辽河油田稠油污油泥调剖技术

滕立勇，王 尧，赵永鸿，于福涛，于学凯

(中国石油辽河油田分公司，辽宁 盘锦 124010)



辽河油田稠油污油泥调剖技术

滕立勇，王 尧，赵永鸿，于福涛，于学凯

(中国石油辽河油田分公司，辽宁 盘锦 124010)

辽河油田已进入中后期开采阶段，随着含水率升高，集输系统中污油泥大量囤积。针对该问题，在分析污油泥组分和粒径的基础上，以不同种类污油泥做为调剖剂的主要原料，添加适当的化学药剂和固相颗粒等添加剂，研制出污油泥超细颗粒调剖剂、污油泥高分子聚合物调剖剂和污油泥高温改性封口剂3种污油泥调剖剂，通过段塞组合，用于稠油蒸汽吞吐井的调剖封堵。实际应用表明，该技术可有效动用中、低渗透层，节约调剖成本，并解决了污油泥处理难题，值得大力推广应用。

污油泥；调剖；蒸汽吞吐；稠油；曙光油田

0 引 言

辽河油田每年产生污油泥18.8×104t/a以上，其中浮渣约为7.5×104t/a，底泥约为4.8×104t/a。以辽河油田曙光采油厂集输系统为例，系统日产污油泥约为350 t/d，年产污油泥约为12.0×104t/a，由于历史原因，污水厂囤积污油泥约为5.0×104t，产量相当于一个中等规模油田的污油泥产量，储存能力已达极限。污油泥中含有苯类、酚类、蒽类等物质，同时伴随恶臭气味，若直接与土壤、水体和植被接触会造成较大污染，同时导致资源浪费[1-6]。因此，无论是从环境保护还是从回收能源的角度考虑，都急需研究一种行之有效的处理技术对污油泥进行无害化处理[7-15]。

1 稠油污油泥调剖技术机理

稠油污油泥调剖技术是一项对油田污水系统中所产生的污油泥进行资源化利用的技术。污油泥源于油藏，耐高温耐剪切，与地层有良好的配伍性，加入不同用量的悬浮剂、分散剂和增黏剂后，可以制备成不同性能的调剖剂乳状液，用于稠油热采井调剖。该技术的封堵机理主要是物理堵塞作用。当污油泥调剖剂通过地层孔隙介质时，受到地层岩石的吸附作用，调剖剂中的乳化悬浮体系发生分解，其中泥质和油会分离出来，吸附地层中的胶质和沥青质，并聚集形成较大粒径的团粒结构，沉降在大孔道中，使大孔道孔径变小，从而达到封堵高渗透层带的目的，使注入蒸汽转向中、低渗透层，改善油层吸汽剖面和油藏动用状况[16-18]。

2 污油泥特性评价

污油泥成分较为复杂，可以大致分为水、乳化油或吸附油、固体异物、无机盐等，性质各不相同，因此，在室内需要进行污油泥特性研究，考查其作为调剖剂的可行性。

2.1 污油泥基本组分含量分析

取一定量的辽河油田曙光采油厂污水处理系统中3种污油泥(浮选机浮渣、沉降罐底泥、污水厂活性污泥)，用蒸馏法测其含水量，并用石油醚和丙酮的混合溶剂反复洗涤，直至残余物不含油为止，最后测定泥质含量，考察其作为颗粒调剖剂的可行性，实验结果见表1。

表1 污油泥组分分析

由表1可知，3种污油泥中泥质组分含量为13.10%～25.08%，浮选机浮渣中泥质含量最高，污水厂活性污泥中泥质含量最低。常规颗粒调剖剂中固相含量通常为10.0%～30.0%，3种污油泥中的固相含量符合应用标准，因此，污油泥具有制作成颗粒调剖剂的可能性；同时污油泥中含水量较高，均超过50.00%，易泵送至目的油层；污水厂活性污泥中泥质含量较低，需要在体系中添加一定量固相堵剂，增加其封堵强度[19]。

2.2 污油泥分散悬浮性分析

为将污油泥输送至注入目的层即高渗透层，必须要求污油泥调剖剂具有一定的悬浮性能。将样品按不同比例用清水稀释后，观察其分散性和悬浮稳定性。实验结果表明：污水厂活性污泥的稳定性能最好，稀释后基本不分层，可单独作为调剖剂使用；沉降罐底泥和浮选机浮渣由于泥质成分含量较高，在掺水比例较高时，会出现分层现象，需要加入一定量的稠化剂，提高悬砂性能，降低沉降速度，提高稳定性，以满足现场施工要求[20]。

2.3 污油泥流动性分析

当流体黏度不大于600 mPa·s时，能保证正常的流动以及管输。因此，将样品按不同比例掺清水稀释后，测定混合液不同含水率时的黏度，考察其泵送能力(表2)。

表2 污油泥流动性

由表2可知，当3种污油泥含水率达到75%以上时，污油泥黏度均小于600 mPa·s，具有较好的流动性，能够顺利泵入地层。但如果含水率过高，会造成污油泥的固体含量和黏度下降，影响其封堵能力。因此，在现场使用时，须将污油泥的含水率控制在75%～80%。

3 污油泥调剖剂系列配方研制

特性分析实验显示，污油泥具备制作成调剖剂的可能性，但由于污油泥中有一定含量的油质成分，耐蒸汽冲刷性较差，应用到稠油热采井上，难以长期滞留在地层中，为避免回注地层的污油泥又随采出液回到地面，再次成为污油泥，需针对不同的污油泥添加不同的改性化学药剂和添加剂，研制不同体系配方，提高其封堵性能。

3.1 污油泥调剖剂基本配方

(1) 污油泥高分子聚合物调剖剂。配方主要成分为沉降罐底泥，加入少量的聚丙烯酰胺和絮凝剂。由于沉降罐底泥中的泥质成分相对较高，因此，该调剖剂的调剖强度相对较大。污油泥高分子聚合物调剖剂黏度为80～500 mPa·s，成胶时间为12～24 h。

(2) 污油泥超细颗粒调剖剂。该调剖剂以污水厂活性污泥为基本原料，活性污泥固体含量较低，流动性能好，因此，在体系中加入了200目以上的超细固相颗粒和适量的悬浮剂、分散剂，将其调配成颗粒型调剖剂，注入地层后产生架桥作用，对地层中的小孔道进行封堵。该调剖剂颗粒悬浮性能大于6 h，封堵率为50%～90%。

(3) 污油泥高温改性封口剂。该调剖剂由浮选机浮渣、稀土固化剂、悬浮剂等按适当比例复配而成。通过控制反应温度和稀土固化剂的用量，调节成胶速度和成胶强度。该调剖剂在成胶前黏度低，利于泵注；在地层中成胶后，强度高，耐温性好，能够满足注蒸汽条件下的耐热、耐冲刷的要求，并长期有效。污油泥高温改性封口剂成胶温度为40～95 ℃，成胶时间为8～72 h。

3.2 污油泥调剖剂封堵性能

污油泥调剖剂应用在稠油热采井上，需要有很高的耐温性能。采用单填砂管模型，考察了污油泥调剖剂高温(300 ℃)下的封堵能力(表3)。

表3 污油泥调剖剂封堵率实验数据

由表3可知，3种污油泥调剖剂都具有一定的封堵能力，可不同程度地满足储层封堵需要。其中，污油泥高温改性封口剂封堵效果、封堵强度最好，封堵率可达95%以上。

3.3 污油泥调剖剂组合工艺

针对辽河油田不同稠油区块的开发矛盾，优选段塞组合注入方式(表4)。第1段塞采用强度较大的污油泥高分子聚合物调剖剂对油层进行“建墙”处理，建立起封堵强度；第2段塞采用流动性较好的污油泥超细颗粒调剖剂对油层进行“填缝处理”，填充高渗透层中远端细小的地层孔喉；第3段塞使用污油泥高温封口剂进行封口，在调剖剂体系固化后形成耐高温蒸汽冲刷的保护段塞。

表4 污油泥调剖剂施工工艺优选

4 现场应用

4.1 工艺流程

由于污油泥成分复杂，且配制要求高，一般常规注入设备难以满足注入要求，常出现卡泵、磨损、漏浆或注不进等问题。为保证污油泥调剖施工的连续性，从污油泥的传送、过滤、配制、搅拌、外输、检测等各个环节进行全面设计优化，研制了污油泥调剖专用注入设备，流程见图1。

图1 污油泥调剖剂配制注入工艺流程

主要工作流程：首先利用传送装置将污油泥传送至配液罐，在配液罐中将乳化剂、悬浮剂、稀释剂等化学药剂与污油泥搅拌摇匀，制成调剖剂。再利用转输泵，将配制好的调剖剂输入储液罐进行熟化和检测。在调剖剂的密度、黏度达到设计要求后，由变频注入泵将污油泥调剖剂注入井内。注入过程中要严格控制压力，尽量保持在低压力下注入。根据实际情况适时调整注入速度、调剖剂密度和黏度。为保证调剖剂的正常配制注入，选择排量大、可控、耐磨的注入泵，有加热功能的储液罐，同时为防止污油泥中杂物堵塞，还需在配液罐中设置多级过滤器。

4.2 应用实例

在理论研究的基础上，选取辽河油田杜813兴隆台、杜84兴隆台、杜210等不同稠油区块进行污油泥调剖试验。3个区块稠油油藏储层物性好，高孔、高渗，平均渗透率为2.37 μm2，有效孔隙度为32.6%。同时纵向上非均质性严重，易形成注入蒸汽的单层突进，最大渗透率级差达到203，适合实施污油泥调剖措施。2015年至今共进行26井次的试验。与措施前周期对比，26口措施井注汽压力平均提高2.1 MPa，阶段周期增油2 583 t，取得了较好的措施效果。

26口调剖井共使用污油泥原料8.19×104t，按辽河油田污油泥原处理费用为600 元/t计算，节约处理费用4 914×104元。同时措施井增油2 583 t，稠油价格按850元/t计算，直接取得经济效益为219×104元，合计取得经济效益为5 133×104元。措施投入包括2台污油泥注入泵购置费用为100×104元，添加剂费用为260×104元，施工费用为52×104元等成本，措施投入共计412×104元。投入产出比达1.0∶12.4。

措施井杜813-48-K57井于2015年3月7日进行第10周期蒸汽吞吐，注汽压力为12.94 MPa，周期生产时间为45 d，周期产油仅为9 t。2015年6月10日实施污油泥调剖技术，累计注入污油泥956 t，措施后该井注汽压力为14.4 MPa，较措施前提高了1.5 MPa，说明该井的中、低渗透层得到了一定程度的动用。措施后该井周期生产117 d，周期产油为476 t，与第9、10周期对比，分别增油151、467 t，措施效果明显。

5 结 论

(1) 在室内实验的基础上，研究了强度不同的3种污油泥调剖剂，通过不同段塞的配方组合，对高渗大孔道的封堵率可达到90%以上。

(2) 污油泥作为调剖剂，其耐盐、耐温、耐冲刷性能优异，能够适应辽河油田稠油油藏调剖工作的需要。具有成本低、封堵效果好等优点，可扩展应用于火驱、SAGD、蒸汽驱开发等领域。

(3) 实际应用表明，污油泥调剖剂用于稠油油藏在技术上是可行的，且施工成本较低，经济效益明显，为油田污油泥的处理提供了一项切实可行的新技术，同时解决了污油泥外排所造成的环境污染问题。

(4) 稠油污油泥调剖技术目前仍缺少科学的工程设计方法，下一步需要建立有代表性的普通稠油油藏和超稠油油藏的地质模型，为稠油油藏在不同热采阶段污油泥调剖剂选择及注入参数设计提供理论支持。

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编辑 孟凡勤

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.05.033

20160503；改回日期：20160707

国家科技重大专项“污油泥调剖技术研究与应用”(2016JG-11)

滕立勇(1973-)，男，高级工程师，1995年毕业于西南石油学院油藏工程专业，现从事油田采油工艺的研究与管理工作。

TE357.4

A

1006-6535(2016)05-0134-04