火烧山油田含油层系(H)为二叠系平地泉组，自上而下分为4个油层组(H1、H2、H3及H4)，属典型的多层、复杂裂缝性特低渗、低流度砂岩油藏。2019年产油量约19×104 t，年产含油污泥3 000 m3。目前，由于条件所限，火烧山油田含油污泥的堆放量累计有2.6×104 m3。该含油污泥具有黏度大、乳化程度高，油泥水三相分离困难的特点[1-2]，给油田环境保护带来较大的压力。
近年来，国内外对含油污泥的主要处理方法有萃取法、焚烧法、生物法、热解法等，但这些处理技术不仅难度较大且成本较高[3]。一些油田已经开展了油泥调剖技术的研究，将油泥经过处理后变成调剖剂，对注水井进行调剖。含油污泥固体颗粒“团聚”在一起，然后沉降在大的孔道中，从而起到封堵、改善渗流方向的作用，增加了井下注水波及体积。从目前的应用效果来看，污泥调剖均起到一定的增产效果且没有发生返吐现象。由于各区块油泥成分的复杂性、理化性质的多变性以及油藏的不同性，各油田的污泥调剖技术有所不同。
本实验通过研发污泥调堵配方体系，优化复合段塞注入工艺，开展油田现场试验，最终确定出适合于火烧山油田的污泥调剖工艺技术。
火烧山油田为裂缝性、特低渗的复杂油藏，储层主要为细砂岩，裂缝发育规模大且发育程度不一。其中大裂缝的开度为100~300 μm，微裂缝的开度为10~30 μm，而基质孔隙的吼道半径为0.06~1.02 μm。为了使污泥调剖回注储层而又不造成对地层孔隙渗透性的伤害，须分析火烧山油田油泥的粒径分布。
实验结果表明:火烧山油泥的组分(质量分数)中泥质固含量66.1%、原油7.3%和水26.6%，固含量中胶质沥青质为6%~8%。固体部分的粒径筛分见图 1[7]。图 1表明，污泥的粒径分布范围宽，粒径大于96~109 μm的为67%(质量分数，下同)，粒径小于61 μm的基本可以忽略不计，这样粒径分布的油泥正好可以进入大裂缝中形成有效封堵，同时又不会进入到微裂缝和基质孔喉中破坏微裂缝和基质孔隙。根据李丹梅等[8]、王亚等[9]的研究, 这种粒径分布特点能够有效封堵储集层各级孔喉，改善吸水剖面的不均匀性。
单一的污泥做为调剖剂虽有较高的封堵率，但由于这种污泥中含有一定的原油，沉降固化程度低，对地层封堵强度低，耐冲刷性能差，调剖效果周期短[10]。因此，采用聚合物交联的方法以含油污泥和聚丙烯酰胺为主要原料[11]，加入一定比例的交联剂，制备成封堵强度较高的含油污泥冻胶，提高调剖措施效果。
控制污泥的质量分数为20%不变，分别加入质量分数为0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%的交联剂A和质量分数为0.01%、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%的交联剂B(A为苯酚类，B为醛类，配方体系为酚醛凝胶体系)。在55 ℃烘箱内恒温，考察不同交联剂用量对堵剂强度的影响。从图 2和图 3可知：交联剂A含量越大，体系成胶后强度越大，且成胶时间越短；交联剂B含量越大，强度越大，成胶时间变化则较小。调剖体系成胶时间可控，成胶后强度可达20 000 mPa·s以上。
保持聚合物和交联剂的质量分数不变，分别加入质量分数为10%、20%、30%、40%、50%、60%的含油污泥，按第1.2节的方法制备含油污泥冻胶并测试成胶后的强度。从表 1可知，含油污泥量增加，成胶强度增加；当含油污泥质量分数大于40%后，凝胶强度才开始有所下降，但下降趋势并不明显。
结合该区块常规调堵剂配方聚丙烯酰胺稠化剂的配比，固定交联剂A的质量分数为0.03%，交联剂B的质量分数为0.10%，分别调整聚丙烯酰胺的质量分数为0.15%、0.20%、0.30%，在55 ℃烘箱内恒温，考察不同稠化剂含量对堵剂强度的影响。从图 4可知，稠化剂含量越高，成胶时间越快，表观黏度越大，成胶性能越好。
为使堵剂性能达到最优，最终确定的现场试验配方体系为：0.3%(w)聚丙酰胺+0.03%(w)交联剂A+0.1%(w)交联剂B+20%(w)污泥.
按第1.2.1节的方法，将0.3%(w)聚丙酰胺+0.03%(w)交联剂A+0.10%(w)交联剂B+20%(w)污泥制备成含油污泥冻胶，分别测试该体系在不同温度条件下最终的成胶强度和成胶时间。从图 5可知：随着温度的升高，冻胶成胶时间缩短，形成的凝胶强度增加；在温度达到55 ℃后，冻胶强度开始逐渐下降；温度上升至90 ℃时，冻胶黏度仍保持在20 000 mPa·s以上。火烧山油田的平均地层温度为55 ℃，该污泥冻胶可以满足火烧山油田的要求。
采用物模实验的方法测试评价含油污泥冻胶的封堵能力[12]。从表 2可知，对不同渗透率的岩心，封堵率均达到了85%以上，突破压力都达到6 MPa以上，说明制备出的含油污泥冻胶具有较强的封堵能力。
分别将相同配比的调堵剂注入3组渗透率级差不同的双管并联装置，测试各组封堵前后的绝对渗透率[8]。从表 3可知，注入污泥堵剂后，3组不同渗透率级差的双管岩心的渗透率均有所下降，且模拟高渗层的岩心渗透率比模拟低渗层的岩心渗透率小，说明污泥堵剂能够起到调堵的作用，且优先进入大通道，具有良好的选择性注入的特点。3组双管岩心的初始渗透率级差依次增大，封堵后的渗透率却依次减小(均 < 1 μm2)，说明污泥堵剂对非均质性程度更大的地层封堵效果更显著，适用于火烧山这种渗透差异大的油藏。
用甩干机和离心机对污泥池含油污泥进行单独预处理，并且在污泥池边进行挖掘、传送、甩干、分离等工序。甩出来的大粒径固体颗粒经外运深度处理。得到的含油污泥的混合泥浆拉运到调剖井场统一进行调剖处理。
将含油污泥加入到均匀搅拌的水+HPAM+交联剂A+交联剂B体系中，通过现场调剖设备泵注入到目的层位(见图 6)。
采用多段塞复合注入的方式使堵剂进入油层的不同位置，承受不同的压差，发挥不同的作用[4]。以“堵”为主，“调”为辅的思路确定段塞组合，主体段塞采用含油污泥冻胶体系和聚合物冻胶体系交替注入的方式(见表 4)。
该工艺在火烧山油田现场试验实施13井次，对调剖后的水井进行了注水压力测试和对比。对比结果表明，在注水量不变的条件下，调剖后水井的注水压力较调剖前上升了0.4~2.3 MPa，视吸水指数下降了0.1~3.1 m3/(d· MPa)，而同期火烧山油田常规调剖90井次，调剖后水井的注水压力较调剖前上升了0.5~4.2 MPa，视吸水指数下降了0.10~3.84 m3/(d· MPa)(见表 5)。从提压效果上看，污泥调剖效果低于常规调剖手段，但效果差异不是很明显。污泥调剖从根源上避免了油泥的二次污染风险并且节约了处理费用，是对污泥有效处理的一种手段。
该技术在火烧山油田累计处理含油污泥25 543 m3，节约污泥处理费用741.3万元。井组实现增油1 988 t，降水615 t。实现低成本处理含油污泥、减少环境污染的同时，增加了原油产量，取得了较好的社会效益和经济效益。
(1) 火烧山油田含油污泥的固体组分的粒径分布较宽(61~830 μm)，油田的显著裂缝平均张度范围为100~300 μm，微裂缝张度为10~30 μm，基质孔喉更小。含油污泥进入地层中，可以很好地封堵大裂缝，避免伤害微裂缝和基质孔喉的渗透率。油泥固体粒径与火烧山油田的孔喉有很好的匹配性。
(2) 通过考察不同组分因素对含油污泥体系的影响，并结合实际情况，最终确定的配方体系为：0.3%(w)聚丙酰胺+0.03%(w)交联剂A+0.10%(w)交联剂B+20%(w)污泥。对该配方体系进行的耐温性、封堵性及选择性等方面的性能评价表明，均能满足火烧山油田调堵需要。
(3) 多段塞复合含油污泥调剖工艺在火烧山油田现场试验实施13井次，累计处理含油污泥25 543 m3，节约污泥处理费用741.3万元，井组增油共1 988 t，降水615 t，获得了较好的社会效益和经济效益。
(4) 随着国家对环境污染问题的日益关注，含油污泥的经济、无害化处理技术在各大油田具有较大的应用前景。由于油泥理化性质具有复杂性和多变性，下步工作还需对油泥各项性质及规律有更加清楚的认识，并结合其自身特性，使得污泥调剖技术的经济效益更加显著。
2020, Vol. 49 Issue (5): 87-91
2020, Vol. 49 Issue (5): 87-91