海上油田注水水質(zhì)對(duì)儲(chǔ)層傷害的模擬實(shí)驗(yàn)*

劉文輝，鄭玉飛

(中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300450)

海上油田一般都采用強(qiáng)注強(qiáng)采的生產(chǎn)模式[1-3]，為減輕產(chǎn)出污水的處理壓力，普遍采用清污混注的注水方式[4-5]，但回注污水成分復(fù)雜[6]，加之水處理流程短、處理量大，傳統(tǒng)的“三段法”處理工藝已無法滿足現(xiàn)場(chǎng)需求[7],引發(fā)了一系列的問題。(1)注水水質(zhì)指標(biāo)不佳，含油量、懸浮物含量等過高，導(dǎo)致注水壓力攀升快、欠注[8]；(2)水質(zhì)差導(dǎo)致酸化、防膨等增產(chǎn)措施的效果差且有效期短[9]；(3)井筒結(jié)垢嚴(yán)重，除、防垢等措施的費(fèi)用不斷增加[10]。為探究注入水對(duì)儲(chǔ)層滲透率的傷害程度，作者采用巖心模擬實(shí)驗(yàn)的方法，考察了注入水中懸浮物和油對(duì)巖心的傷害程度，為渤海油田注水水質(zhì)控制和改善提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

石英砂：天津北辰石英砂銷售有限公司；油：海上某平臺(tái)脫水原油，加入乳化劑后經(jīng)Fluka高速攪拌機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下制備[3]；人造巖心：長度為6.95 cm，直徑為2.5 cm，海安巖心石油儀器有限公司。

巖心驅(qū)替裝置：海安石油科技儀器有限公司；真空干燥箱：DZF-6050，華利達(dá)實(shí)驗(yàn)設(shè)備公司；電子天平：HZY-B320，上海鼎拓實(shí)業(yè)有限公司；水中含油分析儀：Horiba OCMA-350，上海默西科學(xué)儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

注入水堵塞性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)在巖心驅(qū)替裝置上進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)方法如下。

(1)使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的KCl溶液飽和巖心，并測(cè)量巖心的孔隙體積；

(2)使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的KCl溶液驅(qū)替飽和好的巖心，驅(qū)替速度為0.1 mL/min，直至驅(qū)替壓力穩(wěn)定，根據(jù)達(dá)西公式計(jì)算出巖心的初始滲透率值Ki；

(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，用不同質(zhì)量濃度和粒徑的懸浮物、油驅(qū)替巖心，并根據(jù)達(dá)西公式計(jì)算驅(qū)替結(jié)束后的巖心滲透率值K堵塞；

(4)按照公式(1)計(jì)算巖心傷害率；

(1)

(5)實(shí)驗(yàn)裝置見圖1。

圖1 巖心驅(qū)替流程圖

2 結(jié)果與討論

2.1 注入量的影響

配制模擬ρ(懸浮物)=15 mg/L、粒徑中值為2.6 μm的注入水，在恒定流速下讓注入水持續(xù)流過初始滲透率為102.51×10-3μm2的巖心，測(cè)定巖心滲透率隨注入量增加的變化情況。懸浮物注入體積對(duì)巖心的傷害性見圖2。

注入量/PV圖2 懸浮物注入量對(duì)巖心的傷害性

由圖2可知，在ρ(懸浮物)和粒徑一定的條件下，隨著累計(jì)注入孔隙體積倍數(shù)的增加，巖心傷害率逐漸增加，當(dāng)注入懸浮物達(dá)到30 PV，傷害率為25.06%，注入100 PV時(shí)傷害率為35.99%。

2.2 ρ(懸浮物)和粒徑的影響

實(shí)驗(yàn)研究了巖心滲透率、ρ(懸浮物)及粒徑變化對(duì)巖心傷害率的影響，結(jié)果見圖3。

由圖3a可知，隨著巖心滲透率的增加，注入15 mg/L、粒徑中值2.6 μm的懸浮物30 PV時(shí)，巖心傷害率逐漸減??；由圖3b可知，當(dāng)注入一定粒徑中值的懸浮物時(shí)，隨著ρ(懸浮物)的增加傷害率增大，對(duì)約100×10-3μm2的巖心，當(dāng)ρ(懸浮物)=5 mg/L，注入30PV時(shí)傷害率小于10%，而ρ(懸浮物)>10 mg/L，注入30PV時(shí)傷害率大于25%；由圖3c可知，當(dāng)注入ρ(懸浮物)一定時(shí)，隨著懸浮物粒徑中值的增加傷害率增大，對(duì)約100×10-3μm2的巖心，當(dāng)懸浮物粒徑中值為1.3 μm時(shí)，注入30PV時(shí)傷害率僅為6.48%，而如果懸浮物粒徑超過2.6 μm，注入30PV時(shí)傷害率大于25%。

巖心滲透率×103/μm2a 巖心滲透率的影響

ρ(懸浮物)/(mg·L-1)b ρ(懸浮物)的影響

懸浮物粒徑/μmc 懸浮物粒徑的影響圖3 懸浮物對(duì)巖心的傷害性

2.3 油的影響

選取滲透率為110×10-3μm2的巖心，分別改變?chǔ)?油)及粒徑中值，測(cè)定注入30PV時(shí)巖心滲透率的變化。油滴粒徑為12 μm，水中ρ(油)對(duì)巖心傷害性見圖4，ρ(油)=20 mg/L時(shí)，油滴粒徑對(duì)巖心傷害性見圖5。

ρ(油)/(mg·L-1)圖4 ρ(油)對(duì)巖心的傷害性

油滴粒徑/μm圖5 油滴粒徑對(duì)巖心的傷害性

由圖4和圖5可知，與懸浮物變化規(guī)律相同的是，隨著ρ(油)和粒徑中值的增加傷害率增大；不同的是，油對(duì)巖心的傷害性要遠(yuǎn)低于懸浮物，這是由于油滴在孔隙介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，呈穩(wěn)定態(tài)的液相油滴仍能通過變形而擠過尺寸略小于自身尺寸的孔隙吼道，降低對(duì)巖心的傷害性[5]。

2.4 懸浮物和油的疊加影響

配制ρ(油)=10 mg/L、粒徑中值為10 μm的注入水，改變水中ρ(懸浮物)，測(cè)定注入30PV時(shí)巖心滲透率的變化，具體情況見圖6。由圖3～圖6可知，同時(shí)含有懸浮物和油的注入水的巖心傷害率更大。當(dāng)油和懸浮物同時(shí)存在時(shí)，一方面，懸浮顆粒吸附在油滴表面，加大了油滴尺寸，增加了油滴穩(wěn)定性，使得油滴的傷害性增強(qiáng)；另一方面，此時(shí)的懸浮物顆粒間更易發(fā)生橋聯(lián)堵塞巖心孔隙吼道，因而傷害率增大。

ρ(懸浮物)/(mg·L-1)圖6 ρ(懸浮物)對(duì)巖心的傷害性

3 結(jié) 論

(1)在一定條件下懸浮物注入量越大，注入水對(duì)巖心的傷害性越大；

(2)隨著注入水中ρ(懸浮物)及粒徑中值的逐漸增大，注入水對(duì)巖心的傷害性也逐漸增強(qiáng)，而巖心滲透率則逐漸降低；

(3)與懸浮物相比，注入水中含油對(duì)巖心的傷害性要小，這是因?yàn)橛偷卧诙嗫捉橘|(zhì)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，可利用自身的變形性通過尺寸小于自身尺寸的孔隙吼道，從而降低對(duì)巖心的傷害；

(4)懸浮物和油是造成儲(chǔ)層滲透率傷害的2個(gè)重要因素，且二者同時(shí)存在時(shí)對(duì)儲(chǔ)層傷害具有疊加作用，對(duì)滲透率的傷害性顯著增強(qiáng)。