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看阿根廷如何循環利用壓裂廢水

看阿根廷在頁巖油氣藏開采中如何玩水

阿根廷的Vaca Muerta等頁巖油氣田已經開始勘探和開發,商業化過程必須使用大量的水進行水力壓裂。自上世紀60年代,水力壓裂增產措施在于阿根廷石油與天然氣生產中廣泛使用,目前已經應用于五個產油氣盆地和多種類型的儲層和油藏。本文論述了頁巖氣藏水資源管理方面的經驗,室內實驗研究了處理和未經處理的返排水,并評估其作為壓裂液的可行性。

水資源和增產措施:由于Vaca Muerta的經濟潛力巨大,已成為阿根廷的開發重點。開發Neuquén盆地最初所用的水源主要來自河流、湖泊、水庫和地下水,產出水不適合人類或農業使用。

對Vaca Muerta頁巖油氣田的六種水力壓裂裂縫類型、13口井和65條水力壓裂裂縫進行分析,發現每級壓裂的平均水量隨著流體層的不同而不同。油井平均用水量為1300m3,濕氣井是1850m3,干燃氣井是2180m3。通常 Vaca Muerta頁巖油氣田中直井完井用水量約為6500m3,水平井約為14500m3。

水資源運輸

在過去的五年里,為了阿根廷頁巖氣的可持續發展,水資源管理和運輸能力取得了實質性進步。目前最常用的存儲系統是移動壓裂罐和圓形水罐。

第一口直井

Vaca Muerta頁巖油氣田第一口井設計包含四級水力壓裂,需要7600m3的水。評估了各種方案后,決定在增產井附近安裝一個由管道和儲水器組成的傳輸系統。在同一個區域的可提供水資源水井(低礦化度地下水)附近可安置一個圓形水罐。鋪設直徑為4英寸的管道,連接水井和儲水器,儲水器周圍安裝兩個圓形的儲罐。

直井和水平井

Vaca Muerta頁巖油氣田的第二口直井同樣設計了四級水力壓裂,需8000m3的水。為了增加該井產能,設計者決定在該井附近新鉆一口水井,并且采用與第一口井相同的水管理方案。第一口水平井的完井由六級壓裂組成,需要13000m3的水。為直井建造的部分基礎設施可用于該水平井。由于需水量大,所以必須增加一個容量更大的新圓形水罐。

室內研究評估了采用非傳統水作為壓裂液的不同方案。測試包括:

1. 水(物理/化學)分析石油圈原創www.h29736.cn
2. 粘土膨脹和抑制測試
3. 評價并改進液體支撐劑的運輸能力
4. 凝膠殘渣和懸浮固態物總量(TSS)引起的傷害
5. 返排液、產出水和凈化水的使用和再利用

物理/化學分析:返排液和產出水具有相似的性質,但與淡水略有差別。這些水比重大、pH低、固溶物總量(TDS)和懸浮固態物總量高、鈣、鎂、鈉、鉀、鐵、鋇濃度明顯較高。

粘土抑制劑測試:在Vaca Muerta頁巖油氣田的勘探階段,新區的每一口井都例行測試了毛細管吸收時間,其目的是了解儲層的水敏程度并優選粘土穩定劑的種類和濃度。

以下粘土穩定劑已經通過測試并應用:石油圈原創www.h29736.cn

? ? 季銨鹽(液體)
? ? 無機鹽、氯化鉀(固體)
? ? 近期新型超低分子量的陽離子有機聚合物取代了季銨鹽

混合水(未處理的返排液):第一個測試采用常規壓裂液(瓜爾膠/硼酸)和水的混合物。測試結果并不令人滿意,這是因為凝膠水合物及其交聯問題導致流體在地面和井底條件下不穩定。此外,盡管硼酸系統通常在高pH值條件下起作用,但是增加系統的pH值會產生絲狀
物、絮凝和沉淀。

凈化水(返排液):根據之前的結果,決定評估含有100%凈化返排水的流體,對流體進行的pH值和交聯劑濃度作出微小改變。在含有混合水的流體和100%凈化處理后的返排水之間可觀察到粘度降低現象。

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攜帶支撐劑的能力:進行了兩種類型的測試分析其攜帶能力。第一個是在靜態條件下的測試(沉降),第二個是利用泥漿粘度計的動態條件下的測試。沉降測試顯示,總體而言Vaca Muerta頁巖油氣田目前使用的瓜爾膠/硼酸系統在兩小時后失去攜砂能力。泥漿粘度測試表明聚物配方采用了100%非傳統處理水,盡管其粘度值低,但具有良好的攜帶支撐劑能力。

阿根廷壓裂廢水循環的啟示

儲水系統主要是可移動的壓裂儲存器和圓形罐,這種系統通常用在增產的井場,大多數水是由卡車運輸。為了支持Vaca Muerta頁巖油氣田的完井工作,建立完整的水資源管理方案,包括使用靠近井場水源、管道傳輸系統和存儲系統。要實現大規模開發,必須有一個綜合的水資源管理計劃,要考慮到河流、湖泊、水井以及與其他地區運營商的合作。

Vaca Muerta頁巖氣的非傳統水源分析(返排液/產出水)表明其含有大量的TDS、TSS和高濃度的鈣、鎂、鈉、鉀、鐵、鋇離子,處理這樣的水會導致重要的TSS和鐵元素減少。在壓裂處理中使用這些水表明不需要使用額外的粘土穩定劑。利用處理后的水研制出了具有低聚合物分子量和低pH值得新壓裂液配方。該壓裂液適用在不同PH條件下,沉淀物也不會降低裂縫的傳導能力,并且沉淀測試和泥漿粘度測試中表現出良好的攜帶能力。在未來壓裂措施中,處理和重復利用非傳統的水將大大減少頁巖井淡水需求,并且減少了注入廢棄井中的液量。

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