用含油污泥制备油田调剖剂

2014-04-12于春涛王百坤

化工环保 2014年2期

常虹，于春涛，王百坤

（中国石油吉林油田分公司采油工艺研究院，吉林松原 138000）

吉林油田由于原油开采、油田集输过程以及修井作业、管线泄漏、储罐清污罐的含油污泥等原因产生大量的含油土壤、含油污泥。其中，来源于污水罐的含油污泥由于污泥量大、矿化度高、含油多，外排会造成土壤板结与碱化，对周围环境造成严重污染，致使污泥在水罐中长期积存，造成水质变差，影响到油田注水的正常运行［1］。若不经处理直接排放，不仅污染环境，而且也是对污泥中原油资源的浪费，同时也不符合GB 18598—2001《危险废物填埋污染控制标准》的要求。含油污泥的无害化处理方法一般有焚烧法、生物处理法、热洗涤法、溶剂萃取法、化学破乳法、固液分离法等［2］。近年来，全国各大油田都在研究适合于本油田油藏特点的含油污泥调剖技术。该技术利用含油污泥与地层之间良好的配伍性，以及含油污泥黏土颗粒的封堵性能，将含油污泥用于油田注水井调剖。该技术不但变废为宝，降低了调剖成本、增加了驱油效果，同时部分解决了环境污染问题，具有良好的经济效益和社会效益［3］。

本工作采用油田含油污泥研制了油田调剖剂（含油污泥调剖剂），对其性能进行了评价，并进行了现场应用，取得了较好的经济效益。

1 实验部分

1.1 试剂、材料和仪器

聚丙烯酰胺（以下简称聚合物）：工业级，相对分子质量2×107，水解度21.6%；有机交联剂A、稳定剂B：自制。

含油污泥：中国石油吉林油田分公司油田现场含油污泥；调剖剂配制用水：中国石油吉林油田分公司油田现场注入污水，矿化度3 300 mg/L。

DV-II型黏度计：美国Brookfield公司；LA-950型激光粒度仪：日本堀场集团；DSTP-111型调剖堵水流动试验仪：山东中石大石仪科技有限公司。

1.2 实验方法

如无特殊说明，实验均在模拟油藏温度30 ℃条件下进行。

1.2.1 调剖剂的研制

根据含油污泥的特性，筛选适合油藏温度条件下的乳化剂、交联剂以及稳定剂，制成含油污泥调剖剂。在聚合物加入量（w，下同）分别为0.15%，0.20%，0.25%，0.30%，交联剂A加入量为0.30%（w，下同）和稳定剂B加入量为0.15%（w，下同）的条件下配制调剖剂。将未加入含油污泥的调剖剂置于烘箱内，成胶后测定其黏度，以确定聚合物用量。保持聚合物加入量为0.20%，考察不同交联剂A加入量（0.10%，0.20%，0.30%，0.40%）对成胶性能的影响，以确定交联剂用量。在30 ℃烘箱内保持恒温，考察不同含油污泥加入量（w，下同）（10%，15%，20%）对调剖剂黏度的影响。

1.2.2 调剖剂的性能评价

在最佳配方和模拟油藏温度20～100 ℃的条件下，考察含油污泥调剖剂的温度适应性。针对目标区块油藏渗透率，采用100～150目的石英砂充填2.5 cm×100 cm的填砂管岩心，进行常规调剖剂与含油污泥调剖剂的岩心封堵性能对比实验：聚合物的加入量为0.20%，交联剂A的加入量为0.30%，稳定剂B的加入量为0.15%，注入量分别为0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6 PV（PV为岩心孔隙体积），测定含油污泥调剖剂的岩心封堵率［4］。

1.3 分析方法

选取含油污泥试样进行蒸馏，测试含水率、固含量；采用激光粒度仪测量粒径分布。

1.4 现场应用注入工艺的设计

采用加热、沉降分离、化学处理等方法处理含油污泥，并与其他成分混配搅拌均匀，制成含油污泥调剖剂。采用间歇式注入、分层多轮次注入等多种方式结合运用的方法注入含油污泥调剖剂，以保证调剖的整体效果。现场应用污泥调剖剂的工艺流程见图1。

图1 现场应用污泥调剖剂的工艺流程

2 结果与讨论

2.1 含油污泥的分析结果

取样分析结果表明，含油污泥的固含量为63.6%（w），pH=6.9，粒径主要为10～300 μm（约占80%），粒径的分布较为集中，具备了进入地层和封堵水窜通道的条件，适合用于注水井调剖［5］。详细数据见表1和表2。

表1 含油污泥的物性

表2 含油污泥的粒径分布 %

2.2 含油污泥调剖剂的研制

含油污泥加入乳化剂制备成调剖剂后，使含油污泥大量回注地层成为可能。但由于含油污泥的耐冲刷性较差，回注后不能长期滞留在地层中。为了避免回注地层的含油污泥又随采出液回到地面，再次成为含油污泥，研制出可控强度的凝胶调剖剂，将回注地层的含油污泥封堵在地层中。

2.2.1 聚合物加入量的确定

聚合物加入量对成胶黏度的影响见表3。由表3可见，当交联剂A、稳定剂B加入量一定时，随聚合物加入量的增大，成胶黏度增大，成胶时间缩短。这是因为在一定条件下，聚合物分子的水力学半径是一定的，随聚合物加入量的增加，聚合物分子之间碰撞、缠绕的几率较大，与交联剂反应的聚合物分子较多，增加了聚合物分子之间的作用力，导致成胶黏度增大、成胶时间缩短。综合考虑性能成本等因素，在交联剂A、稳定剂B的加入量分别为0.30%和0.15%的条件下，确定聚合物的加入量为0.20%。

表3 聚合物加入量对成胶黏度的影响

2.2.2 交联剂A加入量的确定

保持聚合物加入量为0.20%、稳定剂B加入量为0.15%不变，考察不同聚交比（聚合物与交联剂的质量比）对成胶性能的影响，实验筛选出最适宜的聚交比为1∶1.5，调剖剂的最佳配方为：聚合物0.20%，交联剂A 0.30%，稳定剂B 0.15%。调剖剂成胶后完全挂起，黏度可达12 000 mPa·s，成胶时间24 h，完全满足现场注入需求，详细数据见表4。

表4 交联剂加入量对成胶黏度的影响

2.2.3 含油污泥加入量对调剖剂黏度的影响

含油污泥加入量对调剖剂黏度的影响见图2。由图2可见，含油污泥加入量为10%～20%时，恒温时间超过36 h，调剖剂黏度保持在12 000 mPa·s以上。

图2 含油污泥加入量对调剖剂黏度的影响加入量/%：● 10；■ 15；▲ 20

2.3 含油污泥调剖剂的性能评价

2.3.1 含油污泥调剖剂的温度适应性

温度对含油污泥调剖剂黏度保留率的影响见图3。由图3可见：温度低于80 ℃时，含油污泥调剖剂的黏度保留率大于80%；高于80 ℃时，黏度保留率的降幅增大，这说明该体系的适应温度应低于80 ℃。

图3 温度对含油污泥调剖剂黏度保留率的影响

2.3.2 含油污泥调剖剂的岩心封堵性能

不同调剖剂的岩心封堵率见图4。由图4可见：含油污泥调剖剂对岩心的封堵率比常规调剖剂高3.5%，且二者对岩心的封堵率均大于90%；两种调剖剂的岩心封堵率均随注入量的增加而增加。含油污泥调剖剂具有较好的岩心封堵性能［6］，能将含油污泥封存在地层中，在处理含油污泥的同时能有效改善吸水剖面，增加中、低渗透层的吸液量，提高注入水的波及体积。

3 现场应用

3.1 段塞设计

物理模拟实验采用聚合物以及聚合物+含油污泥调剖剂注入，观察注入压力的变化情况。不同段塞组合方式的注入压力见表5。由表5可见，不同段塞的注入导致注入压力增幅不同。因此，现场设计采用多段塞、多轮次、逐渐提高封堵剂强度、逐渐封堵的方法［7］，以克服常规注采方法中不同渗透区带流度差异大而形成局部窜流的弊端，进而提高油藏整体的驱替效率。

图4 不同调剖剂的岩心封堵率● 含油污泥调剖剂；■ 常规调剖剂

表5 不同段塞组合方式的注入压力

3.2 现场应用情况与经济效益分析

含油污泥调剖剂研制成功，在低渗透裂缝性储层现场应用5井次，累计处理含油污泥1 880 t。注水井的注水压力平均上升2 MPa，日增油2 t，综合含水率下降2%，累计增油160 t，减水6 500 m3，经济创效583 000元，投入产出比1∶1.5。注水剖面得到改善，起到了封堵水流优势通道、扩大注入波及体积的目的，且具有较好的经济效益。经济效益的计算方法如下：