页岩气压裂返排液高效破胶剂的研究

针对页岩气开采过程中产生的非常规压裂返排液具有高粘度、高COD及高稳定性的特点,以Fe(NO3)3和Ca(Cl O)2为原料,采用化学湿法中的两步法合成了一种绿色氧化剂K2Fe O4,并对合成出的K2Fe O4进行了定量分析,得到合成的高铁酸钾产率为67.63%,纯度为93.41%。采用X衍射、红外光谱、扫描电镜及X衍射能谱,对合成的K2Fe O4进行了表征。将K2Fe O4作为某气田页岩气压裂返排液的高效破胶剂,并对影响破胶效果的因素进行了分析。确定了K2Fe O4的加量为3 000 mg/L,体系p H为11.0及反应时间为40 min的最优条件,在最优条件下,得到出水的粘度为1.4 m Pa·s,其COD、SS和色度的去除率分别为59.1%、93.3%和88.9%。通过红外光谱和扫描电镜进行了微观观察,对K2Fe O4氧化非常规压裂返排液中主要成分胍胶的过程进行了机理分析。研究还发现,K2Fe O4在还原分解后,具有比单一铁离子更强的混凝效果。因此,K2Fe O4的应用对页岩气压裂返排液的处理有深远的影响。     

DQS设备在压裂返排液处理中的应用

针对吉林油田压裂返排液有机物含量、稳定性以及分子量均较高的特点,采用混凝气浮、生化降解与活性炭吸附工艺,研发制造了DQS模块化组合设备并在吉林油田乾安采油厂投入生产。实际应用结果表明:经该设备处理后的出水CODCr为35mg/L、SS为2.6mg/L、石油类为0.54mg/L,达到GB 8978-1996《污水综合排放标准》中一级排放标准。     

高瓦斯低透气性煤层水力压裂数值模拟研究

针对高瓦斯低透气性煤层,采用RFPA2D-Flow软件,对水力压裂进行了数值模拟研究,再现了水力压裂过程中压裂孔周围裂纹的生成和扩展、渗透性和应力的变化。模拟结果表明：压裂过程中,裂纹规模和剪应力随着注水压力的不断增加而增大,并且剪应力的增加随着钻孔周围裂纹的扩展不断远离压裂孔,压裂孔周围的渗透性有了很大程度的提高,最大主应力和最小主应力随着注水压力的增加而减小。水力压裂的模拟结果对煤矿高瓦斯低透气性煤层的瓦斯抽采工作具有很重要的指导意义。     

油田压裂返排液处理技术研究进展

分析了油田压裂返排液的组分和特点,归纳总结了成熟的传统压裂返排液处理技术和新型处理技术的优缺点,提出了压裂返排液处理应朝着优化工艺组合、开发高级氧化和电絮凝等新技术、研制撬装处理设备使处理工艺模块化和有效成分回收利用等未来方向发展,为油田压裂返排液无害化、资源化处理技术的研发提供了思路和参考。     

页岩气压裂弯管中液固两相流冲蚀磨损的数值模拟

为了研究超高压水力压裂下支撑剂颗粒进入弯管后冲蚀磨损区域的变化特性。基于液-固两相流理论、Fluent冲蚀模型建立弯管冲蚀模型,结合弯管内流场分析颗粒运动轨迹,引入斯托克斯数（St）探究冲蚀磨损区域变化,并进行数值分析。研究结果表明:弯管中冲蚀磨损发生区域有5处,主要严重区域有3处,弯管流场会改变固体颗粒数量及对壁面冲击动能与运动轨迹,St变化会明显引起冲蚀磨损区域的规律性变化;随着St从0~1至St>1变化,弯管段内壁面外侧（液体进入弯管后的正对区域）与直管段靠近弯管段的侧方区域的冲蚀磨损情况呈现“此消彼长”的规律性差异;管径越小,最大冲蚀速率的增长幅度越明显,增大管径,是减小冲蚀磨损的有效途径。研究结果对压裂弯管的改进设计及管道安全防护具有指导作用。     

掘进面多级气相压裂卸压抽采防突研究*

为解决煤层赋存条件复杂、煤体渗透率低、部分区域突出易发性高等问题,提出运用多级气相压裂的方案在阳泉矿区新元矿31004工作面辅助回风巷与进风巷进行压裂试验,以考察其卸压增透效果;在试验巷道的不同区段实施单孔压裂和双孔压裂,并采用“压裂抽采”和“压后即掘”2种工作循环方式进行试验;基于对多项抽采参数的实测结果,从多角度评价多级气相压裂效果。结果表明:多级气相压裂具有明显的重启裂缝与扩张裂缝作用,能够有效改善煤体的渗透性和瓦斯抽采条件;通过对比单孔压裂与双孔压裂效果,并结合现场监测数据发现,双孔多级压裂的效果明显优于单孔多级压裂,双孔多级压裂钻孔作业难度低,且作业后瓦斯更易抽采;观测不同的工作循环方式未见明显差距,但“压后即掘”的工作效率明显更高。多级气相压裂的成功实施,对该技术在低渗矿区的防突消突与瓦斯抽采工作中的应用具有重要指导意义。     

低渗透油田压裂废水处理技术实验研究

通过低渗透油田压裂废水处理系列实验,研究了降黏预处理-Fe/C微电解-絮凝处理技术,有效地降低了废水的COD,考察H2O2、pH、Fe/C比例、Fe/C加量、Ca(OH)2加量及反应时间等影响因素。结果表明此实验的优化工艺条件为:H2O2加量0.5%、pH为1、Fe/C比例1∶1、Fe/C加量5g/L、Ca(OH)2加量3g/L、反应时间120min。     

Hydraulic anisotropy characterization of pneumatic-fractured sediments using azimuthal self potential gradient

The pneumatic fracturing technique is used to enhance the permeability and porosity of tight unconsolidated soils (e.g. clays), thereby improving the effectiveness of remediation treatments. Azimuthal self potential gradient (ASPG) surveys were performed on a compacted, unconsolidated clay block in order to evaluate their potential to delineate contaminant migration pathways in a mechanically-induced fracture network. Azimuthal resistivity (ARS) measurements were also made for comparative purposes. Following similar procedures to those used in the field, compressed kaolinite sediments were pneumatically fractured and the resulting fracture geometry characterized from strike analysis of visible fractures combined with strike data from optical borehole televiewer (BHTV) imaging. We subsequently injected a simulated treatment (electrolyte/dye) into the fractures. Both ASPG and ARS data exhibit anisotropic geoelectric signatures resulting from the fracturing. Self potentials observed during injection of electrolyte are consistent with electrokinetic theory and previous laboratory results on a fracture block model. Visual (polar plot) analysis and linear regression of cross plots show ASPG lobes are correlated with azimuths of high fracture strike density, evidence that the ASPG anisotropy is a proxy measure of hydraulic anisotropy created by the pneumatic fracturing. However, ARS data are uncorrelated with fracture strike maxima and resistivity anisotropy is probably dominated by enhanced surface conduction along azimuths of weak ‘starter paths’ formed from pulverization of the clay and increases in interfacial surface area. We find the magnitude of electrokinetic SP scales with the applied N₂ gas pressure gradient (ΔPN₂) for any particular hydraulically-active fracture set and that the positive lobe of the ASPG anomaly indicates the flow direction within the fracture network. These findings demonstrate the use of ASPG in characterizing the effectiveness of (1) pneumatic fracturing and (2) defining likely flow directions of remedial treatments in unconsolidated sediments and rock.     

陡倾层状岩石路堑边坡的变形机制及其安全防护

陡倾层状岩体在单斜软弱层型垭口的演化过程中表现出较复杂的变形行为 ,其变形结果与人工开挖所形成二次边界条件的关系 ,决定了路堑边坡的地质模式和稳定程度。笔者运用过程机制分析法 ,明确了石灰岩山区某陡倾层状岩石路堑边坡 ,在开挖中产生的变形破坏是由于斜坡长期的滑移 -弯曲或弯曲 -拉裂等重力变形改造的结果 ,并根据边坡的地质力学模式进行了稳定性评价 ,同时提出了相应的安全防护措施。     

苏里格气田压裂返排液的处理及循环利用技术

针对苏里格气田压裂返排液的特点,形成一套以"微生物降解—化学氧化"、"屏蔽-沉淀"、"混凝-沉降"、"交联抑制"为特色的返排液处理技术,处理后水质清澈透明、无异味,满足重复配液需求。开发了一套模块化多功能处理装置,可满足不同的返排液处理需求,灵活方便、可靠性强、效率高,处理能力最高达300m~3/d。该技术已在苏里格区域全面推广应用,取得了良好的社会经济效益。