海上油田注水水质对储层伤害的模拟实验*

2020-06-01刘文辉郑玉飞

化工科技 2020年2期

刘文辉，郑玉飞

(中海油田服务股份有限公司，天津 300450)

海上油田一般都采用强注强采的生产模式[1-3]，为减轻产出污水的处理压力，普遍采用清污混注的注水方式[4-5]，但回注污水成分复杂[6]，加之水处理流程短、处理量大，传统的“三段法”处理工艺已无法满足现场需求[7],引发了一系列的问题。(1)注水水质指标不佳，含油量、悬浮物含量等过高，导致注水压力攀升快、欠注[8]；(2)水质差导致酸化、防膨等增产措施的效果差且有效期短[9]；(3)井筒结垢严重，除、防垢等措施的费用不断增加[10]。为探究注入水对储层渗透率的伤害程度，作者采用岩心模拟实验的方法，考察了注入水中悬浮物和油对岩心的伤害程度，为渤海油田注水水质控制和改善提供了实验依据。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

石英砂：天津北辰石英砂销售有限公司；油：海上某平台脱水原油，加入乳化剂后经Fluka高速搅拌机在不同转速下制备[3]；人造岩心：长度为6.95 cm，直径为2.5 cm，海安岩心石油仪器有限公司。

岩心驱替装置：海安石油科技仪器有限公司；真空干燥箱：DZF-6050，华利达实验设备公司；电子天平：HZY-B320，上海鼎拓实业有限公司；水中含油分析仪：Horiba OCMA-350，上海默西科学仪器有限公司。

1.2 实验方法

注入水堵塞性评价实验在岩心驱替装置上进行，实验方法如下。

(1)使用质量分数为2%的KCl溶液饱和岩心，并测量岩心的孔隙体积；

(2)使用质量分数为2%的KCl溶液驱替饱和好的岩心，驱替速度为0.1 mL/min，直至驱替压力稳定，根据达西公式计算出岩心的初始渗透率值Ki；

(3)根据实验要求，用不同质量浓度和粒径的悬浮物、油驱替岩心，并根据达西公式计算驱替结束后的岩心渗透率值K堵塞；

(4)按照公式(1)计算岩心伤害率；

(1)

(5)实验装置见图1。

图1 岩心驱替流程图

2 结果与讨论

2.1 注入量的影响

配制模拟ρ(悬浮物)=15 mg/L、粒径中值为2.6 μm的注入水，在恒定流速下让注入水持续流过初始渗透率为102.51×10-3μm2的岩心，测定岩心渗透率随注入量增加的变化情况。悬浮物注入体积对岩心的伤害性见图2。

注入量/PV图2 悬浮物注入量对岩心的伤害性

由图2可知，在ρ(悬浮物)和粒径一定的条件下，随着累计注入孔隙体积倍数的增加，岩心伤害率逐渐增加，当注入悬浮物达到30 PV，伤害率为25.06%，注入100 PV时伤害率为35.99%。

2.2 ρ(悬浮物)和粒径的影响

实验研究了岩心渗透率、ρ(悬浮物)及粒径变化对岩心伤害率的影响，结果见图3。

由图3a可知，随着岩心渗透率的增加，注入15 mg/L、粒径中值2.6 μm的悬浮物30 PV时，岩心伤害率逐渐减小；由图3b可知，当注入一定粒径中值的悬浮物时，随着ρ(悬浮物)的增加伤害率增大，对约100×10-3μm2的岩心，当ρ(悬浮物)=5 mg/L，注入30PV时伤害率小于10%，而ρ(悬浮物)>10 mg/L，注入30PV时伤害率大于25%；由图3c可知，当注入ρ(悬浮物)一定时，随着悬浮物粒径中值的增加伤害率增大，对约100×10-3μm2的岩心，当悬浮物粒径中值为1.3 μm时，注入30PV时伤害率仅为6.48%，而如果悬浮物粒径超过2.6 μm，注入30PV时伤害率大于25%。

岩心渗透率×103/μm2a 岩心渗透率的影响

ρ(悬浮物)/(mg·L-1)b ρ(悬浮物)的影响

悬浮物粒径/μmc 悬浮物粒径的影响图3 悬浮物对岩心的伤害性

2.3 油的影响

选取渗透率为110×10-3μm2的岩心，分别改变ρ(油)及粒径中值，测定注入30PV时岩心渗透率的变化。油滴粒径为12 μm，水中ρ(油)对岩心伤害性见图4，ρ(油)=20 mg/L时，油滴粒径对岩心伤害性见图5。

ρ(油)/(mg·L-1)图4 ρ(油)对岩心的伤害性

油滴粒径/μm图5 油滴粒径对岩心的伤害性

由图4和图5可知，与悬浮物变化规律相同的是，随着ρ(油)和粒径中值的增加伤害率增大；不同的是，油对岩心的伤害性要远低于悬浮物，这是由于油滴在孔隙介质中运动时，呈稳定态的液相油滴仍能通过变形而挤过尺寸略小于自身尺寸的孔隙吼道，降低对岩心的伤害性[5]。

2.4 悬浮物和油的叠加影响

配制ρ(油)=10 mg/L、粒径中值为10 μm的注入水，改变水中ρ(悬浮物)，测定注入30PV时岩心渗透率的变化，具体情况见图6。由图3～图6可知，同时含有悬浮物和油的注入水的岩心伤害率更大。当油和悬浮物同时存在时，一方面，悬浮颗粒吸附在油滴表面，加大了油滴尺寸，增加了油滴稳定性，使得油滴的伤害性增强；另一方面，此时的悬浮物颗粒间更易发生桥联堵塞岩心孔隙吼道，因而伤害率增大。