唐冬珠，王玉功，樊慶緣

（1.川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院，陜西西安710018；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710018）

姬塬油田含油污泥用于調(diào)剖的可行性研究

唐冬珠1，2，王玉功1，2，樊慶緣1，2

（1.川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院，陜西西安710018；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710018）

室內(nèi)對(duì)姬塬油田含油污泥的組成、固相礦物成分和粒徑分布進(jìn)行了測(cè)量和分析。結(jié)果表明：含油污泥的固相含量達(dá)到29.87%，固相主要由赤鐵礦、硫酸鉛和硬石膏等礦物成分組成，固相顆粒粒徑主要分布在5 μm～50 μm，平均粒徑累積分布值d90平均為31.4 μm。分析了姬塬油田主要儲(chǔ)層的物性特征，對(duì)污泥固相顆粒粒徑與地層孔隙匹配性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明侏羅系延9層與含油污泥粒徑匹配性較好，可實(shí)現(xiàn)對(duì)地層深部的有效封堵。

姬塬油田；含油污泥；匹配性

姬塬油田開發(fā)過程中產(chǎn)生的各類含油污泥，為充分處理和有效利用這些污泥，把含油污泥作為調(diào)剖劑回注到注水井是一種行之有效的方法，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)處理含油污泥和降水增油的目的[1，2]。而對(duì)含油污泥顆粒粒徑與地層孔喉的匹配性進(jìn)行研究，有利于選擇合適的地層進(jìn)行調(diào)剖施工[3]。

1 含油污泥分析及固相粒徑分布特征分析

對(duì)含油污泥的組成、固相礦物成分和粒徑分布等性質(zhì)進(jìn)行分析，有利于更好的處理和作為調(diào)剖劑有效利用含油污泥。

1.1 含油污泥組分分析

含油污泥取自姬塬油田污泥儲(chǔ)存點(diǎn)，主要為清罐和落地污泥，污泥樣品呈黑色固體膏狀態(tài)（見圖1）。采用馬弗爐焚燒法測(cè)量含油污泥的含水量、含油量和固相含量。具體測(cè)量方法：稱取一定量的含油污泥，放置于120℃烘箱中烘48 h，計(jì)算出含水率；再放入馬弗爐中焚燒4.5 h，計(jì)算出含油率和固含量。焚燒之后的污泥呈棕色粉末狀（見圖2）。通過分析，該油泥樣品含水率為21.2%，含油率為48.93%，固相含量為29.87%。由此可見，含油污泥的油和泥沙含量高，這就決定了配制污泥調(diào)剖劑時(shí)應(yīng)盡可能配成油包水型乳狀液。另外，由于泥沙含量高，需要提高其懸浮性能。

1.2 礦物成分分析

采用X光衍射分析儀分析脫油污泥固相的礦物成分，該方法是將脫油后的含油污泥樣品洗凈烘干，烘干后的污泥固體粉末，利用X光衍射分析儀測(cè)定其礦物成分，結(jié)果（見圖3），可以看出含油污泥礦物成分主要由赤鐵礦、硫酸鉛、硬石膏和少量云母組成。這些礦物密度大，容易沉降，這就需要提高其懸浮性能。

圖1 油泥樣品圖

圖2 油泥經(jīng)焚燒的粉末狀態(tài)

圖3 污泥固相X光衍射分析結(jié)果圖

1.3 含油污泥的粒徑分析

采用環(huán)境掃描電鏡（ESEM）測(cè)定了脫油處理后的含油污泥樣品的微觀形貌特征和粒徑范圍（見圖4（a）～4（c））分別為脫油干燥后的油泥樣品放大不同倍數(shù)后的圖片。從圖中可以看出，污泥固相主要以不規(guī)則顆粒的形式存在，粒徑主要集中在5 μm～30 μm，對(duì)污泥顆粒粒徑的分析，為篩選出與其粒徑相匹配的儲(chǔ)層孔喉范圍提供了依據(jù)。

采用Zetasizer-Nano-ZS粒徑分析儀測(cè)量了用煤油稀釋100倍的且超聲分散的含油污泥溶液，共測(cè)量六個(gè)樣品，污泥顆粒直徑與強(qiáng)度差結(jié)果（見圖5），由于含油污泥組分復(fù)雜，并且稀釋之后會(huì)緩慢沉降，所以六個(gè)樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏差較大，污泥顆粒的粒徑大小均分布在10 μm～50 μm。上述兩種方法得到的結(jié)論基本是一致的。污泥顆粒粒徑與累計(jì)強(qiáng)度（見圖6），每次測(cè)得的d90都不同，六次測(cè)量的d90值依次為23.1 μm、24.2 μm、28.7 μm、33.0 μm、40.1 μm和39.3 μm，其平均值為31.4 μm。

圖4 脫油污泥樣品的ESEM照片

2 主要油藏特征及污泥與地層孔隙匹配性研究

2.1 姬塬油田主要儲(chǔ)層的特點(diǎn)

姬塬油田區(qū)域構(gòu)造屬鄂爾多斯盆地伊陜斜坡，由侏羅系延安組和三疊系延長(zhǎng)組構(gòu)造組成，姬塬油田儲(chǔ)層溫度介于50℃～80℃，儲(chǔ)層特征主要表現(xiàn)在孔隙結(jié)構(gòu)具有小孔、細(xì)喉，孔隙結(jié)構(gòu)極不均勻，微觀非均質(zhì)性強(qiáng)，天然微裂縫發(fā)育，對(duì)流體流動(dòng)有較大影響。主力儲(chǔ)層侏羅系延9層、三疊系長(zhǎng)4+5和長(zhǎng)8的儲(chǔ)層特征（見表1）。

圖5 污泥顆粒直徑與強(qiáng)度差的關(guān)系圖

圖6 污泥顆粒粒徑與累計(jì)強(qiáng)度關(guān)系圖

表1 延9、長(zhǎng)4+5和長(zhǎng)8儲(chǔ)層物性參數(shù)表

2.2 污泥固相顆粒粒徑與地層孔喉尺寸的匹配關(guān)系

含油污泥中固體顆粒太小就不能產(chǎn)生有效封堵，而顆粒粒徑過大則會(huì)導(dǎo)致注入困難，難以進(jìn)入地層深部，而且還有可能傷害近井地帶和油層。Hands等[4]依據(jù)“理想充填”理論，提出了d90規(guī)則，即當(dāng)暫堵劑粒徑累積分布曲線上的d90值（指90%的顆粒粒徑小于該值）與儲(chǔ)層的最大孔喉直徑或最大裂縫寬度相等時(shí)，即可取得理想的暫堵效果。

在多孔介質(zhì)中，當(dāng)顆粒直徑等于孔喉直徑時(shí)，單個(gè)顆粒就可以對(duì)孔喉進(jìn)行封堵。但當(dāng)顆粒直徑小于孔喉直徑時(shí)，封堵現(xiàn)象也經(jīng)常發(fā)生，這說明顆粒通過架橋的方式對(duì)孔喉進(jìn)行封堵。即依據(jù)1/3架橋理論，當(dāng)顆粒粒徑大于地層孔徑時(shí)，對(duì)地層孔隙產(chǎn)生堵塞；顆粒粒徑小于地層孔徑，但大于其1/3時(shí)，通過架橋?qū)ζ洚a(chǎn)生堵塞。因此，須從含油污泥顆粒粒徑與地層孔喉尺寸的匹配關(guān)系出發(fā)，篩選粒徑分布相匹配的含油污泥作為調(diào)剖劑回注，避免其在近井地帶沉降堆積并堵塞地層，實(shí)現(xiàn)其深部運(yùn)移與有效處理。

含油污泥分散體系的封堵能力與污泥顆粒的大小相關(guān)，污泥顆粒的大小與地層孔喉尺寸有一定的匹配關(guān)系。對(duì)含油污泥顆粒的封堵性能的研究表明，當(dāng)分散相是污泥顆粒時(shí)，其封堵能力與污泥顆粒直徑和巖心孔徑的大小密切相關(guān)，其關(guān)系（見圖7）。

圖7 污泥顆粒與地層孔喉直徑的匹配關(guān)系圖

由圖7可知，當(dāng)兩個(gè)直徑為d的污泥顆粒外切并與一直徑為D的孔徑內(nèi)切時(shí)，即d＝0.50D；三個(gè)相同直徑為d的污泥顆粒外切并與一直徑為D的孔內(nèi)切時(shí)，即d＝0.46D。污泥顆粒直徑d大于孔徑D時(shí)，微孔只允許分散介質(zhì)通過，污泥無法通過，分散介質(zhì)完全過濾后，污泥在濾膜表面形成濾餅；當(dāng)污泥顆粒直徑d小于微孔直徑D但大于0.46D時(shí)，微孔一次最多同時(shí)允許兩個(gè)污泥顆粒通過，此時(shí)污泥顆粒在微孔中無法形成架橋，封堵強(qiáng)度較??；當(dāng)污泥顆粒直徑d等于或小于0.46D時(shí)，微孔一次可允許三個(gè)或三個(gè)以上的污泥顆粒進(jìn)入，此時(shí)污泥顆?？稍谖⒖字屑軜?，形成強(qiáng)度較大的封堵。污泥顆粒對(duì)地層孔喉的封堵除與污泥的粒徑相關(guān)外，還取決于單位體積中顆粒的個(gè)數(shù)（即污泥顆粒的數(shù)密度），只有當(dāng)污泥顆粒的數(shù)密度足夠大，且流速適當(dāng)，才可以使足夠多的污泥顆粒同時(shí)處在微孔內(nèi)，形成架橋封堵。

通過對(duì)姬塬油田主要油藏特征分析，三疊系長(zhǎng)4+ 5和長(zhǎng)8層滲透率很低，分別為1.44 mD和0.85 mD，孔喉中值半徑均為0.26 μm，長(zhǎng)4+5的平均孔徑為35 μm，孔隙類型分別為粒間孔、粒間孔-溶孔，小孔細(xì)-微細(xì)喉。侏羅系延9層物性較三疊系長(zhǎng)4+5和長(zhǎng)8層好，其滲透率達(dá)到30.7 mD，孔喉中值半徑均為1.20 μm，平均孔徑為63.6 μm，孔隙類型為大孔中喉與中孔、中小喉。污泥顆粒粒徑的d90值平均為31.4 μm。結(jié)合d90“理想充填”理論模型，污泥顆粒很難進(jìn)入長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)8層；對(duì)于延9層，0.46D＜d＜D，污泥顆粒能夠進(jìn)入孔喉，形成有效的封堵作用。因此，通過對(duì)污泥進(jìn)行預(yù)處理，制成污泥調(diào)剖劑，同時(shí)調(diào)整好污泥固相濃度，可以實(shí)現(xiàn)污泥顆粒既能順利進(jìn)入地層孔隙深部，又能通過架橋作用形成較強(qiáng)的封堵。由此可見，含油污泥用于延9層調(diào)剖是可行的。

3 結(jié)論

（1）姬塬油田含油污泥具有含油率和固相含量高的特點(diǎn)，固相礦物成分主要由赤鐵礦、硫酸鉛和硬石膏組成，固相顆粒粒徑主要分布在5 μm～50 μm，平均粒徑累積分布值d90平均為31.4 μm。

（2）通過對(duì)姬塬油田主要儲(chǔ)層物性分析以及污泥固相顆粒粒徑與地層孔隙匹配性研究，侏羅系延9層與含油污泥粒徑具有較好的匹配，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地層深部的有效封堵。

［1］高養(yǎng)軍.含油污泥深部調(diào)剖技術(shù)研究［D］.大連：大連海事大學(xué)，2004.

［2］鄭川江.海上油田含油污泥回注可行性研究［D］.成都：西南石油大學(xué)，2012.

［3］田耕虎.長(zhǎng)6油層含油污泥復(fù)配深度調(diào)剖驅(qū)油技術(shù)研究［D］.西安：西安石油大學(xué)，2015.

［4］N.Hands，N.Kowbel，K.Maihanz.Drilling-in fluid reduces formation damage,increases production rates［J］.Oil and Gas Journal，1998，96（28）：65-68.

Feasibility study of Jiyuan oilfield oily sludge used for profile

TANG Dongzhu1，2，WANG Yugong1，2，F(xiàn)AN Qingyuan1，2
（1.CCDC Drilling&Production Engineering Technology Research Institute，Xi'an Shanxi 710018，China；2.National Engineering Laboratory for Exploration and Development of Low-Permeability Oil&Gasfield，Xi'an Shanxi 710018，China）

The Jiyuan oilfield oily sludge composition,solid mineral composition and particle size distribution were measured and analyzed in laboratory.The results show that the solid content of oily sludge reached 29.87%,solid phase is mainly composed of hematite,lead sulfate and anhydrite mineral components,the solid particle size is mainly distributed in the range of 5 μm～50 μm,the average particle size cumulative distribution value d90averaged 31.4 μm.Physical properties of the main reservoirs in Jiyuan oilfield were analyzed.The matching between the sludge particle size and formation pore was studied.The results show that the Jurassic Yan 9 layer is well matched with the oily sludge and can effectively block the deep formation.

Jiyuan oilfield；oily sludge；compatibility

TE622.14

A

1673-5285（2016）12-0010-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.12.003

2016－11-03

中石油集團(tuán)川慶鉆探科技攻關(guān)項(xiàng)目“利用油田采出污泥調(diào)剖工藝技術(shù)研究”，項(xiàng)目編號(hào)：CQ2016B-21-1-4。

唐冬珠，男（1984-），工程師，碩士，2011年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京）提高采收率研究院應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，主要從事調(diào)剖堵水、壓裂酸化相關(guān)研究工作，郵箱：tangdongzhu@163.com。