金雪超 唐 宇 劉錄軍

(1.中國石油吉林油田公司油氣工程研究院；2.中國石油吉林油田公司HSE監(jiān)督站；3.中國石油吉林油田公司扶余采油廠)

0 引 言

油田生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含油污泥的處理處置一直是亟待解決的難題之一[1]。目前，含油污泥處理方法主要有溶劑萃取、化學(xué)破乳、生物處理技術(shù)、固液分離、焚燒及用于注水井調(diào)堵[2-3]。每種方法都有各自適用性，含油污泥注水井調(diào)剖是不少油田采用的一種處理方式，但基礎(chǔ)理論研究尚不夠深入，對污泥顆粒粒徑與油藏的匹配關(guān)系及油藏適應(yīng)界限目前還沒有明確的定義[4-6]。本文重點研究含油污泥粒徑與儲層滲透率的匹配性，以室內(nèi)物模評價實驗為基礎(chǔ)，評價含油污泥顆粒粒徑、濃度與儲層滲透性的匹配關(guān)系。通過評價阻力系數(shù)、殘余阻力系數(shù)、封堵率3個指標(biāo)判斷含油污泥顆粒在多孔介質(zhì)中的運移規(guī)律，明確不同含油污泥封堵油藏的適應(yīng)性，為后期優(yōu)選調(diào)剖井奠定基礎(chǔ)。

1 實驗材料與方法

1.1 樣品與儀器

含油污泥樣品主要選取油田聯(lián)合站罐底泥。

儀器：烘箱、精密電子天平、干燥器、水分含量測定儀、不同目數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)篩、分光光度計、LA-950激光散射粒度分析儀等。

1.2 實驗方法

1.2.1 含油污泥重金屬含量檢測

將含油污泥裝入坩堝中燃燒，溫度為300℃，直至含油污泥中無煙冒出，再將含油污泥移入高溫干燥箱中進一步燃燒，溫度為600℃，時間4 h，自然冷卻后放在研缽中研磨，顆粒過篩，稱取20 g樣品置于250 mL提取瓶中，并放在水平振蕩裝置上振蕩，之后再配制浸出液，用原子吸收分光光度計進行測量。

1.2.2 含油污泥基本性能分析

將所取含油污泥樣品充分搖勻后，用pH試紙測試含油污泥的pH值，用燒杯取200 mL含油污泥，稱其質(zhì)量，計算含油污泥密度；用蒸餾法測其含水量，將蒸餾殘余物趁熱用砂芯漏斗過濾，并用石油醚和丙酮的混合溶劑反復(fù)洗滌，至殘余物不含油為止，記錄含油量，并分析含油污泥組分。

含油污泥粒徑測試采用LA-950激光散射粒度分析儀，首先要設(shè)定分析條件(油藏溫度45℃)，注入分散好的含油污泥溶液，啟動攪拌，在加樣槽中先少量加入樣品并觀察紅光和藍光的透過率變化情況，繼續(xù)加入樣品，直到紅光和藍光的透過率穩(wěn)定在設(shè)定透過率的上下限范圍內(nèi)。加樣后觀察透過率指示是否穩(wěn)定，同時觀察樣品分布實時顯示窗口中樣品分布狀態(tài)是否穩(wěn)定，如穩(wěn)定點擊檢測按鈕進行檢測，檢測完成后分析檢測數(shù)據(jù)。

1.2.3 含油污泥巖心物模評價實驗

1)利用不同滲透率的人造巖心進行實驗，向人造巖心中以相同的注入速率連續(xù)注入1.5 PV不同粒徑調(diào)剖劑體系，觀察測壓點壓力隨注入量的變化關(guān)系，以此測定殘余阻力系數(shù)及封堵率。

2)地層與顆粒粒徑的匹配性主要通過注入過程中的阻力系數(shù)和后續(xù)水驅(qū)直至穩(wěn)定時對應(yīng)的殘余阻力系數(shù)和封堵率來定量評價。其中，顆粒的阻力系數(shù)是描述顆粒流度控制能力的重要指標(biāo)，即顆粒降低流度比的能力，定義為水的流度與顆粒溶液的流度的比值。

阻力系數(shù)

(1)

殘余阻力系數(shù)

(2)

封堵率

(3)

式中：λw為水相的流度，μm2/(mPa·s)；λp為注入顆粒體系后的流度，μm2/(mPa·s)；RRF為殘余阻力系數(shù)，無量綱；Kw為巖心水相滲透率，μm2；Kwb為調(diào)剖體系調(diào)剖前的巖心水測滲透率，μm2；Kwa為調(diào)剖體系調(diào)剖后的巖心水測滲透率，μm2。

2 結(jié)果與討論

2.1 重金屬含量分析

選取兩種含油污泥樣品(A、B)，對比評價平行樣，其外觀呈黑色黏稠狀，測定樣品的Cr含量0.01～0.02 mg/L，Cu含量0～1.3 mg/L，Ni含量1.5～2.1 mg/L，Zn含量2.5～2.6 mg/L，兩個樣品中均無鉛。含油污泥常伴有惡臭氣體，含有重金屬，鹽類以及苯系物等有害物質(zhì)，其中的有害物質(zhì)對周圍的土壤、水和空氣都會造成不良影響。含油污泥重金屬含量分析見表1。

表1 含油污泥重金屬含量分析 mg/L

2.2 含油污泥粒徑分布

實驗室測得樣品pH值為7.0～7.2，基本呈中性，含油污泥密度1.154 6～1.243 4 g/cm3，含油率11.60%～19.47%，含水率18.30%～37.28%，固含量60.0%～63.4%，在常溫下，不與水互溶。含油污泥基本性能分析見表2。

表2 含油污泥基本性能分析

樣品中泥質(zhì)成分的粒徑主要分布在10～300 μm，約占80%，粒徑的分布較為集中，同時較高的含泥量和含油量使其具備了進入地層和封堵高滲透層段的基本條件。含油污泥的粒徑分布見圖1。

圖1 含油污泥的粒徑分布

2.3 含油污泥粒徑與儲層滲透率的匹配關(guān)系

結(jié)合含油污泥的特點，設(shè)計3種不同的滲透率(500，1 000，2 000 mD)巖心，利用不同目數(shù)的篩網(wǎng)對含油污泥的粒徑進行篩分，主要分5類粒徑(0.02，0.03～0.06，0.06～0.1，0.1～0.3，0.3～0.8 mm)進行評價，開展相關(guān)評價實驗。

2.3.1 阻力系數(shù)

顆粒粒徑不同，在注入過程中阻力不同，顆粒粒徑從0.02 mm增加到(0.3～0.8)mm，阻力系數(shù)明顯增加。但是，從前段、后段的阻力系數(shù)差異可以看出，0.02 mm粒徑的顆粒前段的阻力系數(shù)比后段稍大，說明注入良好，而其他粒徑的顆粒前、后段的阻力系數(shù)差異大，說明粒徑顆粒主要堆積在離注入端相對近的地方。不同粒徑在不同滲透率巖性下的阻力系數(shù)見表3。

表3 不同粒徑在不同滲透率巖性下的阻力系數(shù)

2.3.2 殘余阻力系數(shù)

顆粒粒徑不同，綜合阻力系數(shù)和封堵率差異較大。顆粒粒徑從0.02 mm增加到(0.3～0.8)mm，殘余阻力系數(shù)增加明顯，從前段、后段的數(shù)據(jù)可以看出，0.02 mm的顆粒殘余阻力系數(shù)在不同位置差異不大，但是其他粒徑顆粒隨粒徑的增加，前、后段殘余阻力系數(shù)和封堵率差異越來越大，顆粒明顯堆積在前段。不同粒徑在不同滲透率巖性下的殘余阻力系數(shù)見表4。

表4 不同粒徑在不同滲透率巖性下的殘余阻力系數(shù)

2.3.3 封堵率

根據(jù)阻力系數(shù)及殘余阻力系數(shù)的測試結(jié)果，確定含油污泥粒徑與儲層滲透率的匹配關(guān)系，500 mD—0.02 mm；1 000 mD—(0.02～0.06 mm)；2 000 mD—(0.1～0.3 mm)，能夠達到“注得進”“封得住”的目的。針對3種匹配關(guān)系，測試封堵效率試驗，注入0.3 PV的含油污泥，巖心的封堵效率大于90%，含油污泥的封堵效果很好。連續(xù)驅(qū)替30 PV的注入水后，水相滲透率基本維持不變，封堵率變化幅度較小，說明該調(diào)剖劑的耐沖刷性能十分優(yōu)良。這是由于含油污泥顆粒在地層條件下能夠充分利用顆粒的架橋理論對孔隙結(jié)構(gòu)進行封堵，具有較好的封堵性能，適合油井轉(zhuǎn)注井的調(diào)剖，能起到擴大注水波及體積，改善水驅(qū)效果的作用。不同滲透率巖心下的封堵性能及耐沖刷性能見表5。

表5 不同滲透率巖心下的封堵性能及耐沖刷性能

3 現(xiàn)場試驗

含油污泥調(diào)剖技術(shù)在油田A區(qū)塊(滲透率500 mD，溫度45℃)應(yīng)用8口井，處理含油污泥2 800 m3，平均單井注入350 m3，在施工過程中注入壓力上升5.8 MPa。措施后按照原方案注水，注水壓力平均上升1.1 MPa，吸水剖面改善程度達到80%，井組產(chǎn)油量增加，綜合含水下降5%～10%，8個井組累計增產(chǎn)800 t，減水3 400 m3，有效期7.5個月，經(jīng)濟創(chuàng)效明顯，投入產(chǎn)出比1∶1.2。先導(dǎo)試驗證實，不同粒徑的含油污泥能夠起到封堵水竄優(yōu)勢通道的目的，起到較好的增油控水的作用，為油田處理處置含油污泥提供了途徑，具有較好的應(yīng)用前景。含油污泥現(xiàn)場試驗效果統(tǒng)計見表6。

表6 含油污泥現(xiàn)場試驗效果統(tǒng)計

4 結(jié) 論

1)明確了含油污泥顆粒與儲層滲透率的匹配關(guān)系：500 mD—0.02 mm；1 000 mD—(0.02～0.06 mm)；2 000 mD—(0.1～0.3 mm)，能夠達到“注得進”“封得住”的目的。針對3種匹配關(guān)系，測試封堵效率試驗，注入0.3 PV的含油污泥，巖心的封堵效率大于90%，含油污泥的封堵效果很好。

2)含油污泥在水驅(qū)油藏具有較好的注入性能，在地層條件下能夠充分利用顆粒對孔隙結(jié)構(gòu)進行封堵，含油污泥用于注水井調(diào)剖，不僅為油田含油污泥的再利用找到了一種有效方法，而且也為油田綜合治理、降低生產(chǎn)成本提供了一項技術(shù)措施。