CN108267554A

CN108267554A - 一种压裂返排液分析方法

Info

Publication number: CN108267554A
Application number: CN201611263189.9A
Authority: CN
Inventors: 宫航; 向启贵; 朱进; 银小兵; 翁帮华; 刘春艳; 刘文士; 王兴睿; 陈天欣
Original assignee: China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
Current assignee: China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
Priority date: 2016-12-30
Filing date: 2016-12-30
Publication date: 2018-07-10
Anticipated expiration: 2036-12-30
Also published as: CN108267554B

Abstract

本发明提供了一种压裂返排液分析方法，包括：检测压裂返排液的电导率值、总矿化度值及Cl^‑的质量浓度中的任意一个第一指标值，并根据该第一指标值确定其他两个第一指标值；检测所述压裂返排液的总硬度、Ca²⁺的质量浓度及Mg²⁺的质量浓度中的任意一个第二指标值，并根据该第二指标值确定其他两个第二指标值；检测所述压裂返排液的总碱度及pH值，并根据该总碱度及pH值确定HCO₃ ^‑与CO₃ ^2‑的摩尔浓度之和；检测所述压裂返排液的Fe²⁺、Fe³⁺、总悬浮固体的质量浓度以及HCO₃ ^‑或CO₃ ^2‑的摩尔浓度；根据以上指标值判断所述压裂返排液是否可用于配置压裂液。本发明提供的方法只需检测一部分用于判断的指标值，根据检测的指标值确定其他用于判断的指标值，效率较高。

Description

一种压裂返排液分析方法

技术领域

本发明涉及油气开采技术领域，特别涉及一种压裂返排液分析方法。

背景技术

页岩气开采过程中将产生的压裂返排液收集，处理后配置成压裂液，用于下一次的水力压裂过程，既可以实现压裂返排液的重复利用，又可以减少清水用量，缓解环境压力。由于不同阶段的压裂返排液特性不同，并不是所有的压裂返排液都能用于配置压裂液，因此在页岩气压裂返排液现场处理过程中，需要测定压裂返排液的水质状况和指标变化，并判断是否可用于配置压裂液。

目前通常是在现场采集压裂返排液水样后，运输到水质分析实验室进行分析，采用实验分析仪器检测用于判断压裂返排液是否可用于配置压裂液所需的每一项指标。

在实现本发明的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在以下问题：

由于现有方法需要检测用于判断压裂返排液是否可用于配置压裂液所需的每一项指标，需要的测试时间比较长，效率较低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种压裂返排液分析方法，可在开采现场进行压裂返排液水质指标的测试，只需检测用于判断部分指标，根据检测的部分指标值确定其他指标值，较为方便快捷。

具体而言，包括以下的技术方案：

本发明提供了一种压裂返排液分析方法，包括：

检测压裂返排液的电导率值、总矿化度值及Cl^-的质量浓度中的任意一个第一指标值，并根据检测到的该第一指标值确定其他两个第一指标值；

检测所述压裂返排液的总硬度、Ca²⁺的质量浓度及Mg²⁺的质量浓度中的任意一个第二指标值，并根据检测到的该第二指标值确定其他两个第二指标值；

检测所述压裂返排液的总碱度及pH值，并根据检测到的该总碱度及pH值确定HCO₃ ^-与CO₃ ^2-的摩尔浓度之和；

检测所述压裂返排液的Fe²⁺、Fe³⁺、总悬浮固体的质量浓度以及HCO₃ ^-或CO₃ ^2-的摩尔浓度；

根据所述压裂返排液的电导率值、总矿化度值、总硬度、总碱度、pH值、HCO₃ ^-与CO₃ ^2-的摩尔浓度之和，Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、Fe²⁺及Fe³⁺的质量浓度，HCO₃ ^-或CO₃ ^2-的摩尔浓度及总悬浮固体的质量浓度，判断所述压裂返排液是否可用于配置压裂液。

可选择地，所述压裂返排液的电导率值是采用电导率仪进行检测的。

可选择地，所述压裂返排液的总矿化度值是采用矿化度测定仪进行检测的。

可选择地，所述压裂返排液的pH值是采用pH计进行检测的。

可选择地，所述压裂返排液的Cl^-、Ca²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺及Fe³⁺的质量浓度，HCO₃ ^-或CO₃ ^2-的摩尔浓度，总硬度、总碱度及总悬浮固体的质量浓度是采用水质分析仪进行检测的。

可选择地，所述根据检测到的该第一指标值确定其他两个第一指标值，包括：

根据检测到的该第一指标值及第一计算公式，计算得到其他两个第一指标值；

所述第一计算公式包括：

式中：

TDS——总矿化度；

δ——电导率；

——Cl^-的质量浓度。

可选择地，所述根据检测到的该第二指标值确定其他两个第二指标值包括：

根据检测到的该第二指标值及第二计算公式，计算得到其他两个第二指标值；

所述第二计算公式包括：

式中：

C——总硬度；

——Ca²⁺的质量浓度；

M_Ca——Ca的摩尔质量；

——Mg²⁺的质量浓度；

M_Mg——Mg的摩尔质量。

可选择地，所述根据检测到的该总碱度及pH值确定HCO₃ ^-与CO₃ ^2-的摩尔浓度之和，包括：

根据检测到的该总碱度、pH值及第三计算公式，计算得到HCO₃ ^-与CO₃ ^2-的摩尔浓度之和；

所述第三计算公式包括：

式中：

C_Alk——总碱度；

——OH^-的摩尔浓度；

——HCO₃ ^-的摩尔浓度；

——CO₃ ^2-的摩尔浓度。

可选择地，其特征在于，所述根据所述压裂返排液的电导率值、总矿化度值、总硬度、总碱度、pH值、HCO₃ ^-与CO₃ ^2-的摩尔浓度之和，Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、Fe²⁺及Fe³⁺的质量浓度，HCO₃ ^-或CO₃ ^2-的摩尔浓度及总悬浮固体的质量浓度，判断所述压裂返排液是否可用于配置压裂液，具体包括：

根据所述压裂返排液的pH值、HCO₃ ^-与CO₃ ^2-的摩尔浓度之和、HCO₃ ^-或CO₃ ^2-的摩尔浓度，计算所述压裂返排液的碳酸钙饱和度指数值或碳酸钙稳定指数值；

若所述压裂返排液的pH值处于预设范围内、总矿化度值小于第一预设值、总硬度小于第二预设值、Fe²⁺及Fe³⁺的质量浓度之和小于第三预设值、总悬浮固体的质量浓度小于第四预设值、碳酸钙饱和度指数值小于第五预设值或碳酸钙稳定指数值大于第六预设值、Cl^-的质量浓度小于第七预设值，则所述压裂返排液可用于配置压裂液。

可选择地，碳酸钙饱和度指数及碳酸钙稳定指数的计算公式如下：

其中，

式中：

SI——碳酸钙饱和度指数；

SAI——碳酸钙稳定指数；

——Ca²⁺的摩尔浓度；

K——修正系数。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果：

本发明提供了一种压裂返排液分析方法，该方法包括：检测压裂返排液的电导率值、总矿化度值及Cl^-的质量浓度中的任意一个第一指标值、总硬度、Ca²⁺的质量浓度及Mg²⁺的质量浓度中的任意一个第二指标值，并分别根据检测到的该第一指标值、第二指标值确定其他两个第一指标值及其他两个第二指标值；检测压裂返排液的总碱度及pH值、Fe²⁺及Fe³⁺、总悬浮固体的质量浓度及HCO₃ ^-或CO₃ ^2-的摩尔浓度，并根据该总碱度及pH值确定HCO₃ ^-与CO₃ ^2-的摩尔浓度之和；根据检测到的指标值及根据检测的指标值确定的其他指标值来判断压裂返排液是否适于配置压裂液。本发明提供的发明，只需检测一部分用于判断的指标值，根据检测的指标值确定其他指标值，而无需检测所有用于判断的指标值，节省时间，效率较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

附图1为本发明一实施例中一种压裂返排液分析方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本实施例提供了一种压裂返排液分析方法，如图1所示，包括步骤S101、S102、S103、S104和S105。下面将对个步骤进行具体介绍。

步骤S101：检测压裂返排液的电导率值、总矿化度值及Cl^—的质量浓度中的任意一个第一指标值，并根据该第一指标值确定其他两个第一指标值。

在该步骤中，可采用电导率仪检测压裂返排液的电导率值，并根据压裂返排液的电导率值确定总矿化度值及Cl^-的质量浓度，也可采用矿化度测定仪检测压裂返排液的总矿化度值，并根据压裂返排液的总矿化度值确定电导率值及Cl^-的质量浓度，或者采用水质分析仪检测压裂返排液的Cl^-的质量浓度，并根据Cl^-的质量浓度确定电导率值及总矿化度值。

具体地，检测压裂返排液的电导率值、总矿化度值及Cl^-的质量浓度中的任意一个第一指标值，根据该第一指标值及第一计算公式可计算得到其他两个第一指标值。其中，第一计算公式如下：

式中：

TDS——总矿化度；

δ——电导率；

——Cl^-的质量浓度。

其中500～750、0.5～0.8均为通过统计手段获得的相关性系数。

步骤S102：检测压裂返排液的总硬度、Ca²⁺的质量浓度及Mg²⁺的质量浓度中的任意一个第二指标值，并根据该第二指标值确定其他两个第二指标值。

在该步骤中，可采用水质分析仪检测压裂返排液的总硬度，并根据压裂返排液的总硬度确定Ca²⁺的质量浓度及Mg²⁺的质量浓度，也可采用水质分析仪检测压裂返排液的Ca²⁺的质量浓度，并根据压裂返排液的Ca²⁺的质量浓度确定总硬度及Mg²⁺的质量浓度，或者采用水质分析仪检测压裂返排液的Mg²⁺的质量浓度，并根据Mg²⁺的质量浓度确定总硬度及Ca²⁺的质量浓度。

具体地，检测压裂返排液的总硬度、Ca²⁺的质量浓度及Mg²⁺的质量浓度中的任意一个第二指标值，根据该第二指标值及第二计算公式可计算得到其他两个第二指标值。其中，第二计算公式如下：

式中：

C——总硬度；

——Ca²⁺的质量浓度；

M_Ca——Ca的摩尔质量；

——Mg²⁺的质量浓度；

M_Mg——Mg的摩尔质量。

其中，4.5～5.5为通过统计手段获得的相关性系数。

步骤S103：检测压裂返排液的总碱度及pH值，并根据该总碱度及pH值确定HCO₃ ^-与CO₃ ^2-的摩尔浓度之和。

在该步骤中，可采用水质分析仪检测压裂返排液的总碱度，采用pH检测压裂返排液的的pH值，根据总碱度、pH值及第三计算公式计算得到HCO₃ ^-与CO₃ ^2-的摩尔浓度之和。其中，第三计算公式包括：

式中：

C_Alk——总碱度；

——OH^-的摩尔浓度；

——HCO₃ ^-的摩尔浓度；

——CO₃ ^2-的摩尔浓度。

前三个步骤中采用的电导率仪、矿化度测定仪、pH计及水质分析仪均便于携带，可带至压裂现场并在现场进行检测。

步骤S104：检测压裂返排液的Fe²⁺、Fe³⁺、总悬浮固体的质量浓度以及HCO₃ ^-或CO₃ ^2-的摩尔浓度。

在该步骤中，可采用水质分析仪检测压裂返排液的Fe²⁺、Fe³⁺、总悬浮固体的质量浓度以及HCO₃ ^-或CO₃ ^2-的摩尔浓度

步骤S105：根据压裂返排液的电导率值、总矿化度值、总硬度、总碱度、pH值、HCO₃ ^-与CO₃ ^2-的摩尔浓度之和，Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、Fe²⁺及Fe³⁺的质量浓度，HCO₃ ^-或CO₃ ^2-的摩尔浓度及总悬浮固体的质量浓度，判断压裂返排液是否可用于配置压裂液。

在该步骤中，先根据压裂返排液的pH值、HCO₃ ^-与CO₃ ^-的摩尔浓度之和、HCO₃ ^-或CO₃ ^2-的摩尔浓度，计算所述压裂返排液的碳酸钙饱和度指数值或碳酸钙稳定指数值。具体计算公式如下：

其中，

式中：

SI——碳酸钙饱和度指数；

SAI——碳酸钙稳定指数；

——Ca²⁺的摩尔浓度；

K——修正系数。

在步骤S103中已确定HCO₃ ^-与CO₃ ^2-的摩尔浓度之和，根据步骤S104中检测的HCO₃ ^-或CO₃ ^2-的摩尔浓度，则可确定HCO₃ ^-及CO₃ ^2-的摩尔浓度。

修正系数是由不同温度下离子强度与修正系数的关系图查得。其中，离子强度的计算公式如下：

C_i——Ca²⁺、CO₃ ^2-、HCO₃ ^-的摩尔浓度；

z_i——Ca²⁺、CO₃ ^2-、HCO₃ ^-离子的价数。

具体的，若压裂返排液的pH值处于预设范围内、总矿化度值小于第一预设值、总硬度小于第二预设值、铁的质量浓度小于第三预设值、总悬浮固体的质量浓度小于第四预设值、碳酸钙饱和度指数值小于第五预设值或碳酸钙稳定指数值大于第六预设值、Cl^-的质量浓度小于第七预设值，则压裂返排液可用于配置压裂液。

在该步骤中，预设范围、第一预设值、第二预设值、第三预设值、第四预设值、第五预设值、第六预设值及第七预设值可根据对压裂液的要求设定。如可设定预设范围为6～9，第一预设值为2000mg/L，第二预设值为800mg/L，第三预设值为10mg/L，第四预设值为1000mg/L，第五预设值为0，第六预设值为6，第七预设值为20000mg/L，但是本发明不限于此，可根据具体要求设定预设范围、第一预设值、第二预设值、第三预设值、第四预设值、第五预设值、第六预设值、第七预设值的大小。若压裂返排液的各项指标均满足要求，则压裂返排液可用来配置压裂液。

采用本方法提供的压裂返排液分析方法，采用便携式仪器可在现场检测压裂返排液，比较方便，并且只需测定一部分指标的值，通过计算得到其他需要的指标的值，节省时间，比较快捷。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种压裂返排液分析方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的压裂返排液分析方法，其特征在于，所述压裂返排液的电导率值是采用电导率仪进行检测的。

3.根据权利要求1所述的压裂返排液分析方法，其特征在于，所述压裂返排液的总矿化度值是采用矿化度测定仪进行检测的。

4.根据权利要求1所述的压裂返排液分析方法，其特征在于，所述压裂返排液的pH值是采用pH计进行检测的。

5.根据权利要求1所述的压裂返排液分析方法，其特征在于，所述压裂返排液的Cl^-、Ca² ⁺、Mg²⁺、Fe²⁺及Fe³⁺的质量浓度，HCO₃ ^-或CO₃ ^2-的摩尔浓度，总硬度、总碱度及总悬浮固体的质量浓度是采用水质分析仪进行检测的。

6.根据权利要求1所述的压裂返排液分析方法，其特征在于，所述根据检测到的该第一指标值确定其他两个第一指标值，包括：

所述第一计算公式包括：

式中：

TDS——总矿化度；

δ——电导率；

——Cl^-的质量浓度。

7.根据权利要求1所述的压裂返排液分析方法，其特征在于，所述根据检测到的该第二指标值确定其他两个第二指标值包括：

所述第二计算公式包括：

式中：

C——总硬度；

——Ca²⁺的质量浓度；

M_Ca——Ca的摩尔质量；

——Mg²⁺的质量浓度；

M_Mg——Mg的摩尔质量。

8.根据权利要求1所述的压裂返排液分析方法，其特征在于，所述根据检测到的该总碱度及pH值确定HCO₃ ^-与CO₃ ^2-的摩尔浓度之和，包括：

所述第三计算公式包括：

式中：

C_Alk——总碱度；

——OH^-的摩尔浓度；

——HCO₃ ^-的摩尔浓度；

——CO₃ ^2-的摩尔浓度。

9.根据权利要求1-8其中任一项所述的压裂返排液分析方法，其特征在于，所述根据所述压裂返排液的电导率值、总矿化度值、总硬度、总碱度、pH值、HCO₃ ^-与CO₃ ^2-的摩尔浓度之和，Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、Fe²⁺及Fe³⁺的质量浓度，HCO₃ ^-或CO₃ ^2-的摩尔浓度及总悬浮固体的质量浓度，判断所述压裂返排液是否可用于配置压裂液，具体包括：

10.根据权利要求9所述的压裂返排液分析方法，其特征在于，碳酸钙饱

和度指数及碳酸钙稳定指数的计算公式如下：

其中，

式中：

SI——碳酸钙饱和度指数；

SAI——碳酸钙稳定指数；

——Ca²⁺的摩尔浓度；

K——修正系数。