產生物破膠酶的培養基組成中的顯著因素,並通過建立多項數學模型,採用統計分析對模型進行顯著性檢驗來優化發酵培養基。優化得到的最佳培養基組成為:4.08g/L碳源,11.74g/L有機氮源,5.22g/L無機氮源,2g/L磷源,1.0g/L硫源,0.05g/L微量元素。在優化的條件下,地衣芽孢桿菌BG1菌株的生物破膠酶活力達239U/L,表明採用響應面法優化發酵培養基組成是提高菌株產酶活性的有效途徑之一,從而為該技術的推廣奠定了較好的基礎。該菌株產生的生物酶具有良好的穩定性,能夠較好地耐受中低溫和非極端pH環境,並較好耐受各種無機離子和化學助劑。通過對其破膠性能進行研究,發現該破膠酶能夠有效降低壓裂液黏度,破膠徹底,對地層傷害小,因此,本研究的研究成果在中、低溫油藏壓裂施工作業中有著良好的應用前景。

致謝 本研究工作是在中國石化前瞻性項目 「微生物降解壓裂殘渣和重烴研究」 資助下完成的。在研究中,李宗田教授,中國石化石油勘探開發研究院採油工程研究所蘇建政所長和蘇長明高級專家都給予了寶貴的指導和建議,對他們表示衷心的感謝。

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Ⅱ 納米材料締合清潔壓裂液研究

黃 靜

(中國石化石油工程技術研究院 儲層改造研究所,北京 100101)

摘 要 無殘渣的表面活性劑壓裂液對支撐裂縫和地層的傷害小,是國內外壓裂液研究的發展趨勢和熱點。目前國內研製和應用的黏彈性表面活性劑(VES)壓裂液多集中在低-中溫,與國外產品相比還有較大差距。本研究針對傳統黏彈性表面活性劑壓裂液耐溫性差的缺點,通過新型納米材料與VES膠束締合,充分利用納米材料奇異的表面形貌和高的表面反應性使黏稠的VES流體在高溫下長時間保持穩定的流體黏度,大大提高了壓裂液的液體效率。首次採用了綠色環保的SRND -1溶劑作為分散助劑成功對超細納米粉體材料進行了預分散前處理,通過研究形成了耐溫150℃的高分散納米材料締合清潔壓裂液體系,其耐溫耐剪切流變性能、靜態濾失性能、不同溫度的破膠性能等均優於常規清潔壓裂液體系。

關鍵詞 清潔壓裂液 黏彈性表面活性劑 納米材料 高溫流變性

Study of Nanomaterial Applications in Non-damage

Fracturing Fluids

HUANG Jing

(Research Institute of Petroleum Engineering,SINOPEC,Beijing 100101 ,China)

Abstract Viscoelastic surfactant(VES)fracturing fluid imposes little damage on supporting fracture and formation,and it is now the development trend of hot topic of the study on fracturing fluid.At present, viscoelastic surfactant(VES)fracturing fluid that being developed and applied in China mainly concentrates in low and middle temperature.Aiming at the disadvantages of poor temperature resistance for the traditional VES fracturing fluid,through combining the new nanometer material with VES micelle,this research makes full use of the strange surface appearance of nanometer materials,as well as the high surface reactivity,to make the sticky VES fluid keep its stable fluid viscosity under the high temperature for a long time,so as to prevent the VES fluid from leaking off to the stratum,thus greatly enhancing the fracturing fluid efficiency.In this research,green SRND-1 solvent is used as dispersing additives for the first time,which has successfully concted pre- dispersion treatment on nano-powder materials,and formed the dispersion method for nanometer materials of clean fracturing fluid.The system for high dispersion nanomaterials associated with clean fracturing fluid that can resist high temperature of 150℃is formed in this research,which features temperature resistance,anti-shearing, rheological properties,static filtration property,gel breaking property under different temperature,and other properties,all of which are superior to regular VES fracturing fluid systems.

Key words clean fracturing fluid;VES;nanomaterial;rheological characteristic in high temperature

壓裂作業是目前提高低滲透油氣藏生產能力的主要措施之一。其中,水力壓裂作為油氣井增產、注水井增注的一項重要技術措施已經發展應用了60多年。在影響壓裂成敗的諸多因素中,壓裂液的性能至關重要,是決定壓裂施工成敗和增產效果的關鍵。無殘渣的清潔壓裂液對支撐裂縫和地層傷害小,是國內外壓裂液研究的發展趨勢和熱點。目前國內研製和應用的黏彈性表面活性劑(VES)清潔壓裂液耐溫性多集中在低-中溫,適用溫度在110℃以下,與國外產品相比還有較大差距。

納米技術與信息技術、生物技術被列為當代三大技術。納米材料自20世紀80年代開發問世以來引起世界各國的極大關注,其所具有的特殊效應使納米微粒和納米固體表現出與常規材料不同的特性,在生物醫學、制葯工程、空間技術和信息技術等領域得到了廣泛的應用。在油氣田開發方面,諸如驅油[1,2]、鑽井液[3~5]、降壓增注[6,7]、封堵劑[8,9]、稠油降黏[10~12]、油田管道防護[13,14]、油田污水處理[15]等表現出優異的性能,應用效果極其明顯。

2007年美國貝克休斯石油公司研究人員首次報道了 「納米技術在黏彈性表面活性劑增產液體中的應用」[16]。他們將納米顆粒作為黏度調節劑加入VES溶液中,充分發揮了納米材料奇異的表面形貌和高的表面反應性,使納米材料通過化學吸附和表面電荷吸引與VES膠束締合建立起一種強的動態網狀結構,這種動態網狀結構能夠在高溫下穩定VES膠束,同時可以阻止流體向多孔介質流失,即加入的納米顆粒具有保持流體高溫穩定性和明顯降低流體濾失的功能。同時當VES膠束破膠時,流體的黏度會急劇下降,VES流體形成的假濾餅破碎成可以滲透並且失去黏性的納米顆粒,由於顆粒足夠小,可以通過地層的孔喉,最終隨著返排液排出,不會對地層造成傷害。

納米技術提高清潔壓裂液耐溫性的研究在國內還是個空白,截至目前還沒有相關文獻報道。

本研究利用納米粒子與黏彈性表面活性劑的相互作用形成穩定的網路結構,達到提高壓裂液耐高溫性能的目的。目標是通過優選納米材料,將納米技術應用於清潔壓裂液中,通過納米材料締合作用提高清潔壓裂液的穩定性,從而增強其耐溫性能以保持流體在高溫下的高黏度和控制壓裂液向地層濾失,以滿足高溫深井清潔壓裂液施工的需要。

1 納米締合清潔壓裂液的研製

1.1 清潔壓裂液優選

本研究優選了國內油田常用的3種VES清潔壓裂液,對其綜合性能進行了評價,最終確定了一種體系作為擬提高耐溫性能的基礎體系。圖1所示的是在80℃和100℃下所選擇的VES清潔壓裂液的黏度隨剪切時間的變化曲線。

1.2 納米材料的優選與制備

根據文獻調研結果,確定了使用壓裂液的納米材料的選擇方向,即選擇與壓裂液體系具有強烈相互作用的納米材料,在壓裂液體系中才具有良好的適應性和配伍性,最終才能形成穩定的納米材料締合壓裂液體系,所以必須根據壓裂液的結構特徵來選擇能與其具有強烈相互作用的納米材料。遵循這樣的原則最終選取了硅、鈦、鎂、鋁、鋅這五大類的納米材料進行下一步的研究。採用液相化學法制備了納米氫氧化鋁(Al(OH)3)、納米γ型氧化鋁(γ-Al2O3 )、納米二氧化硅(SiO2 )、納米二氧化鈦(TiO2 )、納米氧化鋅(ZnO)、改性納米草酸鎂(MgC2O4 )、納米碳酸鈣(MgCO3 )、納米氧化鎂(MgO)和納米鹼式碳酸鋅粉體(ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O)等9種納米材料。

1.3 納米材料的表徵

利用X射線衍射分析材料中物相結構及元素的存在狀態,進行晶粒粒度測定;採用化學吸附儀對納米材料的比表面積進行測定,實驗結果列於表1中。實驗表明,所制備的納米材料具備粒徑較小、比表面積較大的特點。

圖1 VES-2清潔壓裂液黏度隨剪切時間的變化(80℃和100℃)

表1 納米材料的粒徑和BET比表面積

1.4 納米材料在清潔壓裂液中的預分散處理研究

為了有效地解決納米材料自團聚和與基體親和力差的問題,從而提高其在壓裂液中的穩定分散性,我們對其進行了在壓裂液中的預分散性研究。在本研究中創新性地採用SRND-1溶劑作為分散助劑,實驗結果顯示制備的納米材料在SRND-1溶劑中均能均勻分散,這表明SRND-1溶劑為納米材料預分散較好的分散助劑。通過對超細納米粉體材料進行預分散,可以緩解超細納米粉體材料易團聚的問題,能夠充分發揮納米材料在基質中的納米效應。另外,超細納米粉體材料在使用過程中可能會導致粉塵問題,引起粉塵爆炸,影響操作人員的身體健康,降落在設備上的粉塵還會影響操作,造成電器設備失靈,引起事故,這給超細納米粉體材料的處理和運輸帶來了困難,從而限制了其現場應用。對超細納米粉體材料進行預分散,可以解決上述粉塵問題,解決了超細納米材料在現場應用不方便的技術難題。

2 納米材料締合清潔壓裂液綜合性能評價

2.1 納米材料締合清潔壓裂液的基液黏度測試

用自來水制備500ml清潔壓裂液體系,在室溫下測得其基液黏度為56mPa·s。

2.2 納米材料締合清潔壓裂液高溫下的流變性能評價

圖2顯示未使用納米材料的清潔壓裂液在130℃和170s-1剪切速率下的黏度。在未添迦納米材料的情況下,清潔壓裂液的黏度在60min內降到25mPa·s以下。

圖2 未添迦納米材料時的黏度剪切曲線(130℃,170s-1,2h)

圖3顯示的是使用SiO2納米材料的清潔壓裂液在130℃和170s-1剪切速率下的黏度,圖4顯示的是使用TiO2納米材料的清潔壓裂液在130℃和170s-1剪切速率下的黏度,可以看出流體能夠在130℃時保持50~60mPa·s的黏度。圖示結果表明納米材料締合的清潔壓裂液能穩定流體在高溫時的黏度。

圖3 添加SiO2納米材料時的黏度剪切曲線(130℃,170s-1,2h)

圖4 添加TiO2納米材料時的黏度剪切曲線(130℃,170s-1,2h)

圖5顯示的是使用SiO2納米材料的清潔壓裂液在150℃和170s-1剪切速率下的黏度,可以看出納米締合清潔壓裂液體系能夠在150℃保持50~60mPa ·s的黏度,顯示出良好的耐高溫耐剪切性能。

2.3 納米材料締合清潔壓裂液靜態濾失性能

壓裂液配方:清潔壓裂液基液+納米材料+交聯劑,測試溫度為40℃,實驗壓差為3.5MPa。測試步驟按SY/T 5107—2005 「水基壓裂液性能評價方法」 執行。

實驗結果如表2所示。

圖5 添加SiO2納米材料時的黏度剪切曲線(150℃,170s-1,2h)

表2 納米材料締合清潔壓裂液的靜態濾失性能

2.4 納米材料締合清潔壓裂液的破膠性能

測試目的:評價新型壓裂液體系的破膠性能。

實驗配方:納米材料締合清潔壓裂液+不同濃度的過硫酸銨破膠劑。

實驗條件:制備壓裂液放入90℃恆溫水浴中。

實驗結果見表3。

實驗結果表明:該壓裂液體系在加入膠囊破膠劑和常規過硫酸銨破膠劑的情況下,均能快速徹底破膠,破膠液黏度小於5 mPa ·s,有利於壓裂後的返排。

表3 不同破膠劑濃度下的破膠性能

3 結論與建議

3.1 結論

1)通過綜合對比評價3套油田常用的成熟VES清潔壓裂液的綜合性能,優選出一套配方體系作為擬提高耐溫性能的基準清潔壓裂液。

2)合成制備了5大類9種納米材料,對其進行了性能表徵,分別測定了粒徑和比表面積。所採用的液相化學方法操作簡單,反應條件溫和,產率高,可重復性強,部分制備納米材料的方法可推廣應用。

3)採用綠色環保的SRND-1溶劑作為分散助劑對超細納米粉體材料進行了預分散前處理,解決了超細納米粒子自身易團聚的問題,從而充分發揮其納米效應,解決了納米材料在壓裂液中分散難的應用難題。

4)本研究通過優化實驗條件,建立了納米材料在清潔壓裂液中的分散方法。該方法簡單,現場操作性強,配製出高分散納米材料締合清潔壓裂液體系。

5)形成了耐溫150℃的高分散性納米材料締合清潔壓裂液配方體系,其綜合性能優於常規清潔壓裂液體系。

3.2 建議

本研究在納米材料增強清潔壓裂液的耐溫性方面開展了初步的探討性工作,還需要在以下方面進行深入研究:

1)納米材料的中試技術研究;

2)納米材料與清潔壓裂液作用機理研究;

3)納米締合清潔壓裂液的綜合性能評價研究;

4)納米締合清潔壓裂液對儲層岩心的傷害性評價研究;

5)納米締合清潔壓裂液體系的現場應用技術研究。

參考文獻

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[16]Huang T,Crews J B.2007.Nanotechnology applications in viscoelastic surfactant stimulation fluids[C].In:European Formation Damage Conference.Society of Petroleum Engineers,Scheveningen,The Netherlands

Ⅲ 求中石化尋找「感動石化」人物中梁文龍資料,謝謝~

梁文龍:「油二代」的綠色情懷

張冠軍從梁文龍身上看到了老鑽井隊長的影子:「你真像你的父親。」

「沒有泥漿池也能鑽井?」2014年6月,眾多的目光聚焦鄂爾多斯大牛地氣田,一場「綠色革命」在這里悄然發生。

「革命」的推行者華北分公司鄂北指揮部主任梁文龍正在「做百萬噸氣田的建設者,環境保護的踐行者」。

梁文龍的綠色情懷源於父輩的傳承和責任,「我對父親的印象僅限於一年見一次面」。記憶中的父親是一個渾身散發油味被自己竭力躲避的石油漢子,然而,父輩對國家的擔當精神卻融入他的血液。1992年,梁文龍報考了石油院校:「其他學校,想都沒有想。」

梁文龍剛踏進學校大門,年僅39歲的父親就倒下了。跪在父親遺像前,他淚流滿面:「我一定會好好乾的。」這一刻,梁文龍對父親多了一份承諾。

這份承諾伴隨他海外拒百萬年薪、率十八勇士奮勇搶險、建設綠色大氣田等讓父親為之驕傲的事。

2012年,擔任鄂北指揮部主任的梁文龍,面對脆弱的生態環境和大氣田增產的雙重壓力,推進國內首個全水平井投產。隨著油氣田勘探開發規模不斷擴大,廢棄泥漿、壓裂返排液、廢液廢固等處理費用越來越高,梁文龍感嘆:「加速綠色氣田建設,刻不容緩。」

在各種環保項目改革中,最大的難題不僅是技術上的攻關,還有高成本低效率與產能建設之間的矛盾。梁文龍跟同事們掰著指頭算壓裂返排液、泥漿坑處理費等經濟環保賬。

找到「可心」的項目時,梁文龍便激動不已。「現在你賬算得這么細,外方百萬年薪聘你,你怎麼算都沒算就推辭了?」同事張冠軍從梁文龍身上看到了自己老鑽井隊長的影子,「你真像你的父親。」

梁文龍有一塊「心病」——那個近千立方米的泥漿池,那個用來盛放含有化學葯劑的泥漿和岩屑的污染池,需要徹底處理。

去年夏天,66P3H井漏100多天,堵漏公司大膽選用名不經傳的「鑲嵌膜」技術。「鑲嵌膜」成功堵漏,但堵漏中出現不返泥漿的反常現象。從中,梁文龍發現了治療心病的「良方」。他大膽設想:如果「鑲嵌膜」能夠成功用於鑽井液體系,就能從源頭上解決泥漿外排。

今年開春,梁文龍組織兩口井實施「鑲嵌膜」鑽井體系的試驗,現場應用如他所願。5月份,「鑲嵌膜」體系與之前推行的「泥漿不落地」在大平探2井組合運用,井場的泥漿池不見了。

短短兩年間,掐滅氣田「火把」、壓裂液返排液回收、鑽井泥漿不落地、氣田水再利用等項目一個接一個地試驗推廣。然而,各種雜音也常在他耳邊響起:「折騰啥呀?又不想花錢,又要環保,這不是難為自己嗎?」

再難也要有擔當。幾年前塔河油田DKJ1採油井地層壓力突變發生井噴時,時任西部公司副經理的梁文龍率領60819鑽井隊18名鑽工,承擔了壓井噴最危險的環節——搶換和控制井口的任務。

面對「萬一」和「不測」,梁文龍和18勇士奔向嘯聲如雷的黑色油龍。在隨時可能發生危險的油雨中,他們鏖戰15個小時,油龍終被制伏。

「如果奉獻能源留下污染,就是歷史的罪人!」如今的「綠色革命」,對梁文龍而言,無疑又是一次考驗。

Ⅳ 壓裂返排液處理後的水再次壓裂回注,怎麼處理主要防止結垢,腐蝕

一、目前最有效防止油田管道結垢的方式,仍然是加入油田專用阻垢劑。

二、在添加阻垢劑的基礎上,目前有些輔助配套除垢設備,例如樓上介紹的電子除垢設備,可作為輔助措施使用,效果更佳。

三、同時更應該重視對現場情況的管理,按時按量加葯,定期分析水質,查看掛片清潔情況。

隨著環保要求和用水條件尤其是近些年大量使用壓裂采出液進行二次甚至是多次回注,加劇了結垢傾向,也對常規阻垢劑是個極大的挑戰。
目前油田開采過程中,面對水力壓裂使用大量的水資源和壓裂返排液污染嚴重的問題,無論從成本還是從環保考慮,返排液的重復利用都是油氣田工業發展的未來趨勢。
在返排處理液的再次使用過程中,因為反排液中含有大量的Ca2+、Mg2+、Fe2+等二價離子的存在:
1、對稠化劑的起黏和抗溫性能產生較大影響。
2、因為反排處理液中含有的大量鈣、鎂離子與碳酸根、硫酸根離子,在一定濃度和溫度下,極易垢狀沉澱,所以直接使用反排液製成壓裂液再次注入地下過程時,容易結垢堵塞支撐裂縫導流通道,很大程度降低壓裂增產效果,造成減產甚至停產的情況。

我們經過多年努力,與西安石油大學、西南石油大學等院校合作,並節後油氣院多年研究經驗,在長慶油田、大慶油田、克拉瑪依油田等現場實驗,特別133我們7099開創0396新型阻垢劑QH-7510油田專用阻垢劑,碳酸鈣>95%,硫酸鈣>95%,硫酸鋇>95%的優異效果,並出口中東、北歐等地,獲得國內國外油田、油服公司的一致好評。作者魏信:cq17311。

Ⅳ 揭曉2011年「世界石油獎」中國獲得了嗎

木有中國的
1、最佳完井技術獎——哈里伯頓公司「CobraMax DM技術」。
CobraMax DM技術通過環空大排量注入減阻液,同時從管柱內部小排量注入支撐劑,兩者在井底混合後,在壓裂過程中支撐劑逐漸分散,通過調節排量控制支撐劑濃度,一次入井可完成多級壓裂。與常規的下橋塞、射孔分段壓裂相比,該技術對動力設備要求較低,由常規壓裂的30,000hp降至15,000hp;施工作業時間短,每級壓裂間隔時間由4h縮短至40min,降低了施工風險和費用。
2、最佳數據管理解決方案獎——貝克休斯公司「Vision網路監控系統」。
Vision網路監控系統是一種可視化協作管理工具,用於監控、優化電潛泵系統的工作性能。它採用模糊邏輯診斷引擎,能夠把多個部門的數據整合在一起,具備卓越的數據管理和模型實時對比能力。目前在全球超過2,900個電潛泵系統應用Vision系統管理,有利於延長電潛泵工作年限、提高生產效率。
3、最佳深水技術獎——FMC技術公司「加強型高溫高壓深水垂直採油樹(15K,350℉)」。
根據深水油氣資源的開發需要,FMC技術公司推出加強型高溫高壓深水垂直採油樹(EVDT),具有11種井下功能,工作壓力15,000psi、最大工作水深1,000ft、工作溫度-50~350℉,總重量37.2t。EVDT既可以作為垂直採油樹使用,也可以與水下防噴器組合連接作為水平採油樹使用;對鑽機載荷要求較低,只需要一台小型鑽井配備水面防噴器組合就可以完成超深水完井作業,每口井預計可節約鑽機費用1,500萬美元。15K EVDT確定將於2013年投入使用。
4、最佳鑽井、完井液獎——M-I SWACO公司「ENVIROTHERM NT水基鑽井液」。
M-I SWACO公司(斯倫貝謝子公司)針對高溫、高壓井研發了ENVIROTHERM NT水基鑽井液體系,最高密度2.3g/cm3,抗溫能力達450℉,穩定性好,具有良好的抗鈣離子、抗鹽、抗酸性氣體污染性能。水基鑽井液易於管理、費用低,而且可以方便的從常規鑽井液轉換為抗高溫體系。
5、最佳鑽井技術獎——貝克休斯公司「AutoTrak斜井段鑽具組合」和史密斯鑽頭公司「Spear頁岩專用鋼體PDC鑽頭」。
貝克休斯公司AutoTrak斜井段鑽具組合安裝有近鑽頭伽馬短節,實時測量並上傳軌跡數據,實現儲層段的精確地質導向。工具的理論最大造斜率為15°/100ft,提高了工具的操作性和可靠性,可以一次性完成直井段、斜井段和水平段鑽進。
史密斯Spear PDC鑽頭專為頁岩鑽井設計,利用IDEAS鑽頭設計平台,結合鑽頭動力學和地層岩性對切削結構進行優化,採用「子彈形」圓滑冠部輪廓設計,鋼體結構、刀翼出露高、增大排屑槽面積;應用11mm和13mm ONYX II高抗沖擊、高抗磨切削齒,吃入深度較淺,利於定向控制。該鑽頭可有效減少泥包、堵水眼現象,適合用於頁岩地層定向段、水平段鑽進。
6、最佳勘探技術獎——斯倫貝謝公司「多頻介電掃描成像測井儀」。
斯倫貝謝公司推出的多頻介電掃描成像測井儀,具有4種源距的發射-接收模式(雙發四收),提供不同的徑向探測深度(1~4in),從泥餅、侵入帶、過渡帶到原狀地層都能探測到。它能夠提供近井眼區域電性質的徑向剖面,用於推導復雜油氣儲層的岩石特性和流體分布。結合傳統測井方法,介電測井能夠提供更准確的儲層評價和油藏描述。
7、健康、安全、環境與可持續發展獎(海上)——威德福公司「SeaHawk水下監控系統」。
SeaHawk水下監控系統主要用於水下生產安全監控,系統配備有高解析度視頻攝像頭、高級LED燈、監控軟體以及開放性信息交流系統。對於水下黑暗模糊的環境,LED燈顯得非常必要,它可以照明距離可達33ft。系統的外殼尺寸為1,460mm×590mm×1100mm,分為鋁合金和鈦合金兩種,工作水深分別為1,000m和3,000m。SeaHawk可以對水下生產的細微變化進行監測並實時傳輸至地面,能夠更早的發現異常情況,如油滴或氣泡,將逐漸取代水下遙控車。
8、健康、安全、環境與可持續發展獎(陸地)——哈里伯頓公司「CleanSuite 系列環保處理技術」。
為了減少鑽井、固井、壓裂施工用水量,哈里伯頓公司開發了CleanSuite 系列環保處理技術,包括CleanStim、CleanStream和CleanWave。CleanStim壓裂液體系包括膠凝劑、緩沖劑、阻斷劑和表面活性劑等,均採用全新配方,添加成分達到食品安全標准,真正做到對人體、環境無害。為了控制壓裂液中細菌含量,避免引起鋼材腐蝕並傷害儲層流體,需要添加大量生物殺滅劑。 CleanStream技術利用紫外線的殺菌作用控制壓裂液中的細菌含量,現場可以使用處理能力100bbl/min的攜帶型設備對壓裂液進行處理,大大減少了殺滅劑的用量。CleanWave水處理設備利用電凝法對地層產出水和壓裂返排水進行處理,日處理能力達26,000桶,處理後的水可以回收利用,降低了新鮮水用量,有利於保護寶貴的水資源。
9、創新思想家獎——MicroSeismic公司Peter Duncan博士。
Peter Duncan是多倫多大學地球物理專業博士、MicroSeismic公司創始人和董事會執行主席。公司是被動地震領域的權威,目前已向25家國內外公司提供過被動地震勘探技術服務。在他的領導下,公司業績連續兩年增速超過200%。他先後在殼牌、Digicon、3DX等公司任職,2003年擔任勘探地球物理學家協會(SEG)主席,是SEG終身會員、加拿大勘探地球物理學家協會(CSEG)和歐洲地質學家和工程協會榮譽會員。
10、終身成就獎——Frank套管和人員公司Donald Mosing先生。
Donald Mosing先生是Frank公司前總裁,現任公司董事會名譽主席。通過他65年兢兢業業的工作,公司從一個小型套管加工廠發展成為遍布40個國家的跨國公司,業務覆蓋套管生產加工、設備安裝、銷售等各個方面。他不僅是一位卓越的領導者,還是一個發明家,公司100多項專利中有36項是他的發明。
11、新概念獎——貝克休斯公司「井下封隔器和光纖濕接頭系統」。
貝克休斯公司歷時5年研發形成了井下封隔器和光纖濕接頭系統。井下封隔器設計有新型「門系統」,保護光纖濕接頭不被岩屑、壓裂支撐劑、鐵屑等接觸。系統主要用於對防砂完井等進行光纖監測,它具有精度高、耐用性強的特點,能夠滿足井下特殊工作條件。
12、最佳超越項目獎——FMC技術公司和休斯頓大學「休斯頓大學水下工程認證課程」。
水下工程是海洋石油工業最重要的組成之一,由於水下惡劣的工作條件,大部分水下工程都是由自動化設備或遠程遙控完成,因此需要能夠完成水下設備的設計、操作和維護工作的水下工程師。休斯頓大學根據石油工業需要,開發了美國第一個水下工程認證課程,用於培養專門的水下工程人才。
13、最佳開采化學劑獎——沙特阿美公司「新型控水凝膠緩凝劑」。
新型控水凝膠緩凝劑主要用於調節水泥凝固時間,延緩和降低水泥水化的放熱速度,避免溫度應力引發的裂縫,同時兼有減水和塑化作用,有利於提高固井質量。
14、最佳開采技術獎——貝克休斯公司「超高溫SAGD(蒸汽輔助重力泄油)電潛泵系統」。
貝克休斯推出的Centrilift XP超高溫SAGD電潛泵系統抗溫能力達250℃,是世界上首個用於SAGD井(蒸汽輔助重力泄油井)的電潛泵系統。它採用抗高溫馬達、密封部件、電纜等,機械零部件採用了高溫變形冗餘保護設計。由於系統抗溫能力高,可以使用溫度更高的蒸汽,有利於降低原油粘度,提高採收率。
15、最佳可視化合作獎——FMC技術公司「油田全景動態模擬器」。
油田全景動態模擬器是FMC公司開發,可以模擬極限條件下油氣井、水下管線、隔水管的工作狀態,從而實現對控制系統、工藝設計的設計、驗證和優化。
16、最佳修井技術獎——哈里伯頓公司「E-line無修井機二次完井技術」。
針對部分生產井的套管損壞情況,哈里伯頓推出的E-line二次完井技術,不需要修井機即可進行完井作業。它採用膨脹密封材料,抗溫350℉,有助於保持長時間的密封可靠性,坐封過程中不需要爆炸性材料,利於安全操作。

Ⅵ 油田注水的水質現在越來越差,輸油管道結垢嚴重,有什麼新技術可以解決嗎

一、目前最有效防止油田管道結垢的方式,仍然是加入油田專用阻垢劑。
二、在添加阻垢劑的基礎上,目前有些輔助配套除垢設備,例如樓上介紹的電子除垢設備,可作為輔助措施使用,效果更佳。

三、同時更應該重視對現場情況的管理,按時按量加葯,定期分析水質,查看掛片清潔情況。

隨著環保要求和用水條件尤其是近些年大量使用壓裂采出液進行二次甚至是多次回注,加劇了結垢傾向,也對常規阻垢劑是個極大的挑戰。
目前油田開采過程中,面對水力壓裂使用大量的水資源和壓裂返排液污染嚴重的問題,無論從成本還是從環保考慮,返排液的重復利用都是油氣田工業發展的未來趨勢。
在返排處理液的再次使用過程中,因為反排液中含有大量的Ca2+、Mg2+、Fe2+等二價離子的存在:

1、對稠化劑的起黏和抗溫性能產生較大影響。

2、因為反排處理液中含有的大量鈣、鎂離子與碳酸根、硫酸根離子,在一定濃度和溫度下,極易垢狀沉澱,所以直接使用反排液製成壓裂液再次注入地下過程時,容易結垢堵塞支撐裂縫導流通道,很大程度降低壓裂增產效果,造成減產甚至停產的情況。

針對以上問題,我們經過多年努力,與西安石油大學、西南石油大學等院校合作,並結合油氣院多年研究經驗,在長慶油田、大慶油田、克拉瑪依油田等現場實驗,特別133709我們公司新型90396阻垢劑QH-7510油田專用阻垢劑,碳酸鈣>95%,硫酸鈣>95%,硫酸鋇>95%的優異效果,並出口中東、北歐等地,獲得國內國外油田、油服公司的一致好評。作者魏信:cq17311。

Ⅶ 什麼是油井壓裂液

油井壓裂液是指在採油過程中,隨著自流井油層的油逐漸采盡,在岩層中還有部分原油無法通過自流的方式采出,需要給岩層通過一定的介質注入地層中,將原油擠出,這種注入的介質統稱為油井壓裂液,最初的壓裂液主要由支撐劑、攜帶劑、返排液等構成,但隨著施工要求的提高,對壓裂液的要求也越來越高,特別是現場需要對反排液進行二次使用,減少污水排放。
面對水力壓裂使用大量的水資源和壓裂返排液污染嚴重的問題,無論從成本還是從環保考慮,返排液的重復利用都是油氣田工業發展的未來趨勢。
在返排處理液的再次使用過程中,因為反排液中含有大量的Ca2+、Mg2+、Fe2+等二價離子的存在:
1、對稠化劑的起黏和抗溫性能產生較大影響。
2、因為反排處理液中含有的大量鈣、鎂離子與碳酸根、硫酸根離子,在一定濃度和溫度下,極易垢狀沉澱,所以直接使用反排液製成壓裂液再次注入地下過程時,容易結垢堵塞支撐裂縫導流通道,很大程度降低壓裂增產效果,造成減產甚至停產的情況。
針對以上問題,我司13370990396與西南石油大學、中國石油大學、西安石油大學等院校,針對國內長慶油田、大慶油田、西南油氣田、克拉瑪依油田等多個油田區塊,不同反排處理液的復雜情況,經過多年深入分析、實驗模擬、現場應用,開發了應用於不同反派處理液環境、不同壓裂液配方的螯合添加劑,不僅有效的降低了反排液中的Ca2+、Mg2+、Fe2+等離子對壓裂液起黏、抗溫的影響,並解決了回注通道的腐蝕、結垢問題,特別133我們7099公司0396開發的QH-7510產品,經油氣院劑多家油田單位評測,在有效提高壓裂液性能的基礎上,已達到阻垢率:碳酸鈣>95%、硫酸鈣>95%、硫酸鋇>95%的優良效果,可以省去回注水、集輸管道的緩蝕劑、阻垢劑的二次添加,減少現場人工的加葯勞動強度,切合油田添加劑綜合性發展的方向。
作者威信:cq17311

Ⅷ 壓裂返排液處理安全生產許可證辦理

你這個公司性質似乎是機械生產還是危化品處理的,機械生產不需要安全生產許可證的。危化品的話是省級安監發證。

Ⅸ 有關油田助劑

主要有鑽井液乳化劑、油田發泡劑、清潔壓裂液增稠劑、酸化用化學劑、驅油活性劑、助排活性劑(助排劑)、粘土穩定劑、低界面張力化學劑、油田潤濕劑等。

Ⅹ 什麼是壓裂液返排

壓裂油田或者氣田的一種增產措施。壓裂結束後注入地層的壓裂液返回地面叫做壓裂液返排。反出來的經過與地層的作用後的壓裂液叫做壓裂返排液。

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