遼河油田稠油污油泥調(diào)剖技術(shù)

滕立勇，王 堯，趙永鴻，于福濤，于學(xué)凱

(中國石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

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遼河油田稠油污油泥調(diào)剖技術(shù)

滕立勇，王 堯，趙永鴻，于福濤，于學(xué)凱

(中國石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

遼河油田已進入中后期開采階段，隨著含水率升高，集輸系統(tǒng)中污油泥大量囤積。針對該問題，在分析污油泥組分和粒徑的基礎(chǔ)上，以不同種類污油泥做為調(diào)剖劑的主要原料，添加適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)藥劑和固相顆粒等添加劑，研制出污油泥超細顆粒調(diào)剖劑、污油泥高分子聚合物調(diào)剖劑和污油泥高溫改性封口劑3種污油泥調(diào)剖劑，通過段塞組合，用于稠油蒸汽吞吐井的調(diào)剖封堵。實際應(yīng)用表明，該技術(shù)可有效動用中、低滲透層，節(jié)約調(diào)剖成本，并解決了污油泥處理難題，值得大力推廣應(yīng)用。

污油泥；調(diào)剖；蒸汽吞吐；稠油；曙光油田

0 引 言

遼河油田每年產(chǎn)生污油泥18.8×104t/a以上，其中浮渣約為7.5×104t/a，底泥約為4.8×104t/a。以遼河油田曙光采油廠集輸系統(tǒng)為例，系統(tǒng)日產(chǎn)污油泥約為350 t/d，年產(chǎn)污油泥約為12.0×104t/a，由于歷史原因，污水廠囤積污油泥約為5.0×104t，產(chǎn)量相當(dāng)于一個中等規(guī)模油田的污油泥產(chǎn)量，儲存能力已達極限。污油泥中含有苯類、酚類、蒽類等物質(zhì)，同時伴隨惡臭氣味，若直接與土壤、水體和植被接觸會造成較大污染，同時導(dǎo)致資源浪費[1-6]。因此，無論是從環(huán)境保護還是從回收能源的角度考慮，都急需研究一種行之有效的處理技術(shù)對污油泥進行無害化處理[7-15]。

1 稠油污油泥調(diào)剖技術(shù)機理

稠油污油泥調(diào)剖技術(shù)是一項對油田污水系統(tǒng)中所產(chǎn)生的污油泥進行資源化利用的技術(shù)。污油泥源于油藏，耐高溫耐剪切，與地層有良好的配伍性，加入不同用量的懸浮劑、分散劑和增黏劑后，可以制備成不同性能的調(diào)剖劑乳狀液，用于稠油熱采井調(diào)剖。該技術(shù)的封堵機理主要是物理堵塞作用。當(dāng)污油泥調(diào)剖劑通過地層孔隙介質(zhì)時，受到地層巖石的吸附作用，調(diào)剖劑中的乳化懸浮體系發(fā)生分解，其中泥質(zhì)和油會分離出來，吸附地層中的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)，并聚集形成較大粒徑的團粒結(jié)構(gòu)，沉降在大孔道中，使大孔道孔徑變小，從而達到封堵高滲透層帶的目的，使注入蒸汽轉(zhuǎn)向中、低滲透層，改善油層吸汽剖面和油藏動用狀況[16-18]。

2 污油泥特性評價

污油泥成分較為復(fù)雜，可以大致分為水、乳化油或吸附油、固體異物、無機鹽等，性質(zhì)各不相同，因此，在室內(nèi)需要進行污油泥特性研究，考查其作為調(diào)剖劑的可行性。

2.1 污油泥基本組分含量分析

取一定量的遼河油田曙光采油廠污水處理系統(tǒng)中3種污油泥(浮選機浮渣、沉降罐底泥、污水廠活性污泥)，用蒸餾法測其含水量，并用石油醚和丙酮的混合溶劑反復(fù)洗滌，直至殘余物不含油為止，最后測定泥質(zhì)含量，考察其作為顆粒調(diào)剖劑的可行性，實驗結(jié)果見表1。

表1 污油泥組分分析

由表1可知，3種污油泥中泥質(zhì)組分含量為13.10%～25.08%，浮選機浮渣中泥質(zhì)含量最高，污水廠活性污泥中泥質(zhì)含量最低。常規(guī)顆粒調(diào)剖劑中固相含量通常為10.0%～30.0%，3種污油泥中的固相含量符合應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，因此，污油泥具有制作成顆粒調(diào)剖劑的可能性；同時污油泥中含水量較高，均超過50.00%，易泵送至目的油層；污水廠活性污泥中泥質(zhì)含量較低，需要在體系中添加一定量固相堵劑，增加其封堵強度[19]。

2.2 污油泥分散懸浮性分析

為將污油泥輸送至注入目的層即高滲透層，必須要求污油泥調(diào)剖劑具有一定的懸浮性能。將樣品按不同比例用清水稀釋后，觀察其分散性和懸浮穩(wěn)定性。實驗結(jié)果表明：污水廠活性污泥的穩(wěn)定性能最好，稀釋后基本不分層，可單獨作為調(diào)剖劑使用；沉降罐底泥和浮選機浮渣由于泥質(zhì)成分含量較高，在摻水比例較高時，會出現(xiàn)分層現(xiàn)象，需要加入一定量的稠化劑，提高懸砂性能，降低沉降速度，提高穩(wěn)定性，以滿足現(xiàn)場施工要求[20]。

2.3 污油泥流動性分析

當(dāng)流體黏度不大于600 mPa·s時，能保證正常的流動以及管輸。因此，將樣品按不同比例摻清水稀釋后，測定混合液不同含水率時的黏度，考察其泵送能力(表2)。

表2 污油泥流動性

由表2可知，當(dāng)3種污油泥含水率達到75%以上時，污油泥黏度均小于600 mPa·s，具有較好的流動性，能夠順利泵入地層。但如果含水率過高，會造成污油泥的固體含量和黏度下降，影響其封堵能力。因此，在現(xiàn)場使用時，須將污油泥的含水率控制在75%～80%。

3 污油泥調(diào)剖劑系列配方研制

特性分析實驗顯示，污油泥具備制作成調(diào)剖劑的可能性，但由于污油泥中有一定含量的油質(zhì)成分，耐蒸汽沖刷性較差，應(yīng)用到稠油熱采井上，難以長期滯留在地層中，為避免回注地層的污油泥又隨采出液回到地面，再次成為污油泥，需針對不同的污油泥添加不同的改性化學(xué)藥劑和添加劑，研制不同體系配方，提高其封堵性能。

3.1 污油泥調(diào)剖劑基本配方

(1) 污油泥高分子聚合物調(diào)剖劑。配方主要成分為沉降罐底泥，加入少量的聚丙烯酰胺和絮凝劑。由于沉降罐底泥中的泥質(zhì)成分相對較高，因此，該調(diào)剖劑的調(diào)剖強度相對較大。污油泥高分子聚合物調(diào)剖劑黏度為80～500 mPa·s，成膠時間為12～24 h。

(2) 污油泥超細顆粒調(diào)剖劑。該調(diào)剖劑以污水廠活性污泥為基本原料，活性污泥固體含量較低，流動性能好，因此，在體系中加入了200目以上的超細固相顆粒和適量的懸浮劑、分散劑，將其調(diào)配成顆粒型調(diào)剖劑，注入地層后產(chǎn)生架橋作用，對地層中的小孔道進行封堵。該調(diào)剖劑顆粒懸浮性能大于6 h，封堵率為50%～90%。

(3) 污油泥高溫改性封口劑。該調(diào)剖劑由浮選機浮渣、稀土固化劑、懸浮劑等按適當(dāng)比例復(fù)配而成。通過控制反應(yīng)溫度和稀土固化劑的用量，調(diào)節(jié)成膠速度和成膠強度。該調(diào)剖劑在成膠前黏度低，利于泵注；在地層中成膠后，強度高，耐溫性好，能夠滿足注蒸汽條件下的耐熱、耐沖刷的要求，并長期有效。污油泥高溫改性封口劑成膠溫度為40～95 ℃，成膠時間為8～72 h。

3.2 污油泥調(diào)剖劑封堵性能

污油泥調(diào)剖劑應(yīng)用在稠油熱采井上，需要有很高的耐溫性能。采用單填砂管模型，考察了污油泥調(diào)剖劑高溫(300 ℃)下的封堵能力(表3)。

表3 污油泥調(diào)剖劑封堵率實驗數(shù)據(jù)

由表3可知，3種污油泥調(diào)剖劑都具有一定的封堵能力，可不同程度地滿足儲層封堵需要。其中，污油泥高溫改性封口劑封堵效果、封堵強度最好，封堵率可達95%以上。

3.3 污油泥調(diào)剖劑組合工藝

針對遼河油田不同稠油區(qū)塊的開發(fā)矛盾，優(yōu)選段塞組合注入方式(表4)。第1段塞采用強度較大的污油泥高分子聚合物調(diào)剖劑對油層進行“建墻”處理，建立起封堵強度；第2段塞采用流動性較好的污油泥超細顆粒調(diào)剖劑對油層進行“填縫處理”，填充高滲透層中遠端細小的地層孔喉；第3段塞使用污油泥高溫封口劑進行封口，在調(diào)剖劑體系固化后形成耐高溫蒸汽沖刷的保護段塞。

表4 污油泥調(diào)剖劑施工工藝優(yōu)選

4 現(xiàn)場應(yīng)用

4.1 工藝流程

由于污油泥成分復(fù)雜，且配制要求高，一般常規(guī)注入設(shè)備難以滿足注入要求，常出現(xiàn)卡泵、磨損、漏漿或注不進等問題。為保證污油泥調(diào)剖施工的連續(xù)性，從污油泥的傳送、過濾、配制、攪拌、外輸、檢測等各個環(huán)節(jié)進行全面設(shè)計優(yōu)化，研制了污油泥調(diào)剖專用注入設(shè)備，流程見圖1。

圖1 污油泥調(diào)剖劑配制注入工藝流程

主要工作流程：首先利用傳送裝置將污油泥傳送至配液罐，在配液罐中將乳化劑、懸浮劑、稀釋劑等化學(xué)藥劑與污油泥攪拌搖勻，制成調(diào)剖劑。再利用轉(zhuǎn)輸泵，將配制好的調(diào)剖劑輸入儲液罐進行熟化和檢測。在調(diào)剖劑的密度、黏度達到設(shè)計要求后，由變頻注入泵將污油泥調(diào)剖劑注入井內(nèi)。注入過程中要嚴(yán)格控制壓力，盡量保持在低壓力下注入。根據(jù)實際情況適時調(diào)整注入速度、調(diào)剖劑密度和黏度。為保證調(diào)剖劑的正常配制注入，選擇排量大、可控、耐磨的注入泵，有加熱功能的儲液罐，同時為防止污油泥中雜物堵塞，還需在配液罐中設(shè)置多級過濾器。

4.2 應(yīng)用實例

在理論研究的基礎(chǔ)上，選取遼河油田杜813興隆臺、杜84興隆臺、杜210等不同稠油區(qū)塊進行污油泥調(diào)剖試驗。3個區(qū)塊稠油油藏儲層物性好，高孔、高滲，平均滲透率為2.37 μm2，有效孔隙度為32.6%。同時縱向上非均質(zhì)性嚴(yán)重，易形成注入蒸汽的單層突進，最大滲透率級差達到203，適合實施污油泥調(diào)剖措施。2015年至今共進行26井次的試驗。與措施前周期對比，26口措施井注汽壓力平均提高2.1 MPa，階段周期增油2 583 t，取得了較好的措施效果。

26口調(diào)剖井共使用污油泥原料8.19×104t，按遼河油田污油泥原處理費用為600 元/t計算，節(jié)約處理費用4 914×104元。同時措施井增油2 583 t，稠油價格按850元/t計算，直接取得經(jīng)濟效益為219×104元，合計取得經(jīng)濟效益為5 133×104元。措施投入包括2臺污油泥注入泵購置費用為100×104元，添加劑費用為260×104元，施工費用為52×104元等成本，措施投入共計412×104元。投入產(chǎn)出比達1.0∶12.4。

措施井杜813-48-K57井于2015年3月7日進行第10周期蒸汽吞吐，注汽壓力為12.94 MPa，周期生產(chǎn)時間為45 d，周期產(chǎn)油僅為9 t。2015年6月10日實施污油泥調(diào)剖技術(shù)，累計注入污油泥956 t，措施后該井注汽壓力為14.4 MPa，較措施前提高了1.5 MPa，說明該井的中、低滲透層得到了一定程度的動用。措施后該井周期生產(chǎn)117 d，周期產(chǎn)油為476 t，與第9、10周期對比，分別增油151、467 t，措施效果明顯。

5 結(jié) 論

(1) 在室內(nèi)實驗的基礎(chǔ)上，研究了強度不同的3種污油泥調(diào)剖劑，通過不同段塞的配方組合，對高滲大孔道的封堵率可達到90%以上。

(2) 污油泥作為調(diào)剖劑，其耐鹽、耐溫、耐沖刷性能優(yōu)異，能夠適應(yīng)遼河油田稠油油藏調(diào)剖工作的需要。具有成本低、封堵效果好等優(yōu)點，可擴展應(yīng)用于火驅(qū)、SAGD、蒸汽驅(qū)開發(fā)等領(lǐng)域。

(3) 實際應(yīng)用表明，污油泥調(diào)剖劑用于稠油油藏在技術(shù)上是可行的，且施工成本較低，經(jīng)濟效益明顯，為油田污油泥的處理提供了一項切實可行的新技術(shù)，同時解決了污油泥外排所造成的環(huán)境污染問題。

(4) 稠油污油泥調(diào)剖技術(shù)目前仍缺少科學(xué)的工程設(shè)計方法，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質(zhì)模型，為稠油油藏在不同熱采階段污油泥調(diào)剖劑選擇及注入?yún)?shù)設(shè)計提供理論支持。

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編輯 孟凡勤

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.05.033

20160503；改回日期：20160707

國家科技重大專項“污油泥調(diào)剖技術(shù)研究與應(yīng)用”(2016JG-11)

滕立勇(1973-)，男，高級工程師，1995年畢業(yè)于西南石油學(xué)院油藏工程專業(yè)，現(xiàn)從事油田采油工藝的研究與管理工作。

TE357.4

A

1006-6535(2016)05-0134-04