我國(guó)改性含油污泥制備調(diào)剖劑的研究進(jìn)展

回軍 張銳 孫浩程

摘 ? ? ?要： 含油污泥是石油勘探、開采中常見的危險(xiǎn)廢物，目前處置手段基本停留在減量化階段，處置后產(chǎn)生的廢渣仍作為固體廢物甚至危險(xiǎn)廢物管理。由此可見，資源化利用才是解決含油污泥這類固體廢物無法徹底處置、出路不暢等問題的根本途徑。油泥來源于地層，作為調(diào)剖劑的組成成分回用地層不僅具有理論可行性，也是實(shí)現(xiàn)其資源化利用的有效途徑。本文通過綜述單種含油污泥調(diào)剖劑和段塞組合的研究進(jìn)展，分析我國(guó)改性含油污泥調(diào)剖劑的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀，并指出該領(lǐng)域目前存在的主要問題在于源頭未實(shí)現(xiàn)分類管理，導(dǎo)致混合油泥砂中固體物粒徑不均，制備的調(diào)剖劑性能難以保證，故下一步的研究應(yīng)致力于實(shí)現(xiàn)油泥砂按粒徑的高效分離，最終實(shí)現(xiàn)分級(jí)利用。

關(guān) ?鍵 ?詞：含油污泥;資源化利用;調(diào)剖

中圖分類號(hào)：X741 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ? 文章編號(hào)： 1671-0460（2020）10-2339-04

Abstract： Oily sludge is a common hazardous waste in petroleum exploration and extraction. At present， the disposal methods are basically at the stage of reduction. The waste residue generated after disposal is still managed as solid waste or even hazardous waste. It can be seen that resource utilization is the fundamental way to solve above problems. Oil sludge originates from the stratum， reinjecting the stratum as a component of profile control agent is not only theoretically feasible， but also an effective way to realize its resource utilization. By reviewing the research progress of single oily sludge profile control agent and slug combination， the research and application status of modified oily sludge profile control agent in China were analyzed， and the main problem in this field was pointed out. As a result， the particle size of the solids in the mixed sludge sand is not uniform， so the performance of the prepared profile control agent is difficult to guarantee. Therefore， the next research should be dedicated to the efficient separation of the sludge sand according to the particle size to achieve graded utilization.

Key words： Oily sludge; Resource utilization; Profile control

石油的勘探、開采、儲(chǔ)運(yùn)和集輸?shù)拳h(huán)節(jié)會(huì)產(chǎn)生大量含油污泥。含油污泥的組成復(fù)雜，除水、不同多種粒徑固體物和石油類外，還有多種有毒有害成分，是《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》中明確規(guī)定的HW08類危險(xiǎn)廢物[1]。根據(jù)《固體廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)通則》中的規(guī)定，固體廢物采用焚燒、填埋、傾倒或是其他處置方式處置后，仍作為固廢管理，不同于水污染、大氣污染治理，固體廢物尤其是危險(xiǎn)廢物經(jīng)過處置后不存在“達(dá)標(biāo)排放”的說法。目前廣泛使用的油泥處置手段，如焚燒、熱解等，根本上來看只屬于減量手段，產(chǎn)生的殘?jiān)园凑瘴U管理，需在專門場(chǎng)地進(jìn)行填埋，不能向自然界直接排放。由此可見。資源化利用才是解決含油污泥這類危險(xiǎn)廢物無法徹底處置、出路不暢等問題的根本途徑。

在二次采油中，通常需要通過注水或其他流體的方式提高油井采收率。但由于地質(zhì)的非均質(zhì)性，注入的水往往沿高滲透層突入油井，為了降低高滲透層的吸水率，提高注水壓力，從而增加中、低滲透層的吸水量，提高水波及系數(shù)，采油現(xiàn)場(chǎng)通常需要向高滲透層內(nèi)填充一定量的化學(xué)藥劑，以起到調(diào)整注水油層的吸水剖面的目的，該工藝過程即為調(diào)剖，是改善水驅(qū)效果常用的方法[2]。

制備高效、廉價(jià)的調(diào)剖劑一直是調(diào)剖工藝研究的重點(diǎn)[3]。同時(shí)，含油污泥來源于地層，理論上與地層具有良好的配伍性，可以作為制備調(diào)剖劑的原材料，這不僅降低了調(diào)剖劑成本，也為實(shí)現(xiàn)含油污泥的資源化利用開拓了道路。本文綜述了現(xiàn)階段油田常用的幾種改性含油污泥調(diào)剖劑，并針對(duì)存在的問題，提出了下一步研究的方向。

1 ?單種含油污泥調(diào)剖劑研究

1.1 ?懸浮型含油污泥調(diào)剖劑

懸浮型含油污泥調(diào)剖劑是將含油污泥利用化學(xué)添加劑（一般為懸浮劑、分散劑、乳化劑）混合處理后，使得固體顆粒形成均一、穩(wěn)定的體系，提高懸浮時(shí)間和可泵性。其作用機(jī)理為：穩(wěn)定分散的懸浮型含油污泥調(diào)剖劑注入地層后，選擇性進(jìn)入高滲透層，地層復(fù)雜環(huán)境破壞了懸浮液的穩(wěn)定形態(tài)，其中的固體顆粒相互之間或是與地層中的物質(zhì)相互吸附、聚集、沉積，在孔道內(nèi)部形成較大的“團(tuán)粒結(jié)構(gòu)”，起到堵塞的作用;但這種“團(tuán)粒結(jié)構(gòu)”的狀態(tài)并不穩(wěn)定，遇到強(qiáng)剪切力條件時(shí)會(huì)重新分散，低剪切力條件時(shí)重新聚集沉積，兩個(gè)狀態(tài)交替往復(fù)，并不會(huì)形成長(zhǎng)效封堵[4]。

現(xiàn)階段懸浮型含油污泥調(diào)剖劑依靠添加劑實(shí)現(xiàn)分散、懸浮，依靠含有的固體物本身實(shí)現(xiàn)封堵，所以該類型調(diào)剖劑的研究重點(diǎn)在根據(jù)不同來源組成的含油污泥選擇適宜添加劑。馬艷青[5]針對(duì)長(zhǎng)慶油田的3種污泥，根據(jù)以泵送黏度以及穩(wěn)定性為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，研制了3個(gè)配方：膏狀含油污泥配方為含油污泥（20%）+原油（50%）+分散劑（1.0%）+采出水（29%）;落地含油污泥配方為89%含油污泥+1.0%分散劑+10%采出水;;流動(dòng)態(tài)含油污泥配方為85%含油污泥+0.75%分散劑+14.25%采出水，以上3種調(diào)剖劑的黏度均小于25.00 mPa·s。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)落地含油污泥調(diào)剖劑進(jìn)行了性能評(píng)價(jià)，該調(diào)剖劑的分層時(shí)間大于6 h，具有較好的熱穩(wěn)定性;其分層時(shí)間不會(huì)受礦化度影響，耐鹽性能較好。

盧俊英[6]等對(duì)多種懸浮劑進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)具有一定黏彈性的有機(jī)聚合物類添加劑懸浮穩(wěn)定性最強(qiáng)。田玉芹[7]等通過研究發(fā)現(xiàn)，若是根據(jù)含油污泥組成進(jìn)行針對(duì)性改造，是保證應(yīng)用效果的第一步，在制備調(diào)剖劑的過程中，先在油泥中加入表面活性劑作為分散劑，降低固體顆粒黏度使其能夠攪拌分散;隨后進(jìn)行顆粒分選：以調(diào)剖地層孔喉的1/9作為選擇標(biāo)準(zhǔn)，濾除其中大顆粒;最后加入懸浮劑得含油污泥調(diào)剖堵劑。該流程基本避免出現(xiàn)聚團(tuán)現(xiàn)象，顯著提高了含油污泥調(diào)剖堵劑的穩(wěn)定性，其封堵率高于97.5%。對(duì)固體粒徑與孔喉比值1∶1～1∶16進(jìn)行了巖心封堵實(shí)驗(yàn)，當(dāng)顆粒粒徑為孔喉的1/9～1/12時(shí)，制得的含油污泥調(diào)剖堵劑的封堵能力較強(qiáng)，可滿足封堵需要;當(dāng)顆粒粒徑大于孔喉的1/9時(shí)，含油污泥聚集較為嚴(yán)重，無法進(jìn)入巖心深部進(jìn)行封堵;當(dāng)顆粒粒徑小于孔喉的1/12時(shí)，顆粒粒徑較小，制備的含油污泥調(diào)剖堵劑不易形成堵塞，封堵能力較弱。

除了通過工藝流程選擇合適粒徑的固體物作為調(diào)剖劑原料外，還可以通過添加固定粒徑固體物作為填充劑，控制固體物的平均粒徑范圍，提高封堵能力。沈聰[8]等以電廠粉煤灰作為填充劑進(jìn)行了填充量與封堵率的考察，結(jié)果表明，在2%～8%的范圍內(nèi)，封堵率隨著添加量增加而升高，當(dāng)添加量高于6%時(shí)，封堵率即可高于90%。范振中[9]等分析了聯(lián)合站緩沖沉降罐底部油泥組成：含水率46.9%，含油率37.7%，含固率15.3%。調(diào)剖劑的合理配方為：含油污泥50%+懸浮劑0.2%～0.3%+乳化劑 ?0.3%～0.4%+膨潤(rùn)土8%+水。制備的調(diào)剖劑封堵率大于94%，當(dāng)孔喉與顆粒粒徑之比在9～12時(shí)，調(diào)剖劑可順利進(jìn)入巖心，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)注入，這與上述的結(jié)果一致。叔貴欣[10]等使用了相同的原料配方，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了制備的含油污泥調(diào)剖劑有選擇性地進(jìn)入了高滲透帶并可以明顯改善注水井吸水剖面，取得了良好效果。

我國(guó)稠油資源分布廣泛，資源豐富，以蒸汽吞吐為主的熱力采油是稠油開采常用的手段[11]，通過調(diào)整配方使含油污泥調(diào)剖劑高溫下同樣具備合格的封堵能力，將極大地開拓其應(yīng)用場(chǎng)景。周煜航[12] ? 等通過單填砂管實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)于滲透率為 ? ? ? ? ? 3 000 ～5 200 mD的填砂模型，溫度對(duì)含油污泥的封堵率影響不大，在100～300 ℃的實(shí)驗(yàn)中，封堵率一直維持在99%以上。蔣肇標(biāo)[13]針對(duì)蒸汽吞吐油藏的吸汽不均及汽竄問題，提出利用含油污泥調(diào)剖技術(shù)來提高蒸汽吞吐熱采井的開采效果，實(shí)驗(yàn)表明， ? 填砂管模型滲透率越大，越有利于含油污泥在填 ? ? 砂管模型中進(jìn)行傳輸運(yùn)移，當(dāng)滲透率大于 ? ? ? ? ? ?20 000～25 000 mD時(shí)含油污泥能夠大量傳輸運(yùn)移，出現(xiàn)含油污泥“滲流”現(xiàn)象，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)100 ℃含油污泥注入溫度的封堵效果最好，實(shí)驗(yàn)也表明含油污泥調(diào)剖劑具有良好的耐高溫蒸汽沖刷的特性。

1.2 ?凝膠型含油污泥調(diào)剖劑

上述的懸浮型含油污泥調(diào)剖劑為顆粒型堵劑，具有顆粒型堵劑普遍具有的缺陷的通?。河行谳^短，容易污染其他滲透層等[14]。由于油泥中有的重金屬易使懸浮時(shí)間縮短，破壞體系的穩(wěn)定性，在經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間沖刷或是剪切力增大的條件下，有可能隨開采再次采出，產(chǎn)生嚴(yán)重的次生環(huán)保問題[15]。在懸浮型含油污泥調(diào)剖劑基礎(chǔ)上發(fā)展的凝膠型含油污泥調(diào)剖劑是在含油污泥中加入交聯(lián)劑，使得含油污泥和其他添加劑發(fā)生交聯(lián)作用，形成凝膠結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒑臀勰囝w粒包裹起來，增強(qiáng)了含油污泥調(diào)剖劑的封堵能力[16]。

陳思雅[17]等使用自制的疏水聚合物FPAM作為懸浮劑配合自制的鋯交聯(lián)劑制備成凝膠含油污泥調(diào)剖劑，鋯交聯(lián)劑在適當(dāng)?shù)貙訙囟柔尫排cFPAM反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)在85 ℃條件下成膠36 h后，黏度即可達(dá)到9 500 mPa·s以上，實(shí)現(xiàn)有效凝膠化。宋剛[18]等利用重力沉降罐清罐污泥為原料，向其中添加了懸浮劑、交聯(lián)劑、穩(wěn)定劑等多種添加劑，得到一種耐溫耐鹽性好的復(fù)合型含油污泥凝膠，具有黏度高、可泵性強(qiáng)、成膠時(shí)間可控等優(yōu)點(diǎn)，其耐礦化度 ? ? 30 000 mg/L以上，在80 ℃時(shí)黏度可達(dá) ? ? ? ? ?43 000 mPa·s，可以滿足深部堵水調(diào)剖需要。但經(jīng)過計(jì)算，該制備過程使用的三劑總量約為使用油泥質(zhì)量的14%，不僅存在成本問題，也可能對(duì)地層潛在污染。

戴達(dá)山[19]等為懸浮型含油污泥調(diào)剖劑制備了專用的凝膠調(diào)剖劑，其具有良好的穩(wěn)定性和抗剪切性，配合懸浮型調(diào)剖劑使用，有效地避免了地層水和注入水的沖刷。李永泰[20]等向加水?dāng)嚢杞叼ず蟮挠湍嗉尤肴榛瘎⒔宦?lián)劑、促膠劑和聚合物，攪拌均勻得到調(diào)剖劑，成膠強(qiáng)度和時(shí)間可以通過調(diào)整添加劑加入量來實(shí)現(xiàn)，成膠后封堵率保持94%以上;經(jīng)過5個(gè)月50 ℃下老化，體系未出現(xiàn)脫水;經(jīng)過50倍孔隙體積的鹽水沖刷后，調(diào)剖劑的封堵率仍然達(dá)到93%，說明該調(diào)剖劑對(duì)油層進(jìn)行封堵后，具有較好的耐水沖刷能力。

為了克服常規(guī)含油污泥凝膠顆粒調(diào)剖劑懸浮性差的缺陷，李遵照[21]等將密度較小的植物秸稈填充到污泥凝膠顆粒中，具體過程為：將秸稈預(yù)處理，與油泥混合使其包裹在秸稈外層，加入交聯(lián)劑、單體、引發(fā)劑，通過聚合反應(yīng)制備含油污泥凝膠顆粒調(diào)剖劑，以秸稈為骨架的調(diào)剖劑具有較高的強(qiáng)度，吸水可達(dá)4.8～9.5倍、膨脹時(shí)間為5～28天，具有良好的膨脹能力和延遲膨脹性能。

2 ?含油污泥調(diào)剖劑的段塞組合研究

單一類型的含油污泥調(diào)剖劑特性上有一定的局限性，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)，往往根據(jù)地層特點(diǎn)選擇多種含油污泥調(diào)剖劑或是其他功能性堵劑分批注入，形成多段塞復(fù)合使用[22-23]。一般來說，其中前置段塞作用為降低地層吸收量，避免主段塞不被地層水稀釋;中間段塞為調(diào)剖主段塞;后段塞作用是隔離后續(xù)注入水與主段塞接觸，以免注入水侵入到主段塞破壞其穩(wěn)定性。

滕立勇[24]等以污水廠沉降罐底泥、浮渣和活性污泥為原料，針對(duì)不同的含油污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：沉降罐底泥，加入少量的聚丙烯酰胺和絮凝劑，制備成含油污泥高分子聚合物調(diào)剖劑;在活性污泥中加入了200目以上的超細(xì)固相顆粒和適量的懸浮劑、分散劑，將其調(diào)配成懸浮型調(diào)剖劑;在浮渣中添加懸浮劑、固化劑，制備成含油污泥高溫改性封口劑。針對(duì)3種不同條件區(qū)塊開展了26井次實(shí)驗(yàn)。與措施前周期對(duì)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。

劉強(qiáng)[25]等將含油污泥、超細(xì)水泥、四氟化硅、燒堿、鈉基膨潤(rùn)土按適當(dāng)比例復(fù)配制備了改性高溫封口劑;根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)計(jì)了含油污泥調(diào)剖劑的多段塞注入方式。地層虧空大的油藏，段塞組合使用含油污泥+油污泥改性高溫封口劑;高滲透大孔道、汽竄通道的油藏，使用含油污泥-含油污泥懸浮調(diào)剖劑-含油污泥改性高溫封口劑復(fù)合段塞?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，平均單井含水率降低6.28%，累計(jì)增油量

3 200 t，累計(jì)消耗含油污泥3.65×104 t，節(jié)約外委處置費(fèi)用近2千萬元，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

劉如杰[26]使用與上文一致的含油污泥改性封口劑，橫向比較了含油污泥懸浮型調(diào)剖劑、含油污泥凝膠型調(diào)剖劑和多種調(diào)剖劑組合段塞的注入效果。試驗(yàn)表明，封堵率隨著段塞數(shù)量的增大而升高，單一調(diào)剖劑封堵率在75%左右，兩段塞（懸浮型+封口劑或是凝膠型+封口劑）封堵率均在81%以上，三級(jí)及以上封堵率均在85%以上。選擇油泥懸浮型調(diào)剖劑+油泥凝膠型調(diào)剖劑+油泥懸浮型調(diào)剖劑+油泥改性封口劑進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合調(diào)剖，對(duì)采出液含泥率進(jìn)行30天跟蹤，結(jié)果表明采出液中含泥率調(diào)剖前后基本持平，說明未出現(xiàn)反吐現(xiàn)象;單一生產(chǎn)周期內(nèi)（500天以上），產(chǎn)油量增加2 161 t，增油效果十分明顯。

3 ?展 望

現(xiàn)階段含油污泥的處置無論是焚燒、熱解或是其他方法，產(chǎn)生的固體殘?jiān)际俏ｋU(xiǎn)廢物，最終去向大多為填埋。填埋存在填埋氣污染、滲濾液污染和永久占地、永久管理等無法避免的問題，在未來的應(yīng)用將被進(jìn)一步限制，處置成本也將大幅升高，對(duì)比之下，資源化利用已經(jīng)成為解決含油污泥污染問題的唯一有效途徑。

由于目前絕大部分油泥貯存場(chǎng)所未實(shí)行油泥的源頭分類管理，再加上聯(lián)合站和后續(xù)各級(jí)流程產(chǎn)生的油泥組成性質(zhì)差別很大，僅是粗獷混合存放的油泥直接作為調(diào)剖劑原料利用效果難以保證，筆者認(rèn)為應(yīng)該從含油污泥中固體物分級(jí)和含油污泥固體物的多級(jí)資源化利用兩個(gè)方面入手。

含油污泥固體物分級(jí)是應(yīng)用基礎(chǔ)。所謂油泥中固體物分級(jí)是指將含油污泥按照固體物不同粒徑范圍分離。固體物粒徑是油泥調(diào)剖劑應(yīng)用的重要限制性因素，現(xiàn)階段大量有關(guān)地層孔喉與粒徑對(duì)調(diào)剖效果方面的研究見于報(bào)道，這為油泥調(diào)剖劑制備提供了理論基礎(chǔ)[27-31]。建立穩(wěn)定的固體分級(jí)流程，選擇合適可作為調(diào)剖原料的油泥，是實(shí)現(xiàn)油泥調(diào)剖劑使用于不同地層環(huán)境的先決條件。

含油污泥的多級(jí)資源化利用是未來方向。現(xiàn)階段的油泥調(diào)剖劑均是通過添加大量添加劑使其中達(dá)到懸浮可泵狀態(tài)，最終使得油泥中的所有部分都得以回注。事實(shí)上，在前述固體物分級(jí)的基礎(chǔ)上，不妨考慮含油污泥的多級(jí)資源化利用：部分合適粒徑的油泥作為調(diào)剖劑原料，其余油泥可選擇性用于壓裂支撐劑制備、高分子聚合物填充劑或是建筑材料原料使用，通過多種資源化途徑協(xié)同“消化”油泥。

現(xiàn)有的研究重點(diǎn)聚焦添加劑的開發(fā)與使用，添加劑對(duì)于調(diào)剖劑性能非常重要，但同時(shí)也應(yīng)從原料的篩選進(jìn)行研究，與地層匹配度更高的原料往往意味著更好的調(diào)剖效果和更少的添加劑用量。另外，優(yōu)化段塞設(shè)計(jì)也應(yīng)是一個(gè)研究方向，對(duì)不同類型的調(diào)剖劑充分發(fā)揮作用，避免后續(xù)采油過程中將回注油泥再次采出。由上可知，含油污泥來源于地層，作為調(diào)剖劑原料回歸地層不僅可以解決石化上游企業(yè)含油污泥出路不暢的問題，而且也符合我國(guó)循環(huán)經(jīng)濟(jì)、綠色發(fā)展的根本要求。

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