國內(nèi)含油污泥調(diào)剖劑研究進展

劉小軍，李　慧，陶　媛，徐雄飛，田廣福，吳得南，鄭海濤

(1. 中國石油吐哈油田公司工程技術(shù)研究院，新疆鄯善 838202；2. 中國石油吐哈油田公司勘探開發(fā)研究院，新疆哈密 839000；3. 中國石油撫順石化分公司石油三廠,遼寧撫順 113001; 4. 銀川能源學(xué)院石油化工系, 銀川 750105; 5. 中國石油吐哈油田公司三塘湖采油廠, 新疆哈密 839000)

油田開發(fā)過程中產(chǎn)生的含油污泥成分復(fù)雜，含有大量有害物質(zhì)，直接排放對生態(tài)環(huán)境會造成嚴(yán)重污染。國內(nèi)外對含油污泥的無害化處理主要采用熱解吸[1]、調(diào)質(zhì)-機械分離處理技術(shù)[2]、熱水洗滌[3]、焚燒技術(shù)、微生物處理[4]等技術(shù)，但這些技術(shù)存在處理工藝復(fù)雜、經(jīng)濟效益差、綜合利用程度不高等問題。而油田使用的凝膠型調(diào)剖劑耐溫、抗鹽、抗剪切性能比較差，受地層條件影響較大，在高溫高鹽油藏的應(yīng)用受到限制，并且調(diào)剖成本偏高[5]。因此，近年來國內(nèi)各大油田將含油污泥的處理問題與調(diào)剖需求相結(jié)合，開展了含油污泥調(diào)剖劑的研究。

含油污泥來源于地層，與地層具有良好的配伍性。與其他化學(xué)調(diào)剖劑相比，含油污泥調(diào)剖劑具有較好的熱穩(wěn)定性、抗鹽性和耐剪切性，適合于大劑量注入，并且成本低。將含油污泥用于調(diào)剖可取得良好的增油降水效果和經(jīng)濟效益[6]。依據(jù)含油污泥的應(yīng)用形式和配制方法，目前發(fā)展的含油污泥調(diào)剖劑可以分為5種體系，即含油污泥乳化懸浮體系、含油污泥固化體系、凝膠顆粒型含油污泥體系、有機凝膠型含油污泥體系以及含油污泥聚合物溶液體系。

1　含油污泥調(diào)剖機理

不同體系的含油污泥調(diào)剖劑具有不同的調(diào)剖機理。普遍研究認為，含油污泥懸浮體系用于調(diào)剖時，當(dāng)含油污泥乳化懸浮液在地層到達一定深度后，受地層水沖釋及地層巖石的吸附作用，乳化懸浮體系分解，其中的泥質(zhì)吸附膠質(zhì)瀝青質(zhì)和蠟質(zhì)，并通過它們粘連聚集形成較大粒徑的“團粒結(jié)構(gòu)”沉降在大孔道中，使大孔道通徑變小，增加了注入水的滲流阻力，迫使注入水改變滲流方向，從而起到提高注入水的波及體積，達到改善注水開發(fā)效果的目的[7]。含油污泥凝膠顆粒、凝膠型含油污泥等調(diào)剖體系的調(diào)剖機理與水膨體顆粒[8]、弱凝膠[9]等調(diào)剖劑機理類似。

2　含油污泥成分分析

含油污泥調(diào)剖劑雖然與地層匹配性好，成本低，但要取得預(yù)期的調(diào)剖效果，使用之前必須對含油污泥的基本組成、性質(zhì)進行合理的分析判斷。

2.1　污泥組分含量分析

目前國內(nèi)還沒有標(biāo)準(zhǔn)的含油污泥組成分析方法，通常采用蒸餾[10]或干燥[11]的方法除去含油污泥中的水分，然后加入有機溶劑如甲苯[11]、氯仿[12]或石油醚和丙酮混合液[13]等，經(jīng)溶解，過濾，洗滌，除去污泥中的油組分，最后烘干至恒重，從而得出含油污泥中水、油及泥砂等組分的百分含量。由于污泥中的油分主要是碳氫化合物，燃燒后完全變成CO2和水蒸氣揮發(fā)掉，所以也可以采用高溫煅燒法[14]得到同樣的結(jié)果。

2.2　污泥礦物組成和外觀結(jié)構(gòu)分析

通過X射線衍射分析可以得出污泥礦物組成，主要成分基本上都是蒙脫石、伊利石和綠泥石，而污泥顆粒的外觀結(jié)構(gòu)則采用掃描電鏡進行，測試分析結(jié)果表明，污泥顆粒一般呈不規(guī)則形狀，這樣更有利于在孔隙中形成有效封堵。

2.3　污泥粒徑分析

通常將脫水脫油得到的泥土顆粒經(jīng)金屬標(biāo)準(zhǔn)篩[10]或者采用激光粒度分析儀[14]進行分析，得出顆粒粒徑大小及其分布范圍。污泥顆粒粒徑的大小對于調(diào)剖劑應(yīng)用至關(guān)重要，只有當(dāng)顆粒粒徑與地層孔隙較好匹配時才能取得良好的調(diào)剖效果。國外的Hands等[15]認為，顆粒堵劑的90%的粒徑與地層的最大孔候直徑或者最大裂縫寬度相等時即可取得理想的封堵效果；而國內(nèi)則普遍接受1/3～1/7橋塞封堵理論[16]。

3　含油污泥調(diào)剖劑體系

國內(nèi)各油田針對實際油藏條件，開發(fā)出了不同類型的含油污泥調(diào)剖體系，不同調(diào)剖體系具有不同的性能特點和應(yīng)用效果。

3.1　含油污泥乳化懸浮體系

該體系是以含油污泥為基本原料，加入適量的懸浮劑、乳化劑、固相顆粒添加劑、殺菌劑等添加劑后，將含油污泥調(diào)配成具有一定懸浮性和穩(wěn)定性的懸浮乳化體系，注入地層一定深度后產(chǎn)生“團粒結(jié)構(gòu)”，對大孔道進行深部封堵，從而擴大水驅(qū)波及體積，提高采收率。

有關(guān)含油污泥的室內(nèi)研究有大量報道。肖文等[17]采用巖心封堵實驗、壓汞實驗、掃描電鏡和鑄體薄片圖像分析等手段，開展了含油污泥調(diào)剖劑配方和機理研究，研制了具有耐溫抗鹽、低成本、施工工藝簡單、封堵效果好等特點的含油污泥調(diào)剖劑。采用同樣的研究方法，胡雪濱等[18]通過加入高分子稠化劑、懸浮劑和超細碳酸鈣粉固相顆粒制備了黏度為56 mPa·s、沉降時間4～5 h、pH=8.5、固相含量5%～6%的含油污泥調(diào)剖劑，封堵效果良好，低滲傷害率為27.8%。

羅躍等[19]在室內(nèi)通過對不同類型添加劑的篩選，最終配方采用0.25%羧甲基纖維素鈉+0.6%十二烷基苯磺酸鈉+0.2%聚丙烯酰胺+0.1%木質(zhì)素磺酸鈉+10%膨潤土+含油污泥。該調(diào)剖體系封堵率達到94%，突破壓力達到7.0 MPa以上，具有良好的封堵效果，同時在油田現(xiàn)場應(yīng)用中也獲得了良好的應(yīng)用效果。

河南油田[20]采用HNBR120型污泥調(diào)剖劑在稠油油田BQ10區(qū)G5615和G5717兩個井組的中心注水井進行調(diào)剖，一次性回注含油污泥1 400 m3，節(jié)約污泥處理費7萬元，對應(yīng)油井已增油302 t，總投入25萬元，總產(chǎn)出65萬元，取得了較好的經(jīng)濟效益。顧燕凌等[21]針對長慶隴東油田悅29區(qū)注水平面矛盾突出的特點，采用60%～75%含油污泥堵劑+15%～25%凝膠堵劑+10%～15%高濃度凝膠堵劑的段塞組合，在悅29區(qū)先后試驗4井次，工藝成功率達到了100%。共有油井14口，見效6口井，見效率42.9%。日產(chǎn)油增加8.12 t，綜合含水下降3.7%，累計增油1 377 t。遼河油田也采用含油污泥懸浮體系與膠束調(diào)剖劑、弱凝膠調(diào)剖劑以及樹脂類調(diào)剖劑進行復(fù)合調(diào)剖，取得了良好的應(yīng)用效果[22-23]。

3.2　含油污泥固化體系

采用含油污泥乳化懸浮體系進行深部調(diào)驅(qū)，雖然可以產(chǎn)生一定的深部封堵效果，但由于其強度偏低，主要靠污泥中顆粒在孔隙中的架橋機理對高滲透層進行封堵，耐沖刷性能差導(dǎo)致了封堵有效期短，所以在含油污泥懸浮體系中另外加入不同類型的固化劑，可以制備含油污泥固化體系，提高含油污泥調(diào)剖劑的封堵強度。

趙金省等[24]采用具有懸浮性能的稀土礦粉作固化劑，通過室內(nèi)試驗，研制了沉降時間達15 h的可固化含油污泥調(diào)剖體系。該體系具有可泵性好、封堵強度高、耐高溫水沖刷等特點，既可以用于注水井的調(diào)剖堵水，也可以用于熱采井的封堵氣竄。李鵬華等[25]采用n(水泥)∶n(粉煤灰)∶n(污泥)∶n(水)=1∶1∶1∶1.5配比，制備了含油污泥固化體系。在油層溫度50 ℃下，稠化時間達到20 h，靜置15 h后，析水量僅為7%，候凝3 d后突破壓力超過7 MPa，封堵率達99%。用200 ℃蒸汽沖刷100 PV后，封堵率仍然保持在99%以上，調(diào)剖效果良好。尚朝輝等[26]采用樹脂型固化劑SD或SG，研制出的含油污泥調(diào)剖劑固化時間在4 h以上，適應(yīng)溫度60～90 ℃，在老河口油田樁106塊館陶組油藏應(yīng)用15井次，對應(yīng)油井見效率達92%，累計增油12 186 t，調(diào)剖劑噸成本降低30%，投入產(chǎn)出比達到1∶4.1。

3.3　凝膠顆粒型含油污泥體系

含油污泥用于調(diào)剖時由于其固體粒徑分布較窄，限制了在不同滲透率油藏中的應(yīng)用，尤其是不能應(yīng)用于較大孔道油藏的深部調(diào)剖。為此，將含油污泥制備成體膨顆粒深部調(diào)剖劑，并根據(jù)需要制成不同大小的粒徑，以滿足不同孔道的油藏調(diào)剖需求[27]。同時，含油污泥體膨顆粒便于儲存和運輸，能一次處理掉大量污泥，大大減少了污泥存放費用，節(jié)約了成本，避免了對環(huán)境造成的二次污染。

中國石油勘探開發(fā)研究院[28]在室內(nèi)采用45 ℃熱水、10% H2SO4、40 mg/L的BCY除油劑，將污泥含油率控制在14%以下，然后加入不飽和單體、引發(fā)劑、交聯(lián)劑、水以及適量的減阻劑和金屬離子掩蔽劑等，進行聚合交聯(lián)反應(yīng)，通過配方優(yōu)化得到了膠塊強度高、膨脹倍數(shù)高、容易造粒的凝膠顆粒型含油污泥調(diào)剖劑。該類型調(diào)剖劑在自來水中和0.5% NaCl水溶液中的膨脹倍數(shù)分別為40倍和15倍，膨脹后強度高，彈性好。

3.4　有機凝膠型含油污泥體系

將含油污泥進行乳化懸浮、添加各種固化劑或者制備成水膨體進行深部調(diào)剖時，這些調(diào)剖體系本質(zhì)上都屬于單一顆粒型堵劑，容易引起非目的層傷害，而且封堵有效期不長。此外，含油污泥水膨體深部調(diào)剖劑制備過程相對復(fù)雜，強度高，只適用于封堵大孔道，而有機凝膠型含油污泥可以較好的解決這些問題[29]。

肖傳敏等[30]以含油污泥為主劑，加入0.1%聚合物和0.1%交聯(lián)劑，研制了適用于80 ℃油藏條件的凝膠型含油污泥深度調(diào)剖劑。室內(nèi)評價結(jié)果表明，該調(diào)剖劑在60 ℃養(yǎng)護90 d后，黏度仍可達15 000 mPa·s，具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和較好的耐溫性、抗剪切性，調(diào)驅(qū)后可使采收率提高16.2%，效果明顯。賴南君等[29]對聚合物交聯(lián)凝膠中摻入含油污泥進行調(diào)剖開展了實驗研究。通過加入石灰粉調(diào)節(jié)pH至中性，將5%含油污泥與0.1%～0.3%疏水締合聚合物AP-P4溶液混合，并加入殺菌劑、穩(wěn)定劑以及交聯(lián)劑(烏洛托品+苯酚+間苯二酚)，在60 ℃下制備了含有污泥的聚合物凝膠，凝膠強度可達723～49 900 mPa·s，得到的凝膠耐熱性較好，成膠后封堵率在95%，水突破壓力大于7.35 MPa。曹毅等[31]通過對表面活性劑、堿、無機鹽等不同類型分散劑以及對CMC(羧甲基纖維素)、NPAM(非離子聚丙烯酰胺)、SNF(一種丙烯酸聚合物)和改性聚丙烯酰胺鉀鹽等進行懸浮篩選實驗后，優(yōu)選出分散劑NaCO3，懸浮劑CMC，研制了凝膠型含油污泥調(diào)剖體系，配方為4.0%含油污泥(有效含量)+1.0% Na2CO3+0.3% CMC+3.0%成膠劑+0.1%引發(fā)劑。該凝膠體系具有延展的韌性以及黏彈性，調(diào)剖后含水率由98%下降至92%，驅(qū)替壓力梯度從0.15 MPa/m增加到5.7 MPa/m，最終采收率提高5.5%。該調(diào)剖劑可以達到較好的調(diào)剖封堵作用。

3.5　含油污泥聚合物溶液體系

各種含油污泥調(diào)剖體系雖然成本相對較低，具有一定的封堵效果，但是配方研制及工藝處理方面都比較復(fù)雜，最簡單的調(diào)剖體系就是將含油污泥顆粒采用聚合物溶液進行攜帶，注入地層深部進行調(diào)剖。

2007年以來，大慶油田[32-34]開展了含油污泥聚合物溶液體系研究，采用脫水脫油后的污泥顆粒作為固相添加劑，利用較高黏度的聚合物水溶液作為懸浮介質(zhì)，研制了含油污泥聚合物溶液調(diào)剖體系。體系中聚合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.08%～0.14%，污泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%～6%。采用污水配液，污水鈣、鎂離子濃度為22 mg/L，總礦化度為7 156 mg/L，調(diào)剖規(guī)模4 200 m3，在北4-8丙水56井注入調(diào)剖劑6 526 m3，處理含油污泥267.2 t，調(diào)剖后注水井吸水剖面得到明顯改善，4口連通油井平均含水下降1.4%，有效期110 d，累計增油1 135.2 t，調(diào)剖效果顯著。

4　結(jié)束語

1)含油污泥調(diào)剖體系具有較好的耐溫、抗鹽、抗剪切性能，可以對高滲透層段進行有效封堵，改善吸水剖面，提高注入水波及體積以及驅(qū)油效率，從而獲得良好的增油降水效果和顯著經(jīng)濟效益。

2)含油污泥調(diào)剖技術(shù)費用低，為含油污泥的無害化處理和資源化利用提供了新的途徑，起到降本增效的作用。

3)由于受到含油污泥本身組成和性質(zhì)的影響，不同地區(qū)以及含油污泥與油田的儲層物性和構(gòu)造情況的匹配關(guān)系，含油污泥調(diào)剖劑的適用范圍受到限制；各油田需要因地制宜，不能生搬硬套。

4)含油污泥用作調(diào)剖劑的配方、施工工藝以及污泥調(diào)剖后對油層的影響及后期處理還有待進一步研究，需要進一步加大污泥調(diào)剖技術(shù)的適應(yīng)性研究，有針對性地應(yīng)用于油田開發(fā)，同時解決好油田污泥的污染問題。

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