渤海B油田回注污水中乳化油對低滲儲層堵塞實驗研究

張運來，胡 勇，繆飛飛，張吉磊，蘇進昌

(中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津塘沽 300452)

渤海B油田回注污水中乳化油對低滲儲層堵塞實驗研究

張運來，胡 勇，繆飛飛，張吉磊，蘇進昌

(中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津塘沽 300452)

為確定海上低滲油田含油污水回注對低滲儲層的影響，利用室內(nèi)實驗方法，取不同滲透率的人工巖心各兩塊分為兩組，每組分別用乳化油含量為30 mg/L、50 mg/L的模擬乳化油進行驅(qū)替，再對巖心進行反驅(qū)、正驅(qū)和刷端面正驅(qū)，研究乳化油含量對儲層的堵塞傷害規(guī)律。分析結(jié)果表明：乳化油濃度越大，對巖心的傷害越嚴重；對于同一濃度和粒徑的乳化油，滲透率越大，巖心傷害率越高；通過反驅(qū)、正驅(qū)和刷端面正驅(qū)后，滲透率有所回升。

∶渤海B油田；污水回注；乳化油；低滲儲層；儲層傷害

渤海B油田是海上典型的低孔低滲油田，原油采出液中含有大量混入乳化油珠和固相顆粒的含油污水，含油污水處理后回注地層時，污水處理若不達標，污水中的乳化油小顆粒會堵塞地層滲濾面，甚至侵入孔壁、喉道，依附在孔壁、喉道內(nèi)，產(chǎn)生賈敏效應(yīng)和水鎖效應(yīng)[1-2]，影響油田開發(fā)效果。因此，研究回注污水中的乳化油對低滲透儲層的堵塞規(guī)律很有必要。進行含油量實驗時，乳化后的油滴尺寸應(yīng)與油田現(xiàn)場注水中的含油相匹配。實驗前用高倍光學(xué)顯微鏡對油田污水中的油滴尺寸大小進行統(tǒng)計分析，當(dāng)某粒徑的油珠含量達到90%以上時，可認為這一粒徑是油珠粒徑[3]。

1 實驗材料與方法

1.1 試劑與儀器

主要儀器：Mastersizer2000激光粒度儀；高壓驅(qū)潛泵100DX；巖心夾持器，江蘇海安石油儀器廠生產(chǎn)；圍壓泵等；高壓中間容器；真空泵，2XZ-1 型；變頻高速攪拌機（兩軸）GJS-B12；TU-1901紫外分光光度計；奧林巴斯高倍光學(xué)顯微鏡DSX-500。

主要試劑：航空煤油（工業(yè)品）；十二烷基硫酸鈉（分析純）；石油醚（分析純）。

1.2 實驗方法

對巖樣進行壓汞實驗，分析巖樣的孔喉大小分布。按不同添加順序?qū)⒚河汀⑷榛瘎┖驼麴s水用變頻高速攪拌機進行高速攪拌，模擬乳化油的配制。參照《SY/T5329-2012 碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標及分析方法》進行含油量的測定，用激光粒度儀進行粒徑分布的測定。通過巖心流動實驗來測定、分析乳化油對巖心的傷害，用巖心傷害率評價乳化油溶液對巖心的堵塞程度，用滲透率恢復(fù)率評價巖心通過反驅(qū)或正驅(qū)或刷端面正驅(qū)滲透率的恢復(fù)情況。

巖心傷害率和巖心滲透率恢復(fù)的計算公式如下：

式中：aI為巖心傷害率，%；0K為用蒸餾水測定的初始滲透率，10-3μm2；aK 為不同注入倍數(shù)時測定的巖樣滲透率，10-3μm2。

2 結(jié)果與討論

2.1 儲層孔喉分析

通過巖樣壓汞實驗，得出渤海B油田主力油層儲層孔喉的大小分布。由表1可知，渤海B油田主力油層儲層的平均喉道半徑細小，在2.0 μm以下。

為進一步分析儲層滲透率K、孔隙度φ與喉道半徑R三者間的關(guān)系，按公式（3）分別計算出了不同滲透率K和孔隙度φ下的喉道半徑R。

表1 渤海B油田主力油層物性孔喉結(jié)構(gòu)特征

式中：Rd為巖石喉道半徑，μm；τ為流體通過巖石喉道實際走過的長度與巖石外表長度之比，τ= 1.2；φ為孔隙度，%；K為滲透率，10-3μm2。

由理論計算結(jié)果表2可知，在研究區(qū)塊主力油層的孔隙度和滲透率范圍內(nèi)，計算出的儲層平均喉道半徑與實際測定值接近，一般在2.0 μm以下。

表2 不同孔隙度和滲透率下的喉道半徑 μm

2.2 粒徑分布及含油量測定

用高速攪拌器將乳化液在3 900 r/min轉(zhuǎn)速下攪拌25 min后，油完全乳化；選定將煤油和乳化劑（十二烷基硫酸鈉）在3 900 r/min轉(zhuǎn)速下攪拌25 min，配制成200 mg/L的乳化油溶液；稀釋到需要的濃度，測定粒度分布及含油量。其粒徑分布如圖1，乳化油溶液的粒徑中值為2.45 μm。

圖1 中值粒徑為2.45 μm的乳化油粒徑分布曲線

配制三組理論值均為 200 mg/L的乳化油溶液，各取100 mL，在270 nm吸光度值下測定實際含油量，實測值為110 mg/L、114 mg/L、100 mg/L?？梢钥闯?，真實含油量遠低于理論配制的濃度，這是由于配制過程中有少量油損失（用攪拌混合器配制時粘在攪拌器壁上），或者是萃取不完全等。

2.3 堵塞規(guī)律研究

2.3.1 乳化油對巖心的堵塞規(guī)律

取滲透率為（5、10、25、50）×10-3μm2的人工巖心各兩塊分為兩組，每組分別用乳化油含量為30 mg/L、50 mg/L的模擬污水驅(qū)潛，然后進行反驅(qū)、正驅(qū)和刷端面正驅(qū)。所有巖心驅(qū)替實驗結(jié)果相近，圖2是25×10-3μm2的巖心在乳化油含量為30 mg/L下的實驗結(jié)果。

圖2 乳化油累計注入倍數(shù)與巖心滲透率、傷害率的關(guān)系

由圖2可知，巖心傷害率在注入乳化油的開始階段增長較快，到20~30 PV后，傷害率增加減緩；驅(qū)潛開始階段，巖心流動壓力較小，乳化油進入巖石孔隙中堵塞孔喉，并在注入層形成濾餅，使巖心在雙重作用下傷害率驟增；20 PV以后，壓力升高使巖心中的乳化油滴變形而從孔隙中流出來[4-5]，形成對巖心的解堵、孔喉堵塞、濾餅形成、速率降低等，

使傷害率上升緩慢。

反驅(qū)時，巖心傷害率明顯下降，滲透率明顯上升。反驅(qū)時會將巖心中堵塞的乳化液油滴反驅(qū)出來，相當(dāng)于對巖心進行了解堵，使巖心滲透率驟然上升，傷害率驟然下降。一段時間后，形成對巖心的反向堵塞，使傷害率上升，滲透率下降。

反驅(qū)后再正驅(qū)，巖心滲透率持續(xù)下降、巖心傷害率持續(xù)上升，這是由于乳化液油滴繼續(xù)堵塞孔隙喉道。

最后刷端面的正驅(qū)，巖心滲透率驟然上升，巖心傷害率驟然下降，表明在端面上乳化油滴堵塞端面形成濾餅后，乳化液持續(xù)對巖心進行堵塞。

2.3.2 不同含油量對同一級別巖心的傷害

圖 3 是滲透率 50×10-3μm2的巖心在 30 mg/L 和50 mg/L乳化油注入下傷害率的對比。由圖3可知，當(dāng)巖心滲透率相近時，隨著乳化油注入量的增加，含油量高的巖心傷害比含油量低的巖心傷害大。這是因為懸浮物中含油量越大，侵入巖心內(nèi)部和堆積在巖心污染端面的油滴數(shù)量越多[6]，越容易形成內(nèi)部濾餅和外部濾餅；含油量越大，形成的濾餅厚度越大，濾餅滲透率越小，對巖心的傷害程度越嚴重[7]。

2.3.3 相同含油量對不同滲透率巖心的傷害

圖4是不同滲透率的巖心在30 mg/L乳化油下傷害率的對比，圖5是其對應(yīng)的注入壓力比較。

圖3 不同乳化油含量下巖心傷害率與注入量關(guān)系

圖4 不同滲透率下巖心傷害率與注入量關(guān)系

圖5 不同滲透率巖心注入量與注入壓力關(guān)系

由圖4和圖5可知，隨著模擬乳化油注入量的增加，巖心傷害程度增加；在乳化油溶液含油量（30 mg/L）相同的情況下，巖心滲透率越大，傷害率越高。主要基于以下兩點：

（1）巖心滲透率低于50×10-3μm2時，在注入壓力不大的情況下，注入的乳化油滴粒徑（2.45 μ m）大于巖心平均孔喉半徑（1.26~3.63 μm），巖心滲透率越大，其平均孔喉半徑與油滴粒徑大小越接近，懸浮物中部分小油滴越容易進入巖心孔隙，形成內(nèi)部堵塞，對于滲透率小的巖心，油滴只在巖心端面堵塞，出現(xiàn)滲透率越大、傷害越嚴重的情況；

（2）乳化油滴是可變形粒子，在某一壓力下油滴可能無法通過孔隙喉道；當(dāng)流動壓力增加時，油滴借助自己良好的變形特點通過喉道；當(dāng)注入壓力增大到一定程度，溶液中部分油滴會在壓力作用下變形，然后通過孔隙喉道[4]；壓力越大，乳化油滴越容易通過巖心，對巖心滲透率的傷害就輕。圖5中，同一注入量情況下，巖心滲透率越小，乳化油注入壓力越大，乳化油滴越容易通過孔隙喉道，對巖心的傷害越小。

3 結(jié)論

（1）回注污水中含油量越高，對巖心滲透率的傷害程度越高。

（2）對于同一濃度和粒徑的乳化油，巖心滲透率越大，其傷害率越高。

（3）乳化油濃度越大，對巖心傷害越嚴重。

（4）巖心傷害率在注入乳化油的開始階段都增長的非?？?，到20 PV以后，傷害曲線漸趨平緩，傷害率增加減緩。隨著注入PV的增加，巖心滲透率一直在下降，巖心傷害率一直在增加，直到注入水超過100 PV后，逐漸穩(wěn)定；經(jīng)過反驅(qū)、正驅(qū)和刷端面正驅(qū)之后，滲透率有所回升。

[1] 李海濤，王永清，譚燦，等. 砂巖儲層清水和污水混注對儲層損害的實驗評價[J]. 石油學(xué)報，2007，28（2）：137–139.

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[3] 王永清，李海濤. 注入水中乳化油滴對儲層傷害的實驗研究[J]. 西南石油學(xué)院學(xué)報，2003，25（1）：43–46.

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[7] 高建崇，劉義剛. 渤海錦州 9-3 油田注水水質(zhì)指標優(yōu)化研究[J]. 石油鉆采工藝，2012，34（增刊）：104–106.

[8] 曹懷山，姜紅，譚云賢. 勝利油田回注污水處理技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 油田化學(xué)，2009，26（2）：218–226.

TE357

A

1673–8217（2017）06–0116–03

2017–05–17

張運來，工程師，碩士，1982年生，2009年畢

業(yè)于大慶石油學(xué)院，現(xiàn)主要從事海上油氣田開發(fā)方面工作。

編輯∶張 凡