港西油田油泥砂處理技術(shù)研究及現(xiàn)場試驗

鄭妍 ZHENG Yan；劉愛欽 LIU Ai-qin

（中國石油大港油田第五采油廠，天津 300283）

0 引言

油氣開發(fā)過程產(chǎn)生的油泥砂主要是由重質(zhì)油包裹在吸水膨脹后的黏土礦物表面，形成“油包泥包水”懸浮顆粒，這種懸浮顆?；ハ嗾辰樱纬伞皥F粒結(jié)構(gòu)”的膏狀塑流體，未經(jīng)處理的油泥砂，積存年限久，長期占用場站生產(chǎn)設(shè)施，存在環(huán)保隱患，如何資源化利用油氣田開發(fā)過程中產(chǎn)生的油泥砂是綠色礦產(chǎn)建設(shè)的重中之重[1]，油泥砂取之于地層，是否可以通過調(diào)剖技術(shù)用之于地層，實現(xiàn)礦場閉環(huán)管理，攻關(guān)難點是根據(jù)油泥砂特性進行調(diào)剖體系研發(fā)、調(diào)剖選井及開展現(xiàn)場注入工藝試驗。

1 高固相油泥砂混懸調(diào)剖體系開發(fā)室內(nèi)試驗研究

1.1 油泥砂物性分析

針對港西油田不同沉降罐產(chǎn)生的油泥砂現(xiàn)場取樣化驗，利用熱失重分析儀和激光粒度分析儀，檢測油泥砂有機質(zhì)含量、泥砂固相、平均粒徑中值，為高固相油泥砂混懸調(diào)剖體系開發(fā)提供依據(jù)。結(jié)果見表1。

表1 各沉降池油泥砂樣品組分比重及粒徑數(shù)據(jù)表

通過實驗分析得知，港西油田油泥砂中有機質(zhì)的比重為22.42%～53.12%，且原油組分中以重質(zhì)油、瀝青膠質(zhì)為主，在原油有機物中占比大于70%。

1.2 油泥砂混懸調(diào)剖體系配方研發(fā)

流動性是解決油泥砂注入性的第一步，如果裹挾的砂子粒徑偏大，與地層孔隙孔喉不匹配，在注入過程中會出現(xiàn)堵泵、堵地層，造成調(diào)剖注入壓力上升快，或井下砂埋[2]。根據(jù)Stockes 沉降公式，利用高分子化合物/鈉基膨潤土增大體系的表觀粘度和空間位阻，減小顆粒沉降。

懸浮基液配置：聚合物0.3%和泥漿5%，兩種溶液的體積比1～3。為了對比懸浮效果，以及考察油泥砂自身的攜帶能力，另外對油泥砂進行2 倍體積地層水稀釋，觀察靜置后析出5%自由水的時長。其中A 表示0.3%聚合物∶5%泥漿=2；B 表示2 倍體積地層水稀釋。實驗結(jié)果見表2。

表2 懸浮基液懸浮性對比實驗數(shù)據(jù)表

考慮到在一定排量注入，水體流動擾動有助于延長油泥砂混懸調(diào)剖體系中固相顆粒的沉降時間。通常認為大于30min 沉降時間可視為懸浮性能滿足調(diào)剖注入要求。通過實驗數(shù)據(jù)得出，在滿足地層孔喉大于3 倍顆粒直徑的前提下，對于粒徑＜70μm 的油泥砂顆粒，可以直接用水稀釋攜帶，試驗應(yīng)用嚴重竄流地層調(diào)剖；對于70μm＜粒徑＜125μm可應(yīng)用0.3%聚合物和5%泥漿的懸浮攜帶液；而對于粒徑＞125μm 的固相物，不建議應(yīng)用簡單的懸浮攜帶液進行調(diào)剖注入。

油泥砂混懸調(diào)剖體系是以泥砂為主的無機顆粒調(diào)剖劑，不同粒徑范圍的油泥砂適應(yīng)不同井況調(diào)堵應(yīng)用。通過控制油泥固含量、分散劑、懸浮劑的加量，可獲得懸浮穩(wěn)定、不同剪切粘度的油泥調(diào)剖體系配方，見表3。

表3 油泥砂調(diào)剖體系配方表

1.3 調(diào)剖體系注入性、封堵性評價

室內(nèi)采用大型離心機按照500rpm～1500rpm 不同轉(zhuǎn)速，獲得粒徑范圍小于30μm 的A 型油泥砂和粒徑30μm～100μm 的B 型油泥砂。

對A 型油泥砂加入現(xiàn)場水稀釋，B 型油泥砂加入2‰聚合物溶液稀釋，獲得不同固相含量的油泥砂基礎(chǔ)體系。對基礎(chǔ)體系添加乳化劑、懸浮劑、分散劑等，調(diào)制油泥砂調(diào)剖體系的懸浮能力達到30min 不沉降即可。

采用50cm 多點測壓的石英砂填砂管模擬調(diào)剖目的層，參數(shù)見表4。

表4 填砂管物性參數(shù)表

1.3.1 固含量10%油泥砂A 型、B 型調(diào)剖體系注入性評價

體系的注入性隨著固含量的升高會降低，選用固含量10%油泥砂調(diào)剖體系代表著A 型、B 型調(diào)剖體系各自最佳的注入性，同時避免了調(diào)剖效率低、固含量低導(dǎo)致的井組竄流問題，建立各自與調(diào)剖目的層Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型的注入性匹配關(guān)系。（圖1）

圖1 固含量10%油泥砂調(diào)剖體系注入性、封堵能力實驗

從圖1 可以看出，10%的固含量的A 體系，滿足全部調(diào)剖目的層，尤其是Ⅰ、Ⅱ型地層，最大注入壓力0.65MPa，基本不阻礙。而B 體系除了Ⅰ型地層能平穩(wěn)注入，注入壓力最大3.4MPa，Ⅱ、Ⅲ型地層，注入壓力增速很快，Ⅲ型地層在注入0.5PV 時注入壓力已大于10MPa。

1.3.2 不同固含量下油泥砂A 型、B 型調(diào)剖體系注入性、封堵能力評價

優(yōu)化不同固含量下A 型、B 型體系的注入性，在保證安全注入性的前提下獲取最優(yōu)的固含量范圍，實驗設(shè)計了A 型體系固含量20%、30%、40%、50%，實驗調(diào)剖目的層Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型；B 體系固含量20%，實驗調(diào)剖目的層Ⅰ型。實驗結(jié)果見表5。

表5 不同固含量油泥砂調(diào)剖體系注入性評價數(shù)據(jù)表

以上實驗表明，如果選擇A 體系，根據(jù)不同調(diào)剖目的層可以在固含量10%-40%之間調(diào)整封堵強度，但若選用B 體系應(yīng)相對謹慎。B 體系不適合深部調(diào)剖，固含量10%時即可對最疏松的調(diào)剖目的層Ⅰ型建立明顯的滲流阻力。

1.3.3 調(diào)剖劑組合封堵能力實驗結(jié)果

根據(jù)上述實驗結(jié)果，對Ⅰ型地層，實驗設(shè)計固含量30%的A 體系；對于Ⅱ型地層，實驗設(shè)計固含量20%的A體系。油泥砂調(diào)剖體系（表6 簡稱T）與聚合物凝膠體系（表6 簡稱G）總計注入量0.5PV。按照常用段塞組合實驗設(shè)計見表6，調(diào)剖后實驗結(jié)果見圖2、圖3。

圖2 調(diào)剖目的層Ⅰ型調(diào)剖劑組合體系封堵能力評價圖

圖3 調(diào)剖目的層Ⅱ型調(diào)剖劑組合體系封堵能力評價圖

表6 調(diào)剖劑段塞組合實驗設(shè)計表

從實驗結(jié)果來看，油泥砂調(diào)剖體系與凝膠調(diào)剖劑的組合調(diào)剖，不論是哪種段塞組合，對Ⅱ型地層的封堵能力普遍比Ⅰ型地層要強，平均壓力增幅在1-2MPa。單獨的體系都存在后期被注入水突破后壓力迅速降低，這種規(guī)律在以油泥砂體系為前置段塞，凝膠體系為后置段塞的調(diào)剖劑組合中也得到同樣體現(xiàn)，如實驗3 和9。而以凝膠作為前置或局部阻擋，后置油泥砂調(diào)剖體系封堵能力強，如實驗4、5、6 和實驗10、11、12。

2 油泥砂調(diào)剖配套工藝研究

2.1 沉降池油泥砂預(yù)處理工藝研究

油泥砂預(yù)處理裝置共包含5 個系統(tǒng)：高壓稀釋系統(tǒng)、螺桿泵系統(tǒng)、螺旋提升系統(tǒng)、滾動篩分系統(tǒng)、皮帶傳輸系統(tǒng)（見圖4）。污油池內(nèi)的原始產(chǎn)出油泥砂經(jīng)高壓稀釋系統(tǒng)進行攪拌稀釋，由螺桿泵系統(tǒng)傳輸?shù)綕L動篩分系統(tǒng)進行不同粒徑級別的分選，經(jīng)篩分處理后的油泥砂由罐車運輸?shù)礁鲉尉c進行調(diào)剖施工。其中，滾動篩分系統(tǒng)是該裝置的核心，可以通過控制篩網(wǎng)的大小滿足現(xiàn)場對油泥砂粒徑的需求，確保了油泥砂來料的穩(wěn)定性及注入性能[3]。

圖4 油泥砂預(yù)處理裝置流程圖

2.2 耐磨型大行程柱塞泵調(diào)剖工藝

針對常規(guī)調(diào)剖泵柱塞鋼套不耐磨導(dǎo)致后期密封不嚴等問題，更換陶瓷內(nèi)套并加大柱塞行程，滿足施工排量＜20m3/h，粒徑＜8mm，固含量＜40%調(diào)剖注入要求。

工藝流程如圖5：油泥砂經(jīng)運輸車裝運至井場泥砂型混配調(diào)剖配液裝置（簡稱地罐），地罐蓄水1/3 容積后啟動攪拌器，攪拌30min-2h（期間根據(jù)卸車油泥砂含水、粘度調(diào)整其與配液水的比例1:1-1:5，按需添加分散劑、懸浮劑），啟動提升泵將配液后的油泥砂分散體系提升至調(diào)剖加藥罐，繼續(xù)攪拌30min，啟動調(diào)剖泵開始施工。

圖5 油泥砂調(diào)剖流程示意圖

3 現(xiàn)場試驗應(yīng)用

3.1 調(diào)剖選井及設(shè)計優(yōu)化

3.1.1 選井標(biāo)準(zhǔn) 經(jīng)過室內(nèi)物模研究，確定油泥砂調(diào)剖選井應(yīng)滿足條件見表7。

表7 油泥砂調(diào)剖選井條件表

3.1.2 調(diào)剖設(shè)計優(yōu)化 按照選井標(biāo)準(zhǔn)，確定X48、X79井為采出液沉積物調(diào)剖優(yōu)選井，見表8。

表8 X48、X79 井生產(chǎn)數(shù)據(jù)表

3.2 現(xiàn)場試驗

X48 和X79 井共計注入高固相油泥砂混懸調(diào)剖10160m3，平均壓力增幅0.8MPa。有效期內(nèi)受益油井累計純增油613 噸。

4 結(jié)論

①油泥砂調(diào)剖體系固相顆粒粒徑是影響調(diào)剖注入性的首要影響因素，在控制固相顆粒粒徑的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整體系的固相濃度可提高體系對地層的封堵性。

②油泥砂調(diào)剖體系自身調(diào)剖存在被稀釋、易突破的缺陷。與凝膠調(diào)剖體系組合使用時，應(yīng)將凝膠體系作為前置段塞形成阻擋，能削弱油泥砂調(diào)剖體系被稀釋的不足，同時能發(fā)揮其架橋封堵能力。