回注污水水質(zhì)對(duì)油藏儲(chǔ)層滲透率影響規(guī)律

馮春 孫靈輝 蕭漢敏 王春麗 劉衛(wèi)東 從蘇男 楊晶

摘 ?????要：研究回注污水水質(zhì)對(duì)油藏儲(chǔ)層滲透率影響規(guī)律對(duì)油田提高注水效果具有重要意義。針對(duì)大慶杏南油田7種不同滲透率的油藏天然巖心，設(shè)計(jì)了6種不同水質(zhì)的污水（不同濃度及粒徑的懸浮固體濃度、不同含油量）室內(nèi)巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)，揭示了污水水質(zhì)對(duì)油藏儲(chǔ)層滲透率的影響規(guī)律。結(jié)果表明：污水中懸浮物對(duì)儲(chǔ)層的堵塞類(lèi)型為貫穿性堵塞、過(guò)渡性堵塞和淺部堵塞三種形式，其中貫穿性堵塞起主要作用;堵塞形式主要受水中懸浮物粒徑控制;建立了6種回注污水對(duì)不同滲透率儲(chǔ)層的影響圖版，為油田現(xiàn)場(chǎng)提供了技術(shù)指導(dǎo);針對(duì)大慶杏南油田，建議3×10-3、7×10-3、20×10-3、50×10-3 μm2儲(chǔ)層注入回注污水界限為5.3.1水（懸浮固體濃度5 mg/L、粒徑3 μm、含油量1 mg/L），110×10-3、180×10-3 μm2儲(chǔ)層注入回注污水界限為5.5.2水，250×10-3 μm2儲(chǔ)層適合注入回注污水界限為8.5.2。

關(guān) ?鍵 ?詞：回注污水;堵塞形式;影響圖版;界限

中圖分類(lèi)號(hào)：R 123.3 ??????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ??????文章編號(hào)： 1671-0460（2019）04-0762-06

Abstract： It is of great significance to study the effect of reinjected sewage quality on the permeability of reservoir to improve the water injection effect. In this paper， through the injection of six kinds of different wastewater， the flow experiments were carried out on 7 natural cores with different permeability from Daqing Xingnan oilfield， and the effect of reinjected sewage quality on the permeability of reservoir was investigated. The results showed that the blockage types of the cores by suspended substance in six kinds of reinjected sewage included three forms： penetrating blockage， transitional blockage and small shallow blockage， and the penetrating blockage was main role. The clogging form was mainly controlled by the concentration of suspended solids in water.The affecting chart of six kinds of reinjected wastewater on the permeability of different reservoir was established; For Xingnan oilfield in Daqing， it's recommended that the injecting boundary for the reservoirs of 3×10-3， 7×10-3， 20×10-3， 50×10-3 μm2 is the sewage whose suspended solid concentration， particle size and oil content are 5 mg/L，3 μm and 1 mg/L; The injecting boundary for the reservoirs of 110×10-3 and 180×10-3 μm2 is the sewage whose suspended solid concentration， particle size and oil content are 5 mg/L，5 μm and 2 mg/L ; The injecting boundary for the reservoir of 250×10-3 μm2 is the sewage whose suspended solid concentration， particle size and oil content are 8 mg/L，5 μm and 2 mg/L.

Key words： Reinjected sewage; Blocking forms; Affecting chart; Boundary

污水回注是油田保持油層能量，保持穩(wěn)產(chǎn)的重要措施之一。目前國(guó)內(nèi)近87%的油田采用注水開(kāi)發(fā)方式驅(qū)油[1，2]，國(guó)內(nèi)陸上多數(shù)油田注水開(kāi)發(fā)已經(jīng)進(jìn)入中高含水期，由此產(chǎn)出的大量污水外排會(huì)對(duì)環(huán)境造成巨大污染。將污水回注地層既可以補(bǔ)充地層能量、縮減成本，又有利于資源的重復(fù)利用[3]。但未處理達(dá)標(biāo)的污水直接回注到地層中，會(huì)導(dǎo)致油藏儲(chǔ)層注水壓力升高、吸水能力降低等[4-6]，研究污水回注對(duì)儲(chǔ)層傷害規(guī)律對(duì)解決“注水難、采油難”有著重大意義[7-10]。

大慶油田注入水主要來(lái)源于油田采出水。采出水中含油懸浮固體、含油量外，還有微生物等其他雜質(zhì)，也會(huì)降低儲(chǔ)層有效滲透率。在油田注水開(kāi)發(fā)中，相比而言，采出水中懸浮顆粒、含油量對(duì)儲(chǔ)層滲透率的影響更大。因此，研究注入水中懸浮物固體和含油量對(duì)儲(chǔ)層滲透率的影響對(duì)于注水開(kāi)發(fā)油田十分重要[11，12]。

大慶杏南油田位于松遼盆地中央坳陷區(qū)大慶長(zhǎng)垣杏樹(shù)崗背斜構(gòu)造南部[13]。各區(qū)塊間滲透率級(jí)差相差較大，層內(nèi)非均質(zhì)性較強(qiáng)，水平和縱向上吸水能力相差較大[14]。目前大慶第五采油廠注入水水質(zhì)種類(lèi)較多，不同水質(zhì)注入不同地層的條件各異，造成注入水的輸運(yùn)管網(wǎng)復(fù)雜，另外不合格的污水直接回注地層，對(duì)地層的傷害程度巨大。

本文對(duì)大慶杏南油田7種滲透率的（3、5、20、50、110、180、240）×10-3μm2區(qū)塊，設(shè)計(jì)了6種污水水質(zhì)的室內(nèi)天然巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)。系統(tǒng)分析了水質(zhì)對(duì)不同滲透率的油藏儲(chǔ)層的堵塞規(guī)律，從而建立滲透率影響圖版，最終確定了大慶杏南油田對(duì)不同儲(chǔ)層的回注污水界限，為改善杏南油田注水效果提供了一定的理論依據(jù)。

1 ?實(shí)驗(yàn)部分

1.1 ?實(shí)驗(yàn)材料

在杏11-2-檢P3532和杏71-1井中選取了7塊巖心進(jìn)行6種不同水質(zhì)的室內(nèi)流動(dòng)實(shí)驗(yàn)以及解堵實(shí)驗(yàn)，巖心有效滲透率K在2.3～234.8×10-3μm2，應(yīng)用稱(chēng)重法測(cè)定孔隙度Φ在17.4%～28.8%之間，各項(xiàng)詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)表1。

實(shí)驗(yàn)所用的流體為礦化度為6 778 mg/L的模擬地層水（NaCl：3 977 mg/L，CaCl2：28 mg/L，MgCl2·6H2O：46 mg/L，Na2SO4：93 mg/L，NaHCO3：

2 634 mg/L）以及5.1.1、5.3.1、5.5.2、8.3.2、8.5.2、10.10.3 6種污水。

污水中懸浮物濃度、粒徑測(cè)量過(guò)程如下：

（1）懸浮物濃度測(cè)量：①將脫脂棉放入分液漏斗底端，放入適量石英砂，輕微振蕩，使石英砂分布均勻，向分液漏斗中分別注入六種水質(zhì)污水，進(jìn)行一次過(guò)濾;②重復(fù)步驟（1），進(jìn)行二次過(guò)濾;③取0.45 μm濾膜若干，放入500 mL蒸餾水中浸泡10 min，再換水浸泡10 min，然后在90 ℃烘箱中烘30 min，再放入干燥器中靜置30 min，直至濾膜恒重（二次稱(chēng)量差小于0.2 mg）;（4）用100 mL量筒量取約50 mL待測(cè)污水;（5）用JBFT-03懸浮固體測(cè)定儀抽濾污水，用酒精沖洗一遍抽濾瓶壁，再用蒸餾水沖洗一遍;（6）抽濾完，濾膜放入烘箱中0.5 h，再放入干燥器0.5 h;（7）利用下列公式計(jì)算：懸浮物濃度=（濾后濾膜質(zhì)量-濾前濾膜質(zhì)量）×106/污水體積。

（2）含油量測(cè)量： ①量取污水約100 mL，倒入分液漏斗中;②稱(chēng)取約50 mL汽油，先倒入分液漏斗25 mL，再加入3～5 mL鹽酸，將分液漏斗橫置，以“8”字形振蕩，振蕩過(guò)程中不斷從分液漏斗下端排出多余氣體，直至無(wú)氣體排出停止振蕩;③將步驟②中分液漏斗中液體靜置10 min，等液體分層后，從分液漏斗下端排出下層濁液，置于燒杯中，上層液體為汽油和油滴的混合液。將上層液體繼續(xù)以“8”字形振蕩，并不斷排出氣體，直至無(wú)氣體排出，將剩余液體靜置，排出下層的水，將上層液體置于試管中;④將步驟③中燒杯中液體再次倒入分液漏斗中，加入剩余的25 mL汽油，3～5 min鹽酸，重復(fù)步驟②和③的操作，將汽油和油滴混合液振蕩數(shù)次，排出下端黑色物質(zhì)和氣泡物質(zhì)，直至分液漏斗上層為清液為止，靜置10～20 min;⑤若試管中液體體積不足50 mL，加入汽油補(bǔ)足50 mL，靜置1～2 min;⑥取3～5 mL汽油（作為空白樣）和3～5 mL萃取后的溶有油滴的汽油分別置于可見(jiàn)分光光度計(jì)中的1號(hào)比色皿和2號(hào)比色皿;⑦分光光度計(jì)開(kāi)機(jī)后，首先將射光孔對(duì)準(zhǔn)1號(hào)比色皿，校零（100%），黑板校零（0%）;⑧將射光孔對(duì)準(zhǔn)2號(hào)比色皿，等消光值示數(shù)穩(wěn)定后，讀取消光值A(chǔ);⑨用下列公式計(jì)算：含油量=（消光值A(chǔ)×50 mL汽油）/（100 mL污水×0.000 6）。

（3）懸浮物粒徑測(cè)量：利用Winner2000ZD激光粒度儀測(cè)定污水中懸浮物粒徑。

1.2 ?實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置由常規(guī)室內(nèi)驅(qū)替實(shí)驗(yàn)裝置組成，其中包括動(dòng)力系統(tǒng)、驅(qū)替系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，如圖1。其中動(dòng)力系統(tǒng)為100DX型雙計(jì)量泵（精度為1%、TELEDYNE美國(guó)ISCO公司）;驅(qū)替系統(tǒng)包括不銹鋼巖心夾持器（耐壓0～70 MPa，海岸發(fā)達(dá)石油儀器科技優(yōu)先公司）和活塞容器ZR-3（耐壓0～70 MPa、容量100 mL、海岸發(fā)達(dá)石油儀器科技優(yōu)先公司）;數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由精密壓力表（北京布萊迪儀器有限公司）和微量試管組成。

1.3 ?實(shí)驗(yàn)方法

（1）將天然巖心在80 ℃的烘箱中烘48 h，稱(chēng)干重，測(cè)定長(zhǎng)度及直徑，抽真空12 h后，用已配好的模擬地層水進(jìn)行飽和12 h，稱(chēng)濕重，計(jì)算孔隙度;

（2）將實(shí)驗(yàn)裝置按照?qǐng)D1組裝起來(lái)，將5.1.1（懸浮固體濃度5 mg/L、粒徑1 μm;含油量1 mg/L）水注入活塞容器中并初步進(jìn)行排空操作，將巖心裝入巖心夾持器中。

（3）根據(jù)大慶油田杏南地區(qū)地層壓力以及注水速度參數(shù)，通過(guò)對(duì)比分析后，將實(shí)驗(yàn)圍壓設(shè)為10 MPa，驅(qū)替速度0.2 mL/min。由于溫度不作為自變量，因此實(shí)驗(yàn)在常溫下進(jìn)行。

（4）待出口有液體流出時(shí)，每隔30 min記錄壓力以及出液量，直至壓力平穩(wěn)為止。計(jì)算水測(cè)滲透率。

（5）待壓力穩(wěn)定后，停止記錄，將巖心取出反向放入巖心夾持器中，用6 778 mg/L模擬地層水進(jìn)行反向沖刷，并記錄壓力以及出口流量，待壓力穩(wěn)定后，停止記錄。

（6）依次按照5.3.1、5.5.2、8.3.2、8.5.2、10.10.3更換其余水質(zhì)，重復(fù)（4）（5）（6）步驟。

（7）根據(jù)所得數(shù)據(jù)計(jì)算各個(gè)狀態(tài)下巖心滲透率，為了評(píng)價(jià)6種水質(zhì)對(duì)不同儲(chǔ)層的傷害程度，計(jì)算滲透率損失率α和滲透率恢復(fù)率β，其公式如下：

2 ?實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 ?注入水與儲(chǔ)層喉道匹配研究

巖石顆粒間的較小縫隙稱(chēng)為喉道，而由顆粒包圍的相對(duì)較大的區(qū)域稱(chēng)為孔隙。流體在巖石中的滲流過(guò)程必然會(huì)穿越孔隙和喉道，因此研究孔喉的大小、分布、連通關(guān)系以及不同水質(zhì)與儲(chǔ)層孔喉匹配關(guān)系是詮釋污水水質(zhì)對(duì)油藏儲(chǔ)層滲透率影響規(guī)律的關(guān)鍵。

恒速壓汞實(shí)驗(yàn)選取7塊巖心，其結(jié)果分別用于回注污水水質(zhì)對(duì)不同油藏儲(chǔ)層滲透率影響規(guī)律研究實(shí)驗(yàn)組42組孔隙結(jié)構(gòu)，巖心基礎(chǔ)參數(shù)見(jiàn)表2。

圖2為不同滲透率的巖心喉道和孔道分布，從圖中可以看出，其孔道半徑分布比較接近，峰值分布大體在100～300μm之間;而巖樣對(duì)應(yīng)的喉道分布相差很大，滲透率3×10-3和7×10-3?m2左右的巖心，其喉道分布集中，喉道半徑主要分布在0.1～3.1μm;滲透率在20×10-3?m2左右的巖樣，其喉道分布跨度較大，喉道半徑主要分布在1.3～8μm;滲透率大于50×10-3和110×10-3 ?m2左右的巖樣，喉道分布范圍更寬，喉道半徑主要分布在3～11μm之間;滲透率大于180×10-3和250×10-3 ?m2左右的巖樣，喉道分布范圍最寬，喉道半徑主要分布在5～15 μm之間，而且喉道主要集中在大喉道。

喉道平均直徑隨著滲透率增加而增大，在滲透率較低時(shí)增加較快，滲透率較高時(shí)增加變緩。喉道的大小決定了流體在儲(chǔ)層中的滲流能力，五廠回注污水有5.1.1（懸浮固體濃度5 mg/L、粒徑1μm;含油量1 mg/L）、5.3.1、5.5.2、8.3.2、8.5.2、10.10.3共6種注入水類(lèi)型，當(dāng)這些類(lèi)型注入水注入儲(chǔ)層后，主要堵塞儲(chǔ)層的喉道。對(duì)于3×10-3和7×10-3 ?m2儲(chǔ)層，以3×10-3 ?m2儲(chǔ)層為例如圖3，5.1.1水與5.3.1水粒徑分布處于巖心喉道分布左側(cè)，且二者與喉道分布曲線相差較遠(yuǎn)，重疊范圍很小，這表明此粒徑范圍懸浮物能夠通過(guò)巖心流出，形成貫穿性堵塞，對(duì)儲(chǔ)層傷害小;5.5.2、8.3.2、8.5.2、10.10.3水中大部分懸浮物粒徑分布也處于巖心喉道分布左側(cè)，但與巖心喉道分布有部分疊加范圍，即匹配關(guān)系增強(qiáng)，這表明此粒徑范圍懸浮物能夠通過(guò)巖心流出，形成貫穿性堵塞，且會(huì)滯留部分懸浮物在巖心內(nèi)，形成過(guò)渡性堵塞和較小的淺部堵塞，同時(shí)濃度高，可能會(huì)對(duì)儲(chǔ)層造成嚴(yán)重傷害。對(duì)于20×10-3 ?m2、50×10-3和110×10-3 ?m2儲(chǔ)層，以110×10-3 ?m2儲(chǔ)層為例如圖4，5.1.1水與5.3.1水注入液粒徑分布處于巖心喉道分布左側(cè)，且二者與喉道分布曲線相差較遠(yuǎn)，重疊范圍很小，這表明此粒徑范圍懸浮物能夠通過(guò)巖心流出，形成貫穿性堵塞，對(duì)儲(chǔ)層傷害較小;5.5.2、8.3.2水中懸浮物粒徑分布也處于巖心喉道分布左側(cè)，但與巖心喉道分布少量疊加，且懸浮物濃度較大，這表明此粒徑范圍懸浮物能夠通過(guò)巖心流出，形成貫穿性堵塞，會(huì)對(duì)儲(chǔ)層造成一定傷害;而8.5.2、10.10.3水中懸浮物粒徑分布也處于巖心喉道分布左側(cè)，但與巖心喉道分布疊加范圍增大即匹配關(guān)系增強(qiáng)，這表明此粒徑范圍懸浮物能夠通過(guò)巖心流出，形成貫穿性堵塞，且會(huì)滯留部分懸浮物在巖心內(nèi)，形成過(guò)渡性堵塞和較小的淺部堵塞，同時(shí)濃度高，對(duì)儲(chǔ)層造成嚴(yán)重傷害。對(duì)于180×10-3和250×10-3 ?m2儲(chǔ)層（圖5），5.1.1、5.3.1、5.5.2、8.3.2、8.5.2、10.10.3水粒徑分布均處于巖心喉道分布左側(cè)，與儲(chǔ)層喉道匹配度低，對(duì)儲(chǔ)層傷害較小。

2.2 ?堵塞及解堵實(shí)驗(yàn)分析

由堵塞實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖6表明，對(duì)于大慶杏南油田滲透率級(jí)差在3×10??、7×10??、20×10??、50×10??、110×10??、180×10??、250×10?? ?m?的天然巖心，分別注入5種五廠水質(zhì)后，巖心的滲透率表現(xiàn)為緩慢下降并且在注入60～80 PV后，滲透率達(dá)到穩(wěn)定，此時(shí)對(duì)巖心的堵塞程度達(dá)到最大，認(rèn)為多余的顆粒無(wú)法進(jìn)入巖心造成堵塞。其原因是：當(dāng)懸浮物伴隨污水注入巖心后，顆粒和油滴附著在巖心孔道中或由于自身重力作用沉降于巖心內(nèi)部，微觀表現(xiàn)為巖心內(nèi)部有效流動(dòng)通道減少或有效孔道直徑增厚，使得巖心內(nèi)部孔隙度下降，其宏觀變現(xiàn)為巖心注入壓力增加，有效滲透率降低。通過(guò)室內(nèi)解堵實(shí)驗(yàn)結(jié)果（圖7）可得：對(duì)于3×10?? ?m?，注入5.1.1和5.3.1后，滲透率下降幅度較小，反向沖洗后滲透率有所恢復(fù)，說(shuō)明此粒徑范圍懸浮物能夠部分通過(guò)巖心，形成貫穿性堵塞，對(duì)儲(chǔ)層傷害較小;進(jìn)一步注入5.5.2、8.3.2、8.5.2、10.10.3后，壓力持續(xù)增加，滲透率保持不變，反向沖洗后滲透率無(wú)明顯變化，說(shuō)明此粒徑范圍懸浮物不能進(jìn)入巖心內(nèi)部，在巖心注入端形成濾餅。與3×10?? ?m?巖心相比，7 mD巖心注入5.5.2、8.3.2、8.5.2、10.10.3后滲透率再次下降，反向沖洗滲透率可部分恢復(fù)，說(shuō)明此粒徑范圍懸浮物能夠部分通過(guò)巖心，形成貫穿性堵塞，且會(huì)滯留部分懸浮物在巖心內(nèi)，形成過(guò)渡性堵塞和較小的淺部堵塞，會(huì)對(duì)儲(chǔ)層造成嚴(yán)重影響。對(duì)于20×10-3、50×10-3 ?m?、巖心依次注入5.1.1、5.3.1水質(zhì)后，滲透率依次下降，且下降幅度較大，反向沖洗滲透率恢復(fù)程度較大，說(shuō)明以上兩種水質(zhì)可以通過(guò)巖心，形成貫穿性堵塞以及較小的淺部堵塞，繼續(xù)注入5.5.2、8.3.2、8.5.2、10.10.3水后，滲透率進(jìn)一步下降，但下降幅度較小，反沖沖洗后滲透率增加幅度較小，說(shuō)明此粒徑范圍懸浮物形成較小的淺部堵塞、過(guò)渡性堵塞，對(duì)儲(chǔ)層有較大影響。對(duì)于110×10?? ?m?巖心在注入5.5.1和5.3.1水后流動(dòng)壓力和滲透率對(duì)比可以看出，在含油和粒徑相同的條件下，由于水中懸浮物濃度的增加，注入5.3.1水后平衡壓力高于5.1.1水，但平衡后的滲透率相差不大，而且反沖洗后滲透率都有所恢復(fù)，該儲(chǔ)層堵塞類(lèi)型為貫穿性堵塞、過(guò)渡性堵塞和較小的淺部堵塞三種形式共存。對(duì)于180×10-3、250×10-3 ?m?左右?guī)r心依次注入5.1.1水、5.3.1水、5.5.2水后平衡壓力升高，滲透率降低，再依次注入8.3.2水、8.5.2水后平衡壓力力變化和滲透率變化不大，再注入10.10.3水后平衡壓力增加，滲透率降低，因此該儲(chǔ)層堵塞類(lèi)型為貫穿性堵塞。

通過(guò)室內(nèi)堵塞實(shí)驗(yàn)以及解堵實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果可知，與上述巖心微觀喉道半徑與水質(zhì)懸浮物顆粒粒徑預(yù)測(cè)結(jié)論基本相符，說(shuō)明懸浮物濃度、粒徑是回注污水對(duì)儲(chǔ)層滲透率影響的主要因素。

建議油田在達(dá)到配注的同時(shí)，要考慮注入水中懸浮物的濃度，從而保證懸浮物顆粒粒徑的大小，使得粒徑盡量小于儲(chǔ)層的平均喉道半徑。

2.3 ?建立回注污水對(duì)滲透率影響圖版

對(duì)于大慶杏南油田不同滲透率的天然巖心，堵塞實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

由此實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以做出合理的判斷，以滲透率損失30%為界限，建立滲透率影響圖版如圖8，3×10-3、7×10-3、20×10-3、50×10-3 ?m?儲(chǔ)層適合注入回注污水界限為5.3.1水，110×10-3、180×10-3 ?m?儲(chǔ)層適合注入回注污水界限為5.5.2水，250×10-3 ?m?儲(chǔ)層適合注入回注污水界限為8.5.2。

3 ?認(rèn)識(shí)與結(jié)論

（1）與懸浮物單因素對(duì)油藏傷害相比，當(dāng)懸浮油滴濃度、懸浮油滴粒徑、懸浮顆粒濃度、懸浮顆粒粒徑4個(gè)因素共同作用后，堵塞機(jī)理變得更加復(fù)雜。目前五場(chǎng)回注的6種污水堵塞地層類(lèi)型主要是貫穿性堵塞，其堵塞形式主要受水中懸浮物粒徑控制。

（2）建議大慶采油五廠在達(dá)到配注量的同時(shí)，應(yīng)結(jié)合經(jīng)濟(jì)效應(yīng)情況適當(dāng)?shù)目刂苹刈⑽鬯袘腋∥锏臐舛取?/p>

（3）實(shí)現(xiàn)結(jié)果表明：6種水質(zhì)與不同儲(chǔ)層的匹配程度不同，對(duì)于3×10-3、7×10-3、20×10-3、50×10-3 ?m?儲(chǔ)層適合注入回注污水界限為5.3.1水;110×10-3、180×10-3 ?m?儲(chǔ)層適合注入回注污水界限為5.5.2水;250×10-3 ?m?儲(chǔ)層適合注入回注污水界限為8.5.2。

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