火燒山油田含油污泥調(diào)剖工藝技術(shù)研究與應(yīng)用

武建明 劉進(jìn)軍 王洪忠 段晴楓 韓慧玲 李新民

中國石油新疆油田分公司準(zhǔn)東采油廠

火燒山油田含油層系(H)為二疊系平地泉組，自上而下分為4個(gè)油層組(H1、H2、H3及H4)，屬典型的多層、復(fù)雜裂縫性特低滲、低流度砂巖油藏。2019年產(chǎn)油量約19×104t，年產(chǎn)含油污泥3 000 m3。目前，由于條件所限，火燒山油田含油污泥的堆放量累計(jì)有2.6×104m3。該含油污泥具有黏度大、乳化程度高，油泥水三相分離困難的特點(diǎn)[1-2]，給油田環(huán)境保護(hù)帶來較大的壓力。

近年來，國內(nèi)外對(duì)含油污泥的主要處理方法有萃取法、焚燒法、生物法、熱解法等，但這些處理技術(shù)不僅難度較大且成本較高[3]。一些油田已經(jīng)開展了油泥調(diào)剖技術(shù)的研究，將油泥經(jīng)過處理后變成調(diào)剖劑，對(duì)注水井進(jìn)行調(diào)剖。含油污泥固體顆粒“團(tuán)聚”在一起，然后沉降在大的孔道中，從而起到封堵、改善滲流方向的作用，增加了井下注水波及體積。從目前的應(yīng)用效果來看，污泥調(diào)剖均起到一定的增產(chǎn)效果且沒有發(fā)生返吐現(xiàn)象。由于各區(qū)塊油泥成分的復(fù)雜性、理化性質(zhì)的多變性以及油藏的不同性，各油田的污泥調(diào)剖技術(shù)有所不同。

本實(shí)驗(yàn)通過研發(fā)污泥調(diào)堵配方體系，優(yōu)化復(fù)合段塞注入工藝，開展油田現(xiàn)場試驗(yàn)，最終確定出適合于火燒山油田的污泥調(diào)剖工藝技術(shù)。

1 含油污泥凍膠室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

1.1 含油污泥粒徑分析

火燒山油田為裂縫性、特低滲的復(fù)雜油藏，儲(chǔ)層主要為細(xì)砂巖，裂縫發(fā)育規(guī)模大且發(fā)育程度不一。其中大裂縫的開度為100～300 μm，微裂縫的開度為10～30 μm，而基質(zhì)孔隙的吼道半徑為0.06～1.02 μm。為了使污泥調(diào)剖回注儲(chǔ)層而又不造成對(duì)地層孔隙滲透性的傷害，須分析火燒山油田油泥的粒徑分布。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:火燒山油泥的組分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))中泥質(zhì)固含量66.1%、原油7.3%和水26.6%，固含量中膠質(zhì)瀝青質(zhì)為6%～8%。固體部分的粒徑篩分見圖1[7]。圖1表明，污泥的粒徑分布范圍寬，粒徑大于96～109 μm的為67%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)，粒徑小于61 μm的基本可以忽略不計(jì)，這樣粒徑分布的油泥正好可以進(jìn)入大裂縫中形成有效封堵，同時(shí)又不會(huì)進(jìn)入到微裂縫和基質(zhì)孔喉中破壞微裂縫和基質(zhì)孔隙。根據(jù)李丹梅等[8]、王亞等[9]的研究,這種粒徑分布特點(diǎn)能夠有效封堵儲(chǔ)集層各級(jí)孔喉，改善吸水剖面的不均勻性。

1.2 含油污泥凍膠制備

1.2.1交聯(lián)劑對(duì)成膠性能的影響

單一的污泥做為調(diào)剖劑雖有較高的封堵率，但由于這種污泥中含有一定的原油，沉降固化程度低，對(duì)地層封堵強(qiáng)度低，耐沖刷性能差，調(diào)剖效果周期短[10]。因此，采用聚合物交聯(lián)的方法以含油污泥和聚丙烯酰胺為主要原料[11]，加入一定比例的交聯(lián)劑，制備成封堵強(qiáng)度較高的含油污泥凍膠，提高調(diào)剖措施效果。

控制污泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%不變，分別加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%的交聯(lián)劑A和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%的交聯(lián)劑B(A為苯酚類，B為醛類，配方體系為酚醛凝膠體系)。在55 ℃烘箱內(nèi)恒溫，考察不同交聯(lián)劑用量對(duì)堵劑強(qiáng)度的影響。從圖2和圖3可知：交聯(lián)劑A含量越大，體系成膠后強(qiáng)度越大，且成膠時(shí)間越短；交聯(lián)劑B含量越大，強(qiáng)度越大，成膠時(shí)間變化則較小。調(diào)剖體系成膠時(shí)間可控，成膠后強(qiáng)度可達(dá)20 000 mPa·s以上。

1.2.2污泥加量對(duì)凍膠性能的影響

保持聚合物和交聯(lián)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變，分別加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%、20%、30%、40%、50%、60%的含油污泥，按第1.2節(jié)的方法制備含油污泥凍膠并測(cè)試成膠后的強(qiáng)度。從表1可知，含油污泥量增加，成膠強(qiáng)度增加；當(dāng)含油污泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于40%后，凝膠強(qiáng)度才開始有所下降，但下降趨勢(shì)并不明顯。

表1 污泥加量對(duì)凍膠性能的影響w(含油污泥)/%成膠時(shí)間/h成膠強(qiáng)度/(mPa·s)102418000202122100301824000401625200501523000601522000

1.2.3稠化劑加量對(duì)凍膠性能的影響

結(jié)合該區(qū)塊常規(guī)調(diào)堵劑配方聚丙烯酰胺稠化劑的配比，固定交聯(lián)劑A的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.03%，交聯(lián)劑B的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.10%，分別調(diào)整聚丙烯酰胺的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%、0.20%、0.30%，在55 ℃烘箱內(nèi)恒溫，考察不同稠化劑含量對(duì)堵劑強(qiáng)度的影響。從圖4可知，稠化劑含量越高，成膠時(shí)間越快，表觀黏度越大，成膠性能越好。

為使堵劑性能達(dá)到最優(yōu)，最終確定的現(xiàn)場試驗(yàn)配方體系為：0.3%(w)聚丙酰胺+0.03%(w)交聯(lián)劑A+0.1%(w)交聯(lián)劑B+20%(w)污泥.

1.3 含油污泥的性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

1.3.1含油污泥凍膠耐溫性能評(píng)價(jià)

按第1.2.1節(jié)的方法，將0.3%(w)聚丙酰胺+0.03%(w)交聯(lián)劑A+0.10%(w)交聯(lián)劑B+20%(w)污泥制備成含油污泥凍膠，分別測(cè)試該體系在不同溫度條件下最終的成膠強(qiáng)度和成膠時(shí)間。從圖5可知：隨著溫度的升高，凍膠成膠時(shí)間縮短，形成的凝膠強(qiáng)度增加；在溫度達(dá)到55 ℃后，凍膠強(qiáng)度開始逐漸下降；溫度上升至90 ℃時(shí)，凍膠黏度仍保持在20 000 mPa·s以上?；馃接吞锏钠骄貙訙囟葹?55 ℃，該污泥凍膠可以滿足火燒山油田的要求。

1.3.2含油污泥凍膠單管封堵性能評(píng)價(jià)

采用物模實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)試評(píng)價(jià)含油污泥凍膠的封堵能力[12]。從表2可知，對(duì)不同滲透率的巖心，封堵率均達(dá)到了85%以上，突破壓力都達(dá)到6 MPa以上，說明制備出的含油污泥凍膠具有較強(qiáng)的封堵能力。

表2 單管封堵性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)序號(hào)注入量/PV封堵前滲透率/μm2封堵后滲透率/μm2封堵率/%突破壓力/MPa10.252.5400.32087.46.820.251.4800.13690.87.030.251.0300.10889.57.140.250.9220.08291.17.350.250.8160.06492.27.360.250.6840.04893.07.6

1.3.3含油污泥凍膠雙管封堵性能評(píng)價(jià)

分別將相同配比的調(diào)堵劑注入3組滲透率級(jí)差不同的雙管并聯(lián)裝置，測(cè)試各組封堵前后的絕對(duì)滲透率[8]。從表3可知，注入污泥堵劑后，3組不同滲透率級(jí)差的雙管巖心的滲透率均有所下降，且模擬高滲層的巖心滲透率比模擬低滲層的巖心滲透率小，說明污泥堵劑能夠起到調(diào)堵的作用，且優(yōu)先進(jìn)入大通道，具有良好的選擇性注入的特點(diǎn)。3組雙管巖心的初始滲透率級(jí)差依次增大，封堵后的滲透率卻依次減小(均<1 μm2)，說明污泥堵劑對(duì)非均質(zhì)性程度更大的地層封堵效果更顯著，適用于火燒山這種滲透差異大的油藏。

表3 雙管封堵性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)序號(hào)注入量/PV滲透率級(jí)差封堵前滲透率/μm2封堵后滲透率/μm210.34.05.8201.4500.6200.98320.39.55.6840.5980.3870.47630.315.65.7400.3680.2840.318

2 含油污泥凍膠調(diào)剖施工工藝

2.1 含油污泥調(diào)剖施工流程

用甩干機(jī)和離心機(jī)對(duì)污泥池含油污泥進(jìn)行單獨(dú)預(yù)處理，并且在污泥池邊進(jìn)行挖掘、傳送、甩干、分離等工序。甩出來的大粒徑固體顆粒經(jīng)外運(yùn)深度處理。得到的含油污泥的混合泥漿拉運(yùn)到調(diào)剖井場統(tǒng)一進(jìn)行調(diào)剖處理。

將含油污泥加入到均勻攪拌的水+HPAM+交聯(lián)劑A+交聯(lián)劑B體系中，通過現(xiàn)場調(diào)剖設(shè)備泵注入到目的層位(見圖6)。

2.2 含油污泥調(diào)剖段塞設(shè)計(jì)

采用多段塞復(fù)合注入的方式使堵劑進(jìn)入油層的不同位置，承受不同的壓差，發(fā)揮不同的作用[4]。以“堵”為主，“調(diào)”為輔的思路確定段塞組合，主體段塞采用含油污泥凍膠體系和聚合物凍膠體系交替注入的方式(見表4)。

表4 調(diào)剖段塞設(shè)計(jì)調(diào)剖段塞調(diào)剖劑類型主要作用前置段塞0.05%(w)HPAM溶液+體膨顆粒對(duì)大的水竄通道進(jìn)行預(yù)封堵主體段塞含油污泥凍膠體系封堵油層深部高滲透通道聚合物凍膠體系將含油污泥段塞推至地層深部,同時(shí)與第一段塞形成前后密封的效果,保證污泥段塞成膠效果頂替段塞清水將主體段塞完全頂替進(jìn)入油層,留出近井地帶注水通道

3 現(xiàn)場實(shí)施規(guī)模及效果

3.1 調(diào)剖后注入壓力上升

該工藝在火燒山油田現(xiàn)場試驗(yàn)實(shí)施13井次，對(duì)調(diào)剖后的水井進(jìn)行了注水壓力測(cè)試和對(duì)比。對(duì)比結(jié)果表明，在注水量不變的條件下，調(diào)剖后水井的注水壓力較調(diào)剖前上升了0.4～2.3 MPa，視吸水指數(shù)下降了0.1～3.1 m3/(d· MPa)，而同期火燒山油田常規(guī)調(diào)剖90井次，調(diào)剖后水井的注水壓力較調(diào)剖前上升了0.5～4.2 MPa，視吸水指數(shù)下降了0.10～3.84 m3/(d· MPa)(見表5)。從提壓效果上看，污泥調(diào)剖效果低于常規(guī)調(diào)剖手段，但效果差異不是很明顯。污泥調(diào)剖從根源上避免了油泥的二次污染風(fēng)險(xiǎn)并且節(jié)約了處理費(fèi)用，是對(duì)污泥有效處理的一種手段。

表5 污泥調(diào)剖注入井施工前后注入情況對(duì)比調(diào)剖前調(diào)剖后差值日注水量/m3注入壓力/MPa視吸水指數(shù)/(m3·(d·MPa)-1)日注水量/m3注入壓力/MPa視吸水指數(shù)/(m3·(d·MPa)-1)注入壓力/MPa視吸水指數(shù)/(m3·(d·MPa)-1)H221井358.64.1359.24.00.6-0.1H249井505.010.0507.36.92.3-3.1H1212井207.33.8207.63.40.3-0.4H1260井305.35.5306.24.50.9-1.0H1142井5010.65.65011.05.20.4-0.4非污泥平均368.15.7368.85.20.7-0.51

3.2 增油降水效果

該技術(shù)在火燒山油田累計(jì)處理含油污泥25 543 m3，節(jié)約污泥處理費(fèi)用741.3萬元。井組實(shí)現(xiàn)增油1 988 t，降水615 t。實(shí)現(xiàn)低成本處理含油污泥、減少環(huán)境污染的同時(shí)，增加了原油產(chǎn)量，取得了較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)火燒山油田含油污泥的固體組分的粒徑分布較寬(61～830 μm)，油田的顯著裂縫平均張度范圍為100～300 μm，微裂縫張度為10～30 μm，基質(zhì)孔喉更小。含油污泥進(jìn)入地層中，可以很好地封堵大裂縫，避免傷害微裂縫和基質(zhì)孔喉的滲透率。油泥固體粒徑與火燒山油田的孔喉有很好的匹配性。

(2)通過考察不同組分因素對(duì)含油污泥體系的影響，并結(jié)合實(shí)際情況，最終確定的配方體系為：0.3%(w)聚丙酰胺+0.03%(w)交聯(lián)劑A+0.10%(w)交聯(lián)劑B+20%(w)污泥。對(duì)該配方體系進(jìn)行的耐溫性、封堵性及選擇性等方面的性能評(píng)價(jià)表明，均能滿足火燒山油田調(diào)堵需要。

(3)多段塞復(fù)合含油污泥調(diào)剖工藝在火燒山油田現(xiàn)場試驗(yàn)實(shí)施13井次，累計(jì)處理含油污泥25 543 m3，節(jié)約污泥處理費(fèi)用741.3萬元，井組增油共1 988 t，降水615 t，獲得了較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

(4)隨著國家對(duì)環(huán)境污染問題的日益關(guān)注，含油污泥的經(jīng)濟(jì)、無害化處理技術(shù)在各大油田具有較大的應(yīng)用前景。由于油泥理化性質(zhì)具有復(fù)雜性和多變性，下步工作還需對(duì)油泥各項(xiàng)性質(zhì)及規(guī)律有更加清楚的認(rèn)識(shí)，并結(jié)合其自身特性，使得污泥調(diào)剖技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益更加顯著。