姬塬油田含油污泥用于调剖的可行性研究

唐冬珠，王玉功，樊庆缘

（1.川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院，陕西西安710018；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西西安710018）

姬塬油田含油污泥用于调剖的可行性研究

唐冬珠1，2，王玉功1，2，樊庆缘1，2

（1.川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院，陕西西安710018；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西西安710018）

室内对姬塬油田含油污泥的组成、固相矿物成分和粒径分布进行了测量和分析。结果表明：含油污泥的固相含量达到29.87%，固相主要由赤铁矿、硫酸铅和硬石膏等矿物成分组成，固相颗粒粒径主要分布在5 μm～50 μm，平均粒径累积分布值d90平均为31.4 μm。分析了姬塬油田主要储层的物性特征，对污泥固相颗粒粒径与地层孔隙匹配性进行了研究，结果表明侏罗系延9层与含油污泥粒径匹配性较好，可实现对地层深部的有效封堵。

姬塬油田；含油污泥；匹配性

姬塬油田开发过程中产生的各类含油污泥，为充分处理和有效利用这些污泥，把含油污泥作为调剖剂回注到注水井是一种行之有效的方法，可同时实现处理含油污泥和降水增油的目的[1，2]。而对含油污泥颗粒粒径与地层孔喉的匹配性进行研究，有利于选择合适的地层进行调剖施工[3]。

1 含油污泥分析及固相粒径分布特征分析

对含油污泥的组成、固相矿物成分和粒径分布等性质进行分析，有利于更好的处理和作为调剖剂有效利用含油污泥。

1.1 含油污泥组分分析

含油污泥取自姬塬油田污泥储存点，主要为清罐和落地污泥，污泥样品呈黑色固体膏状态（见图1）。采用马弗炉焚烧法测量含油污泥的含水量、含油量和固相含量。具体测量方法：称取一定量的含油污泥，放置于120℃烘箱中烘48 h，计算出含水率；再放入马弗炉中焚烧4.5 h，计算出含油率和固含量。焚烧之后的污泥呈棕色粉末状（见图2）。通过分析，该油泥样品含水率为21.2%，含油率为48.93%，固相含量为29.87%。由此可见，含油污泥的油和泥沙含量高，这就决定了配制污泥调剖剂时应尽可能配成油包水型乳状液。另外，由于泥沙含量高，需要提高其悬浮性能。

1.2 矿物成分分析

采用X光衍射分析仪分析脱油污泥固相的矿物成分，该方法是将脱油后的含油污泥样品洗净烘干，烘干后的污泥固体粉末，利用X光衍射分析仪测定其矿物成分，结果（见图3），可以看出含油污泥矿物成分主要由赤铁矿、硫酸铅、硬石膏和少量云母组成。这些矿物密度大，容易沉降，这就需要提高其悬浮性能。

图1 油泥样品图

图2 油泥经焚烧的粉末状态

图3 污泥固相X光衍射分析结果图

1.3 含油污泥的粒径分析

采用环境扫描电镜（ESEM）测定了脱油处理后的含油污泥样品的微观形貌特征和粒径范围（见图4（a）～4（c））分别为脱油干燥后的油泥样品放大不同倍数后的图片。从图中可以看出，污泥固相主要以不规则颗粒的形式存在，粒径主要集中在5 μm～30 μm，对污泥颗粒粒径的分析，为筛选出与其粒径相匹配的储层孔喉范围提供了依据。

采用Zetasizer-Nano-ZS粒径分析仪测量了用煤油稀释100倍的且超声分散的含油污泥溶液，共测量六个样品，污泥颗粒直径与强度差结果（见图5），由于含油污泥组分复杂，并且稀释之后会缓慢沉降，所以六个样的实验结果偏差较大，污泥颗粒的粒径大小均分布在10 μm～50 μm。上述两种方法得到的结论基本是一致的。污泥颗粒粒径与累计强度（见图6），每次测得的d90都不同，六次测量的d90值依次为23.1 μm、24.2 μm、28.7 μm、33.0 μm、40.1 μm和39.3 μm，其平均值为31.4 μm。

图4 脱油污泥样品的ESEM照片

2 主要油藏特征及污泥与地层孔隙匹配性研究

2.1 姬塬油田主要储层的特点

姬塬油田区域构造属鄂尔多斯盆地伊陕斜坡，由侏罗系延安组和三叠系延长组构造组成，姬塬油田储层温度介于50℃～80℃，储层特征主要表现在孔隙结构具有小孔、细喉，孔隙结构极不均匀，微观非均质性强，天然微裂缝发育，对流体流动有较大影响。主力储层侏罗系延9层、三叠系长4+5和长8的储层特征（见表1）。

图5 污泥颗粒直径与强度差的关系图

图6 污泥颗粒粒径与累计强度关系图

表1 延9、长4+5和长8储层物性参数表

2.2 污泥固相颗粒粒径与地层孔喉尺寸的匹配关系

含油污泥中固体颗粒太小就不能产生有效封堵，而颗粒粒径过大则会导致注入困难，难以进入地层深部，而且还有可能伤害近井地带和油层。Hands等[4]依据“理想充填”理论，提出了d90规则，即当暂堵剂粒径累积分布曲线上的d90值（指90%的颗粒粒径小于该值）与储层的最大孔喉直径或最大裂缝宽度相等时，即可取得理想的暂堵效果。

在多孔介质中，当颗粒直径等于孔喉直径时，单个颗粒就可以对孔喉进行封堵。但当颗粒直径小于孔喉直径时，封堵现象也经常发生，这说明颗粒通过架桥的方式对孔喉进行封堵。即依据1/3架桥理论，当颗粒粒径大于地层孔径时，对地层孔隙产生堵塞；颗粒粒径小于地层孔径，但大于其1/3时，通过架桥对其产生堵塞。因此，须从含油污泥颗粒粒径与地层孔喉尺寸的匹配关系出发，筛选粒径分布相匹配的含油污泥作为调剖剂回注，避免其在近井地带沉降堆积并堵塞地层，实现其深部运移与有效处理。

含油污泥分散体系的封堵能力与污泥颗粒的大小相关，污泥颗粒的大小与地层孔喉尺寸有一定的匹配关系。对含油污泥颗粒的封堵性能的研究表明，当分散相是污泥颗粒时，其封堵能力与污泥颗粒直径和岩心孔径的大小密切相关，其关系（见图7）。

图7 污泥颗粒与地层孔喉直径的匹配关系图

由图7可知，当两个直径为d的污泥颗粒外切并与一直径为D的孔径内切时，即d＝0.50D；三个相同直径为d的污泥颗粒外切并与一直径为D的孔内切时，即d＝0.46D。污泥颗粒直径d大于孔径D时，微孔只允许分散介质通过，污泥无法通过，分散介质完全过滤后，污泥在滤膜表面形成滤饼；当污泥颗粒直径d小于微孔直径D但大于0.46D时，微孔一次最多同时允许两个污泥颗粒通过，此时污泥颗粒在微孔中无法形成架桥，封堵强度较小；当污泥颗粒直径d等于或小于0.46D时，微孔一次可允许三个或三个以上的污泥颗粒进入，此时污泥颗粒可在微孔中架桥，形成强度较大的封堵。污泥颗粒对地层孔喉的封堵除与污泥的粒径相关外，还取决于单位体积中颗粒的个数（即污泥颗粒的数密度），只有当污泥颗粒的数密度足够大，且流速适当，才可以使足够多的污泥颗粒同时处在微孔内，形成架桥封堵。

通过对姬塬油田主要油藏特征分析，三叠系长4+ 5和长8层渗透率很低，分别为1.44 mD和0.85 mD，孔喉中值半径均为0.26 μm，长4+5的平均孔径为35 μm，孔隙类型分别为粒间孔、粒间孔-溶孔，小孔细-微细喉。侏罗系延9层物性较三叠系长4+5和长8层好，其渗透率达到30.7 mD，孔喉中值半径均为1.20 μm，平均孔径为63.6 μm，孔隙类型为大孔中喉与中孔、中小喉。污泥颗粒粒径的d90值平均为31.4 μm。结合d90“理想充填”理论模型，污泥颗粒很难进入长4+5、长8层；对于延9层，0.46D＜d＜D，污泥颗粒能够进入孔喉，形成有效的封堵作用。因此，通过对污泥进行预处理，制成污泥调剖剂，同时调整好污泥固相浓度，可以实现污泥颗粒既能顺利进入地层孔隙深部，又能通过架桥作用形成较强的封堵。由此可见，含油污泥用于延9层调剖是可行的。

3 结论

（1）姬塬油田含油污泥具有含油率和固相含量高的特点，固相矿物成分主要由赤铁矿、硫酸铅和硬石膏组成，固相颗粒粒径主要分布在5 μm～50 μm，平均粒径累积分布值d90平均为31.4 μm。

（2）通过对姬塬油田主要储层物性分析以及污泥固相颗粒粒径与地层孔隙匹配性研究，侏罗系延9层与含油污泥粒径具有较好的匹配，可以实现对地层深部的有效封堵。

［1］高养军.含油污泥深部调剖技术研究［D］.大连：大连海事大学，2004.

［2］郑川江.海上油田含油污泥回注可行性研究［D］.成都：西南石油大学，2012.

［3］田耕虎.长6油层含油污泥复配深度调剖驱油技术研究［D］.西安：西安石油大学，2015.

［4］N.Hands，N.Kowbel，K.Maihanz.Drilling-in fluid reduces formation damage,increases production rates［J］.Oil and Gas Journal，1998，96（28）：65-68.

Feasibility study of Jiyuan oilfield oily sludge used for profile

TANG Dongzhu1，2，WANG Yugong1，2，FAN Qingyuan1，2
（1.CCDC Drilling&Production Engineering Technology Research Institute，Xi'an Shanxi 710018，China；2.National Engineering Laboratory for Exploration and Development of Low-Permeability Oil&Gasfield，Xi'an Shanxi 710018，China）

The Jiyuan oilfield oily sludge composition,solid mineral composition and particle size distribution were measured and analyzed in laboratory.The results show that the solid content of oily sludge reached 29.87%,solid phase is mainly composed of hematite,lead sulfate and anhydrite mineral components,the solid particle size is mainly distributed in the range of 5 μm～50 μm,the average particle size cumulative distribution value d90averaged 31.4 μm.Physical properties of the main reservoirs in Jiyuan oilfield were analyzed.The matching between the sludge particle size and formation pore was studied.The results show that the Jurassic Yan 9 layer is well matched with the oily sludge and can effectively block the deep formation.

Jiyuan oilfield；oily sludge；compatibility

TE622.14

A

1673-5285（2016）12-0010-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.12.003

2016－11-03

中石油集团川庆钻探科技攻关项目“利用油田采出污泥调剖工艺技术研究”，项目编号：CQ2016B-21-1-4。

唐冬珠，男（1984-），工程师，硕士，2011年毕业于中国石油大学（北京）提高采收率研究院应用化学专业，主要从事调剖堵水、压裂酸化相关研究工作，邮箱：tangdongzhu@163.com。