体积压裂是非常规储层增产作业的主要方式，其施工规模通常都较大，如美国Barnett页岩气藏一口水平井约需9 000 m3压裂液；Marcellus页岩气藏约需15 000 m3压裂液；Haynesville页岩气藏约需11 000 m3压裂液；四川长宁-威远国家级页岩示范区直井约需2 000 m3压裂液，水平井约需20 000 m3压裂液。大规模的体积压裂作业需要大量的水源配制液体，由此会产生大量难处理的返排液[1-5]。
四川非常规油气资源开发区块多处于丘陵地带，水资源短缺，难以满足大规模体积压裂所需的水源需求。同时，体积压裂后产生了大量返排液(返排率一般为30%)。返排液中COD值高、色度高、悬浮物含量高，使得无害化处理难度大、费用高。将返排液回收再利用，不仅可以缓解体积压裂水资源短缺的问题，同时还可以减少废液排放，实现非常规油气田的环保、节能开发。
美国是非常规油气商业开发最成功的国家，对于体积压裂返排液的处理主要有3种方式：回注、重复利用及外排进入市政污水处理厂，具体见表 1。
返排液处理后重复利用需通过物理分离、化学沉淀、过滤等方式除去返排液中的悬浮固体、杂质，使其水质满足配液水质要求；返排液处理后排放除了采用重复利用处理技术外，还需采用生物反应、膜分离、反渗透、离子交换、蒸馏等技术，进一步除去返排液中的溶解固体、有机物等，以满足外排水质标准[6-9]。
返排液处理首先要了解体积压裂返排液的水质以及残余添加剂浓度等。表 2、表 3和图 1分别是四川页岩气藏W2井体积压裂返排液的水质情况、残余添加剂浓度情况和摩阻情况。
从表 2可知，W2井体积压裂返排液中含有Ca2+、Mg2+，Cl-等离子，pH值呈中性。Ca2+、Mg2+等高价金属离子易降低降阻剂的降阻性能，甚至产生沉淀；Cl-浓度较低时一般不会对体积压裂液的性能造成影响，但Cl-浓度较高时仍然会降低降阻剂的降阻性能，并且对泵注设备、管线、井下管柱造成一定腐蚀。
从表 3可知，W2井体积压裂返排液中助排剂浓度和降阻剂浓度均较初始加入时有了显著降低。这主要是由于助排剂为表面活性剂，储层岩石对其有较强的吸附性，表面活性剂分子在岩石表面定向排列，增大了液体与岩石的接触角的同时，也使助排剂被储层吸附而损失；而降阻剂为高分子物质，由于剪切作用及储层环境中的温度降解作用，使得其逐渐降解。
从图 1可以看出，W2井体积压裂返排液的摩阻较高，接近清水摩阻，进一步验证了返排液中残余降阻剂的浓度很低，不能起到有效地降摩阻作用。
针对四川盆地非常规储层特点，体积压裂返排液首先采用物理分离方法除去机械杂质、悬浮固体和油等；其次对返排液水质进行检测(pH值、残余添加剂浓度等)，并根据检测结果进行水质调整(pH值)；再次对返排液水质进行检测，并根据Ca2+、Mg2+、Cl-、Fe3+浓度来判断是否满足体积压裂用水水质要求。满足水质要求的返排液直接用作压裂用水，不能满足水质要求的返排液与清水混合，通过稀释降低返排液中离子浓度，使其满足体积压裂用水水质要求。
采用处理后的返排液重新配制体积压裂液，测定液体的摩阻，见图 3。
从图 3可以看出，处理后的返排液，在线速度为10 m/s(由图 3中流量30 L/min计算得出)时，其降阻性能与新配制的滑溜水降阻性能相当，降阻率达67.3%，可以满足非常规储层体积压裂施工要求。
向处理后的返排液中补充一定量的助排剂后，表面张力显著降低，室内返排率提高，与清水配制的滑溜水性能相当(表 4)。
体积压裂返排液回收再利用技术在四川盆地须家河致密气储层及侏罗系致密油储层中共应用3井次，回收利用率均大于95%，取得了良好的施工效果(表 5)。
以G003-H16井为例，该井是侏罗系致密油储层的一口水平井，采用体积压裂液施工，设计压裂12段，分两次压裂。第一次压裂前5段，待排液后进行第二次压裂，为了节能减排，减少废水排放，回收使用第一次排出的返排液。第一次压裂施工后，截止至第二次施工，共回收返排液1 050 m3，处理后全部用于第二次压裂施工。
从图 4和图 5可以看出，清水配制的体积压裂液的施工压力为60 MPa左右，处理后返排液的施工压力为59 MPa左右。两施工段为同一井的不同水平层段，储层情况相同，其施工压力接近，进一步表明返排液处理后的摩阻性能与清水配制的体积压裂液性能相当。
(1) 体积压裂返排液中的残余添加剂浓度较低，具有一定的矿化度，采用物理分离→水质检测→水质调整→水质检测→压裂配液或稀释后配液等工艺实现了返排液的回收处理再利用。
(2) 室内试验和现场应用均表明，体积压裂返排液处理后配制的液体性能与清水配制的液体性能相当，现场获得了良好的储层改造效果。
(3) 体积压裂规模大，返排液量大，探索适合四川盆地的返排液回收利用方法，不仅可以缓解四川盆地体积压裂水源缺乏问题，同时还可以减少废弃物排放，实现四川盆地非常规储层的环保开发。
2013, Vol. 42 Issue (5): 492-495
2013, Vol. 42 Issue (5): 492-495