含油污泥调剖剂的制备与性能评价

2024-01-22杜洁谢磊谢辉魏婷赵勇王凤清

精细石油化工 2024年1期

杜洁,谢磊,谢辉,魏婷,赵勇,王凤清

(1.中国石油天然气股份有限公司新疆油田分公司实验检测研究院,新疆克拉玛依 834000;2.中国石油天然气集团公司砾岩油气藏勘探开发重点实验室,新疆克拉玛依 834000;3.中国石油天然气股份有限公司新疆油田分公司石西油田作业区,新疆克拉玛依 834000)

含油污泥是石油生产过程中排出的固体废物,主要来源于污水沉降罐底、三相分离器底及现场储罐等[1],其主要成分为水、泥沙、胶质和细菌、重金属、苯系物等有毒有害物质[2-3]。据统计,我国每年产生的含油污泥量约5×106t[4-6]。因此,从环境保护和资源回收的角度考虑,油田亟需对含油污泥进行无害化处理[7-8]。

常用于处理含油污泥的技术有热处理、溶剂萃取和调制-机械处理等[9-12],存在处理成本较高、易造成二次污染等问题。含油污泥来源于地层,与地层的配伍性良好,将其作为调剖材料,具有取材方便、处理含油污泥量大、实现降本增效等优势[13-14]。因此,将含油污泥制成调剖剂是一种行之有效的绿色无害化处理方式。

本文分析了新疆油田采油二厂81号联合站含油污泥的组分特征、矿物含量及粒径分布,采用悬浮乳化、凝胶增黏的方式对悬浮剂、交联剂等配方进行优化,制备出性能良好的悬浮型、凝胶型两种含油污泥调剖体系。

1 实验

1.1 主要原料及仪器

悬浮剂(D-1、H-1、Y-1、F-1、H-Y、J-2、Z-2、B-P、P-R、H-J)、部分水解聚丙烯酰胺、酚醛交联剂,工业级,克拉玛依市正诚有限公司;乳化剂(LAB-35、DHSB-35、HSB1214-40、HHSB-40、AOE9-99、OP10-99、APG0814-50、TX-99、L100、SLTZ-70)、氢氧化钠,分析纯,国药集团化学试剂;膨润土,工业级,新疆油田采油二厂。人造岩心(直径2.5 cm,长5～7 cm),实验用水为现场地层水,矿化度为10 mg/L,主要离子类型(mg/L):Na2CO3,3.165;NaCl,1.110;Na2SO4,0.240;NaHCO3,0.082;CaCl2,2.566;MgCl2,0.091。

MCR301流变仪,上海安东帕商贸有限公司;Zetasizer-ZS粒径分析仪,西安明克斯检测设备有限公司;X射线衍射仪,北京西润斯仪器仪表有限公司。

1.2 含油污泥成分测定

含水率测定:使用蒸馏法测试含水率。将5 g含油污泥试样置于蒸馏装置中加热,试样中的水分被蒸发出来,通过冷凝管储存到接收器的刻度管中,待刻度管中的水量不变时,得到含油污泥的含水量,计算含水率。

含固率测定:将剩余试样进行减压抽滤,除去溶剂油及杂质。放入100 ℃烘箱中至试样干燥完全,称量,计算含固率及含油率。

采用X射线衍射仪分析含油污泥中的矿物组成;采用Zetasizer-ZS粒径分析仪分析含油污泥固相颗粒粒径。

1.3 岩心渗透率对含油污泥注入性影响测定

实验步骤:1)制作不同渗透率的岩心;2)水测岩心渗透率;3)注入含油污泥并在岩心出口接流出液至注入压力到9.0 MPa,记录压力变化情况。

1.4 含油污泥调剖剂的选择性封堵能力测定

制备高低渗透率岩心,分别独立测定岩心的水相渗透率;采用平行并联装置模拟有层间夹层的油藏,注入含油污泥调剖剂至压力9.0 MPa;从装置中取出岩心,清除端面污泥;分别独立测定两块岩心的水测渗透率;将岩心端面截去0.5 cm,再次水测岩心渗透率。

2 结果与讨论

2.1 含油污泥成分分析

污泥池的中部含油污泥呈黑色低黏度液体,底部含油污泥呈黑色黏稠膏体,常温下与水不互溶。含油污泥组成见表1,主要矿物成分见表2,固相粒径分布见表3。

表1 含油污泥组成

表2 含油污泥X射线衍射结果

表3 含油污泥固相粒径

由表2和表3可见,含油污泥的主要矿物成分包含CaCO3、MgO、SiO2等。固相颗粒的粒径主要分布在1～100 μm,粒径为10～50 μm颗粒的质量分数为61.23%,且粒径分布较为集中。因此,该含油污泥适用于注水井调剖,封堵水窜通道。

2.2 含油污泥悬浮体系的制备因素考察

2.2.1 悬浮剂与分散剂筛选

悬浮剂可悬浮乳状液中的颗粒物质,减缓颗粒沉降速度。为使含油污泥悬浮体系具有良好性能,实验筛选了10种不同悬浮剂,并通过分层时间和黏度对其进行评价(悬浮剂质量分数均为0.2%),结果见图1。可以看出D-1、Z-2、H-J的加入使含油污泥悬浮体系的分层时间在18 h以上。考虑到现场泵送条件及成本,最终选用Z-2作为含油污泥悬浮体系的悬浮剂。

图1 悬浮剂与体系分层时间和黏度的关系

分散剂可降低油、水、固三相界面张力,使其形成均一稳定的乳状液。实验筛选了质量分数为0.2%的10种分散剂。如图2所示,TX-99、L100、SLTZ-70的分层时间均为2 h,TX-99的降黏效果更好。因此,选择TX-99作为分散剂。

图2 分散剂与体系分层时间及黏度的关系

2.2.2 含油污泥悬浮体系质量分数的确定

为最大程度的处理含油污泥,在确定含油污泥调剖悬浮剂及分散剂时,首先要确定含油污泥的携带量,而携带量根据黏度来确定。据此,研究了含油污泥质量分数30%～60%、悬浮剂质量分数0.1%和0.2%、分散剂质量分数0.05%～0.2%配方下的调剖体系分层时间及黏度。由表4可见,随着含油污泥质量分数的增加,该悬浮体系分层时间、黏度逐渐增大。当加入0.1%分散剂时,体系黏度约为105 mPa·s(图3)。综合分析,含油污泥悬浮体系的最佳配方为30%含油污泥+0.1%Z-2悬浮剂+0.1%TX-99分散剂。

图3 不同分散剂质量分数下含油污泥悬浮体系的黏度

表4 不同配比下含油污泥悬浮体系各个指标变化

2.2.3 注入性能评价

考察了含油污泥在不同渗透率岩心中的注入性,结果见表5。

表5 不同渗透率污泥调剖物模实验

由表5可见,当岩心渗透率小于3.0 μm2时,含油污泥堆积在岩心的端面注不进去,出口端只有清水流出,注入压力在很短时间内增加至9.0 MPa;当渗透率在3.0～8.3 μm2时,含油污泥能够注入,但含油污泥在岩心中运移能力差,岩心出口端有含油污泥流出但流出含油污泥量少,注入压力在较短时间内增加至9.0 MPa;当渗透率大于8.3 μm2,含油污泥很容易注入岩心,注入含油污泥到出口端流出含油污泥时间很短,注入压力呈曲折上升趋势。综上所述,含油污泥的注入性与渗透率有很大的关系,存在含油污泥能够注入的最小渗透率。渗透率越大,含油污泥越容易注入岩心,因此该体系适合于高渗透的储集层条件。

2.3 含油污泥凝胶体系评价

优选的含油污泥悬浮体系,虽然能起到填充裂缝的作用,但耐冲刷性较弱,无法实现在裂缝中长期稳定存在。因此,在此基础上加入脲醛交联体系以制得稳定的含油污泥脲醛凝胶体系,满足封堵要求。

2.3.1 基液黏度

体系基液黏度受含油污泥质量分数与交联剂质量分数影响较大,不同含油污泥及交联剂质量分数对基液黏度的影响见图4、图5。

图4 不同含油污泥质量分数对体系基液黏度的影响

图5 交联剂质量分数对体系基液黏度的影响

由图4可见,随着含油污泥质量分数的增大,基液黏度先增加后减少,这是由于含油污泥质量分数越大,体系中细菌等杂质越多,不利于交联体系成胶。当含油污泥质量分数为40%时,基液黏度可达130.3 mPa·s。随着交联剂质量分数的增加,基液黏度逐渐增加;当其质量分数为0.2%时,体系达到平衡。

2.3.2 含油污泥凝胶体系成胶性能

控制含油污泥质量分数为30%,加入质量分数0.05%～0.25%的PA-1交联剂,在50 ℃考察不同质量分数交联剂对体系成胶的影响结果见图6。由图6可见,随着交联剂质量分数增大,体系黏度逐渐增加且成胶时间逐渐减小。当质量分数为0.2%时,该体系成胶强度基本稳定。

图6 交联剂质量分数对体系成胶时间及成胶强度的影响

保持交联体系配方质量分数不变,改变含油污泥质量分数(10%～50%)制备含油污泥脲醛凝胶体系。如图7所示,随着含油污泥质量分数的增大,黏度呈现先上升后下降趋势,且成胶时间缩短,当含油污泥质量分数为30%时,体系黏度最大(15.9 Pa·s)。综上所述,含油污泥脲醛凝胶配方体系优化配方为30%含油污泥+0.3%聚合物+0.2%交联剂+0.03%促进剂+0.03%稳定剂。

图7 含油污泥质量分数对体系成胶时间及成胶强度的影响

2.3.3 含油污泥凝胶体系性能评价

温度对含油污泥凝胶体系的成胶时间的影响见图8。由图8可见,温度越高,成胶时间越短,且凝胶强度受到影响。所以在溶液成胶后,考察其长期稳定性至关重要。以黏度变化作为稳定性的评价指标,黏度值波动越小,说明含油污泥凝胶体系越稳定。150 d内含油污泥凝胶体系的黏度随时间的增大,总体变化不大,基本维持在15 Pa·s左右(图9)。说明该配方体系在地层温度为50 ℃的条件下稳定性良好,可以起到延长含油污泥颗粒停滞时间,实现封堵的目的。