含油污泥调剖粒径与渗透率关系研究

金雪超 唐 宇 刘录军

(1.中国石油吉林油田公司油气工程研究院；2.中国石油吉林油田公司HSE监督站；3.中国石油吉林油田公司扶余采油厂)

0 引 言

油田生产过程中产生的含油污泥的处理处置一直是亟待解决的难题之一[1]。目前，含油污泥处理方法主要有溶剂萃取、化学破乳、生物处理技术、固液分离、焚烧及用于注水井调堵[2-3]。每种方法都有各自适用性，含油污泥注水井调剖是不少油田采用的一种处理方式，但基础理论研究尚不够深入，对污泥颗粒粒径与油藏的匹配关系及油藏适应界限目前还没有明确的定义[4-6]。本文重点研究含油污泥粒径与储层渗透率的匹配性，以室内物模评价实验为基础，评价含油污泥颗粒粒径、浓度与储层渗透性的匹配关系。通过评价阻力系数、残余阻力系数、封堵率3个指标判断含油污泥颗粒在多孔介质中的运移规律，明确不同含油污泥封堵油藏的适应性，为后期优选调剖井奠定基础。

1 实验材料与方法

1.1 样品与仪器

含油污泥样品主要选取油田联合站罐底泥。

仪器：烘箱、精密电子天平、干燥器、水分含量测定仪、不同目数的标准筛、分光光度计、LA-950激光散射粒度分析仪等。

1.2 实验方法

1.2.1 含油污泥重金属含量检测

将含油污泥装入坩埚中燃烧，温度为300℃，直至含油污泥中无烟冒出，再将含油污泥移入高温干燥箱中进一步燃烧，温度为600℃，时间4 h，自然冷却后放在研钵中研磨，颗粒过筛，称取20 g样品置于250 mL提取瓶中，并放在水平振荡装置上振荡，之后再配制浸出液，用原子吸收分光光度计进行测量。

1.2.2 含油污泥基本性能分析

将所取含油污泥样品充分摇匀后，用pH试纸测试含油污泥的pH值，用烧杯取200 mL含油污泥，称其质量，计算含油污泥密度；用蒸馏法测其含水量，将蒸馏残余物趁热用砂芯漏斗过滤，并用石油醚和丙酮的混合溶剂反复洗涤，至残余物不含油为止，记录含油量，并分析含油污泥组分。

含油污泥粒径测试采用LA-950激光散射粒度分析仪，首先要设定分析条件(油藏温度45℃)，注入分散好的含油污泥溶液，启动搅拌，在加样槽中先少量加入样品并观察红光和蓝光的透过率变化情况，继续加入样品，直到红光和蓝光的透过率稳定在设定透过率的上下限范围内。加样后观察透过率指示是否稳定，同时观察样品分布实时显示窗口中样品分布状态是否稳定，如稳定点击检测按钮进行检测，检测完成后分析检测数据。

1.2.3 含油污泥岩心物模评价实验

1)利用不同渗透率的人造岩心进行实验，向人造岩心中以相同的注入速率连续注入1.5 PV不同粒径调剖剂体系，观察测压点压力随注入量的变化关系，以此测定残余阻力系数及封堵率。

2)地层与颗粒粒径的匹配性主要通过注入过程中的阻力系数和后续水驱直至稳定时对应的残余阻力系数和封堵率来定量评价。其中，颗粒的阻力系数是描述颗粒流度控制能力的重要指标，即颗粒降低流度比的能力，定义为水的流度与颗粒溶液的流度的比值。

阻力系数

(1)

残余阻力系数

(2)

封堵率

(3)

式中：λw为水相的流度，μm2/(mPa·s)；λp为注入颗粒体系后的流度，μm2/(mPa·s)；RRF为残余阻力系数，无量纲；Kw为岩心水相渗透率，μm2；Kwb为调剖体系调剖前的岩心水测渗透率，μm2；Kwa为调剖体系调剖后的岩心水测渗透率，μm2。

2 结果与讨论

2.1 重金属含量分析

选取两种含油污泥样品(A、B)，对比评价平行样，其外观呈黑色黏稠状，测定样品的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，两个样品中均无铅。含油污泥常伴有恶臭气体，含有重金属，盐类以及苯系物等有害物质，其中的有害物质对周围的土壤、水和空气都会造成不良影响。含油污泥重金属含量分析见表1。

表1 含油污泥重金属含量分析 mg/L

2.2 含油污泥粒径分布

实验室测得样品pH值为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%，在常温下，不与水互溶。含油污泥基本性能分析见表2。

表2 含油污泥基本性能分析

样品中泥质成分的粒径主要分布在10～300 μm，约占80%，粒径的分布较为集中，同时较高的含泥量和含油量使其具备了进入地层和封堵高渗透层段的基本条件。含油污泥的粒径分布见图1。

图1 含油污泥的粒径分布

2.3 含油污泥粒径与储层渗透率的匹配关系

结合含油污泥的特点，设计3种不同的渗透率(500，1 000，2 000 mD)岩心，利用不同目数的筛网对含油污泥的粒径进行筛分，主要分5类粒径(0.02，0.03～0.06，0.06～0.1，0.1～0.3，0.3～0.8 mm)进行评价，开展相关评价实验。

2.3.1 阻力系数

颗粒粒径不同，在注入过程中阻力不同，颗粒粒径从0.02 mm增加到(0.3～0.8)mm，阻力系数明显增加。但是，从前段、后段的阻力系数差异可以看出，0.02 mm粒径的颗粒前段的阻力系数比后段稍大，说明注入良好，而其他粒径的颗粒前、后段的阻力系数差异大，说明粒径颗粒主要堆积在离注入端相对近的地方。不同粒径在不同渗透率岩性下的阻力系数见表3。

表3 不同粒径在不同渗透率岩性下的阻力系数

2.3.2 残余阻力系数

颗粒粒径不同，综合阻力系数和封堵率差异较大。颗粒粒径从0.02 mm增加到(0.3～0.8)mm，残余阻力系数增加明显，从前段、后段的数据可以看出，0.02 mm的颗粒残余阻力系数在不同位置差异不大，但是其他粒径颗粒随粒径的增加，前、后段残余阻力系数和封堵率差异越来越大，颗粒明显堆积在前段。不同粒径在不同渗透率岩性下的残余阻力系数见表4。

表4 不同粒径在不同渗透率岩性下的残余阻力系数

2.3.3 封堵率

根据阻力系数及残余阻力系数的测试结果，确定含油污泥粒径与储层渗透率的匹配关系，500 mD—0.02 mm；1 000 mD—(0.02～0.06 mm)；2 000 mD—(0.1～0.3 mm)，能够达到“注得进”“封得住”的目的。针对3种匹配关系，测试封堵效率试验，注入0.3 PV的含油污泥，岩心的封堵效率大于90%，含油污泥的封堵效果很好。连续驱替30 PV的注入水后，水相渗透率基本维持不变，封堵率变化幅度较小，说明该调剖剂的耐冲刷性能十分优良。这是由于含油污泥颗粒在地层条件下能够充分利用颗粒的架桥理论对孔隙结构进行封堵，具有较好的封堵性能，适合油井转注井的调剖，能起到扩大注水波及体积，改善水驱效果的作用。不同渗透率岩心下的封堵性能及耐冲刷性能见表5。

表5 不同渗透率岩心下的封堵性能及耐冲刷性能

3 现场试验

含油污泥调剖技术在油田A区块(渗透率500 mD，温度45℃)应用8口井，处理含油污泥2 800 m3，平均单井注入350 m3，在施工过程中注入压力上升5.8 MPa。措施后按照原方案注水，注水压力平均上升1.1 MPa，吸水剖面改善程度达到80%，井组产油量增加，综合含水下降5%～10%，8个井组累计增产800 t，减水3 400 m3，有效期7.5个月，经济创效明显，投入产出比1∶1.2。先导试验证实，不同粒径的含油污泥能够起到封堵水窜优势通道的目的，起到较好的增油控水的作用，为油田处理处置含油污泥提供了途径，具有较好的应用前景。含油污泥现场试验效果统计见表6。

表6 含油污泥现场试验效果统计

4 结 论

1)明确了含油污泥颗粒与储层渗透率的匹配关系：500 mD—0.02 mm；1 000 mD—(0.02～0.06 mm)；2 000 mD—(0.1～0.3 mm)，能够达到“注得进”“封得住”的目的。针对3种匹配关系，测试封堵效率试验，注入0.3 PV的含油污泥，岩心的封堵效率大于90%，含油污泥的封堵效果很好。

2)含油污泥在水驱油藏具有较好的注入性能，在地层条件下能够充分利用颗粒对孔隙结构进行封堵，含油污泥用于注水井调剖，不仅为油田含油污泥的再利用找到了一种有效方法，而且也为油田综合治理、降低生产成本提供了一项技术措施。