国内含油污泥调剖剂研究进展

刘小军，李　慧，陶　媛，徐雄飞，田广福，吴得南，郑海涛

(1. 中国石油吐哈油田公司工程技术研究院，新疆鄯善 838202；2. 中国石油吐哈油田公司勘探开发研究院，新疆哈密 839000；3. 中国石油抚顺石化分公司石油三厂,辽宁抚顺 113001; 4. 银川能源学院石油化工系, 银川 750105; 5. 中国石油吐哈油田公司三塘湖采油厂, 新疆哈密 839000)

油田开发过程中产生的含油污泥成分复杂，含有大量有害物质，直接排放对生态环境会造成严重污染。国内外对含油污泥的无害化处理主要采用热解吸[1]、调质-机械分离处理技术[2]、热水洗涤[3]、焚烧技术、微生物处理[4]等技术，但这些技术存在处理工艺复杂、经济效益差、综合利用程度不高等问题。而油田使用的凝胶型调剖剂耐温、抗盐、抗剪切性能比较差，受地层条件影响较大，在高温高盐油藏的应用受到限制，并且调剖成本偏高[5]。因此，近年来国内各大油田将含油污泥的处理问题与调剖需求相结合，开展了含油污泥调剖剂的研究。

含油污泥来源于地层，与地层具有良好的配伍性。与其他化学调剖剂相比，含油污泥调剖剂具有较好的热稳定性、抗盐性和耐剪切性，适合于大剂量注入，并且成本低。将含油污泥用于调剖可取得良好的增油降水效果和经济效益[6]。依据含油污泥的应用形式和配制方法，目前发展的含油污泥调剖剂可以分为5种体系，即含油污泥乳化悬浮体系、含油污泥固化体系、凝胶颗粒型含油污泥体系、有机凝胶型含油污泥体系以及含油污泥聚合物溶液体系。

1　含油污泥调剖机理

不同体系的含油污泥调剖剂具有不同的调剖机理。普遍研究认为，含油污泥悬浮体系用于调剖时，当含油污泥乳化悬浮液在地层到达一定深度后，受地层水冲释及地层岩石的吸附作用，乳化悬浮体系分解，其中的泥质吸附胶质沥青质和蜡质，并通过它们粘连聚集形成较大粒径的“团粒结构”沉降在大孔道中，使大孔道通径变小，增加了注入水的渗流阻力，迫使注入水改变渗流方向，从而起到提高注入水的波及体积，达到改善注水开发效果的目的[7]。含油污泥凝胶颗粒、凝胶型含油污泥等调剖体系的调剖机理与水膨体颗粒[8]、弱凝胶[9]等调剖剂机理类似。

2　含油污泥成分分析

含油污泥调剖剂虽然与地层匹配性好，成本低，但要取得预期的调剖效果，使用之前必须对含油污泥的基本组成、性质进行合理的分析判断。

2.1　污泥组分含量分析

目前国内还没有标准的含油污泥组成分析方法，通常采用蒸馏[10]或干燥[11]的方法除去含油污泥中的水分，然后加入有机溶剂如甲苯[11]、氯仿[12]或石油醚和丙酮混合液[13]等，经溶解，过滤，洗涤，除去污泥中的油组分，最后烘干至恒重，从而得出含油污泥中水、油及泥砂等组分的百分含量。由于污泥中的油分主要是碳氢化合物，燃烧后完全变成CO2和水蒸气挥发掉，所以也可以采用高温煅烧法[14]得到同样的结果。

2.2　污泥矿物组成和外观结构分析

通过X射线衍射分析可以得出污泥矿物组成，主要成分基本上都是蒙脱石、伊利石和绿泥石，而污泥颗粒的外观结构则采用扫描电镜进行，测试分析结果表明，污泥颗粒一般呈不规则形状，这样更有利于在孔隙中形成有效封堵。

2.3　污泥粒径分析

通常将脱水脱油得到的泥土颗粒经金属标准筛[10]或者采用激光粒度分析仪[14]进行分析，得出颗粒粒径大小及其分布范围。污泥颗粒粒径的大小对于调剖剂应用至关重要，只有当颗粒粒径与地层孔隙较好匹配时才能取得良好的调剖效果。国外的Hands等[15]认为，颗粒堵剂的90%的粒径与地层的最大孔候直径或者最大裂缝宽度相等时即可取得理想的封堵效果；而国内则普遍接受1/3～1/7桥塞封堵理论[16]。

3　含油污泥调剖剂体系

国内各油田针对实际油藏条件，开发出了不同类型的含油污泥调剖体系，不同调剖体系具有不同的性能特点和应用效果。

3.1　含油污泥乳化悬浮体系

该体系是以含油污泥为基本原料，加入适量的悬浮剂、乳化剂、固相颗粒添加剂、杀菌剂等添加剂后，将含油污泥调配成具有一定悬浮性和稳定性的悬浮乳化体系，注入地层一定深度后产生“团粒结构”，对大孔道进行深部封堵，从而扩大水驱波及体积，提高采收率。

有关含油污泥的室内研究有大量报道。肖文等[17]采用岩心封堵实验、压汞实验、扫描电镜和铸体薄片图像分析等手段，开展了含油污泥调剖剂配方和机理研究，研制了具有耐温抗盐、低成本、施工工艺简单、封堵效果好等特点的含油污泥调剖剂。采用同样的研究方法，胡雪滨等[18]通过加入高分子稠化剂、悬浮剂和超细碳酸钙粉固相颗粒制备了黏度为56 mPa·s、沉降时间4～5 h、pH=8.5、固相含量5%～6%的含油污泥调剖剂，封堵效果良好，低渗伤害率为27.8%。

罗跃等[19]在室内通过对不同类型添加剂的筛选，最终配方采用0.25%羧甲基纤维素钠+0.6%十二烷基苯磺酸钠+0.2%聚丙烯酰胺+0.1%木质素磺酸钠+10%膨润土+含油污泥。该调剖体系封堵率达到94%，突破压力达到7.0 MPa以上，具有良好的封堵效果，同时在油田现场应用中也获得了良好的应用效果。

河南油田[20]采用HNBR120型污泥调剖剂在稠油油田BQ10区G5615和G5717两个井组的中心注水井进行调剖，一次性回注含油污泥1 400 m3，节约污泥处理费7万元，对应油井已增油302 t，总投入25万元，总产出65万元，取得了较好的经济效益。顾燕凌等[21]针对长庆陇东油田悦29区注水平面矛盾突出的特点，采用60%～75%含油污泥堵剂+15%～25%凝胶堵剂+10%～15%高浓度凝胶堵剂的段塞组合，在悦29区先后试验4井次，工艺成功率达到了100%。共有油井14口，见效6口井，见效率42.9%。日产油增加8.12 t，综合含水下降3.7%，累计增油1 377 t。辽河油田也采用含油污泥悬浮体系与胶束调剖剂、弱凝胶调剖剂以及树脂类调剖剂进行复合调剖，取得了良好的应用效果[22-23]。

3.2　含油污泥固化体系

采用含油污泥乳化悬浮体系进行深部调驱，虽然可以产生一定的深部封堵效果，但由于其强度偏低，主要靠污泥中颗粒在孔隙中的架桥机理对高渗透层进行封堵，耐冲刷性能差导致了封堵有效期短，所以在含油污泥悬浮体系中另外加入不同类型的固化剂，可以制备含油污泥固化体系，提高含油污泥调剖剂的封堵强度。

赵金省等[24]采用具有悬浮性能的稀土矿粉作固化剂，通过室内试验，研制了沉降时间达15 h的可固化含油污泥调剖体系。该体系具有可泵性好、封堵强度高、耐高温水冲刷等特点，既可以用于注水井的调剖堵水，也可以用于热采井的封堵气窜。李鹏华等[25]采用n(水泥)∶n(粉煤灰)∶n(污泥)∶n(水)=1∶1∶1∶1.5配比，制备了含油污泥固化体系。在油层温度50 ℃下，稠化时间达到20 h，静置15 h后，析水量仅为7%，候凝3 d后突破压力超过7 MPa，封堵率达99%。用200 ℃蒸汽冲刷100 PV后，封堵率仍然保持在99%以上，调剖效果良好。尚朝辉等[26]采用树脂型固化剂SD或SG，研制出的含油污泥调剖剂固化时间在4 h以上，适应温度60～90 ℃，在老河口油田桩106块馆陶组油藏应用15井次，对应油井见效率达92%，累计增油12 186 t，调剖剂吨成本降低30%，投入产出比达到1∶4.1。

3.3　凝胶颗粒型含油污泥体系

含油污泥用于调剖时由于其固体粒径分布较窄，限制了在不同渗透率油藏中的应用，尤其是不能应用于较大孔道油藏的深部调剖。为此，将含油污泥制备成体膨颗粒深部调剖剂，并根据需要制成不同大小的粒径，以满足不同孔道的油藏调剖需求[27]。同时，含油污泥体膨颗粒便于储存和运输，能一次处理掉大量污泥，大大减少了污泥存放费用，节约了成本，避免了对环境造成的二次污染。

中国石油勘探开发研究院[28]在室内采用45 ℃热水、10% H2SO4、40 mg/L的BCY除油剂，将污泥含油率控制在14%以下，然后加入不饱和单体、引发剂、交联剂、水以及适量的减阻剂和金属离子掩蔽剂等，进行聚合交联反应，通过配方优化得到了胶块强度高、膨胀倍数高、容易造粒的凝胶颗粒型含油污泥调剖剂。该类型调剖剂在自来水中和0.5% NaCl水溶液中的膨胀倍数分别为40倍和15倍，膨胀后强度高，弹性好。

3.4　有机凝胶型含油污泥体系

将含油污泥进行乳化悬浮、添加各种固化剂或者制备成水膨体进行深部调剖时，这些调剖体系本质上都属于单一颗粒型堵剂，容易引起非目的层伤害，而且封堵有效期不长。此外，含油污泥水膨体深部调剖剂制备过程相对复杂，强度高，只适用于封堵大孔道，而有机凝胶型含油污泥可以较好的解决这些问题[29]。

肖传敏等[30]以含油污泥为主剂，加入0.1%聚合物和0.1%交联剂，研制了适用于80 ℃油藏条件的凝胶型含油污泥深度调剖剂。室内评价结果表明，该调剖剂在60 ℃养护90 d后，黏度仍可达15 000 mPa·s，具有空间网状结构和较好的耐温性、抗剪切性，调驱后可使采收率提高16.2%，效果明显。赖南君等[29]对聚合物交联凝胶中掺入含油污泥进行调剖开展了实验研究。通过加入石灰粉调节pH至中性，将5%含油污泥与0.1%～0.3%疏水缔合聚合物AP-P4溶液混合，并加入杀菌剂、稳定剂以及交联剂(乌洛托品+苯酚+间苯二酚)，在60 ℃下制备了含有污泥的聚合物凝胶，凝胶强度可达723～49 900 mPa·s，得到的凝胶耐热性较好，成胶后封堵率在95%，水突破压力大于7.35 MPa。曹毅等[31]通过对表面活性剂、碱、无机盐等不同类型分散剂以及对CMC(羧甲基纤维素)、NPAM(非离子聚丙烯酰胺)、SNF(一种丙烯酸聚合物)和改性聚丙烯酰胺钾盐等进行悬浮筛选实验后，优选出分散剂NaCO3，悬浮剂CMC，研制了凝胶型含油污泥调剖体系，配方为4.0%含油污泥(有效含量)+1.0% Na2CO3+0.3% CMC+3.0%成胶剂+0.1%引发剂。该凝胶体系具有延展的韧性以及黏弹性，调剖后含水率由98%下降至92%，驱替压力梯度从0.15 MPa/m增加到5.7 MPa/m，最终采收率提高5.5%。该调剖剂可以达到较好的调剖封堵作用。

3.5　含油污泥聚合物溶液体系

各种含油污泥调剖体系虽然成本相对较低，具有一定的封堵效果，但是配方研制及工艺处理方面都比较复杂，最简单的调剖体系就是将含油污泥颗粒采用聚合物溶液进行携带，注入地层深部进行调剖。

2007年以来，大庆油田[32-34]开展了含油污泥聚合物溶液体系研究，采用脱水脱油后的污泥颗粒作为固相添加剂，利用较高黏度的聚合物水溶液作为悬浮介质，研制了含油污泥聚合物溶液调剖体系。体系中聚合物的质量分数为0.08%～0.14%，污泥质量分数1%～6%。采用污水配液，污水钙、镁离子浓度为22 mg/L，总矿化度为7 156 mg/L，调剖规模4 200 m3，在北4-8丙水56井注入调剖剂6 526 m3，处理含油污泥267.2 t，调剖后注水井吸水剖面得到明显改善，4口连通油井平均含水下降1.4%，有效期110 d，累计增油1 135.2 t，调剖效果显著。

4　结束语

1)含油污泥调剖体系具有较好的耐温、抗盐、抗剪切性能，可以对高渗透层段进行有效封堵，改善吸水剖面，提高注入水波及体积以及驱油效率，从而获得良好的增油降水效果和显著经济效益。

2)含油污泥调剖技术费用低，为含油污泥的无害化处理和资源化利用提供了新的途径，起到降本增效的作用。

3)由于受到含油污泥本身组成和性质的影响，不同地区以及含油污泥与油田的储层物性和构造情况的匹配关系，含油污泥调剖剂的适用范围受到限制；各油田需要因地制宜，不能生搬硬套。

4)含油污泥用作调剖剂的配方、施工工艺以及污泥调剖后对油层的影响及后期处理还有待进一步研究，需要进一步加大污泥调剖技术的适应性研究，有针对性地应用于油田开发，同时解决好油田污泥的污染问题。

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