渤海B油田回注污水中乳化油對低滲儲層堵塞實驗研究

張運來，胡 勇，繆飛飛，張吉磊，蘇進昌

(中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津塘沽 300452)

渤海B油田回注污水中乳化油對低滲儲層堵塞實驗研究

張運來，胡 勇，繆飛飛，張吉磊，蘇進昌

(中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津塘沽 300452)

為確定海上低滲油田含油污水回注對低滲儲層的影響，利用室內實驗方法，取不同滲透率的人工巖心各兩塊分為兩組，每組分別用乳化油含量為30 mg/L、50 mg/L的模擬乳化油進行驅替，再對巖心進行反驅、正驅和刷端面正驅，研究乳化油含量對儲層的堵塞傷害規律。分析結果表明：乳化油濃度越大，對巖心的傷害越嚴重；對于同一濃度和粒徑的乳化油，滲透率越大，巖心傷害率越高；通過反驅、正驅和刷端面正驅后，滲透率有所回升。

∶渤海B油田；污水回注；乳化油；低滲儲層；儲層傷害

渤海B油田是海上典型的低孔低滲油田，原油采出液中含有大量混入乳化油珠和固相顆粒的含油污水，含油污水處理后回注地層時，污水處理若不達標，污水中的乳化油小顆粒會堵塞地層滲濾面，甚至侵入孔壁、喉道，依附在孔壁、喉道內，產生賈敏效應和水鎖效應[1-2]，影響油田開發效果。因此，研究回注污水中的乳化油對低滲透儲層的堵塞規律很有必要。進行含油量實驗時，乳化后的油滴尺寸應與油田現場注水中的含油相匹配。實驗前用高倍光學顯微鏡對油田污水中的油滴尺寸大小進行統計分析，當某粒徑的油珠含量達到90%以上時，可認為這一粒徑是油珠粒徑[3]。

1 實驗材料與方法

1.1 試劑與儀器

主要儀器：Mastersizer2000激光粒度儀；高壓驅潛泵100DX；巖心夾持器，江蘇海安石油儀器廠生產；圍壓泵等；高壓中間容器；真空泵，2XZ-1 型；變頻高速攪拌機（兩軸）GJS-B12；TU-1901紫外分光光度計；奧林巴斯高倍光學顯微鏡DSX-500。

主要試劑：航空煤油（工業品）；十二烷基硫酸鈉（分析純）；石油醚（分析純）。

1.2 實驗方法

對巖樣進行壓汞實驗，分析巖樣的孔喉大小分布。按不同添加順序將煤油、乳化劑和蒸餾水用變頻高速攪拌機進行高速攪拌，模擬乳化油的配制。參照《SY/T5329-2012 碎屑巖油藏注水水質推薦指標及分析方法》進行含油量的測定，用激光粒度儀進行粒徑分布的測定。通過巖心流動實驗來測定、分析乳化油對巖心的傷害，用巖心傷害率評價乳化油溶液對巖心的堵塞程度，用滲透率恢復率評價巖心通過反驅或正驅或刷端面正驅滲透率的恢復情況。

巖心傷害率和巖心滲透率恢復的計算公式如下：

式中：aI為巖心傷害率，%；0K為用蒸餾水測定的初始滲透率，10-3μm2；aK 為不同注入倍數時測定的巖樣滲透率，10-3μm2。

2 結果與討論

2.1 儲層孔喉分析

通過巖樣壓汞實驗，得出渤海B油田主力油層儲層孔喉的大小分布。由表1可知，渤海B油田主力油層儲層的平均喉道半徑細小，在2.0 μm以下。

為進一步分析儲層滲透率K、孔隙度φ與喉道半徑R三者間的關系，按公式（3）分別計算出了不同滲透率K和孔隙度φ下的喉道半徑R。

表1 渤海B油田主力油層物性孔喉結構特征

式中：Rd為巖石喉道半徑，μm；τ為流體通過巖石喉道實際走過的長度與巖石外表長度之比，τ= 1.2；φ為孔隙度，%；K為滲透率，10-3μm2。

由理論計算結果表2可知，在研究區塊主力油層的孔隙度和滲透率范圍內，計算出的儲層平均喉道半徑與實際測定值接近，一般在2.0 μm以下。

表2 不同孔隙度和滲透率下的喉道半徑 μm

2.2 粒徑分布及含油量測定

用高速攪拌器將乳化液在3 900 r/min轉速下攪拌25 min后，油完全乳化；選定將煤油和乳化劑（十二烷基硫酸鈉）在3 900 r/min轉速下攪拌25 min，配制成200 mg/L的乳化油溶液；稀釋到需要的濃度，測定粒度分布及含油量。其粒徑分布如圖1，乳化油溶液的粒徑中值為2.45 μm。

圖1 中值粒徑為2.45 μm的乳化油粒徑分布曲線

配制三組理論值均為 200 mg/L的乳化油溶液，各取100 mL，在270 nm吸光度值下測定實際含油量，實測值為110 mg/L、114 mg/L、100 mg/L。可以看出，真實含油量遠低于理論配制的濃度，這是由于配制過程中有少量油損失（用攪拌混合器配制時粘在攪拌器壁上），或者是萃取不完全等。

2.3 堵塞規律研究

2.3.1 乳化油對巖心的堵塞規律

取滲透率為（5、10、25、50）×10-3μm2的人工巖心各兩塊分為兩組，每組分別用乳化油含量為30 mg/L、50 mg/L的模擬污水驅潛，然后進行反驅、正驅和刷端面正驅。所有巖心驅替實驗結果相近，圖2是25×10-3μm2的巖心在乳化油含量為30 mg/L下的實驗結果。

圖2 乳化油累計注入倍數與巖心滲透率、傷害率的關系

由圖2可知，巖心傷害率在注入乳化油的開始階段增長較快，到20~30 PV后，傷害率增加減緩；驅潛開始階段，巖心流動壓力較小，乳化油進入巖石孔隙中堵塞孔喉，并在注入層形成濾餅，使巖心在雙重作用下傷害率驟增；20 PV以后，壓力升高使巖心中的乳化油滴變形而從孔隙中流出來[4-5]，形成對巖心的解堵、孔喉堵塞、濾餅形成、速率降低等，

使傷害率上升緩慢。

反驅時，巖心傷害率明顯下降，滲透率明顯上升。反驅時會將巖心中堵塞的乳化液油滴反驅出來，相當于對巖心進行了解堵，使巖心滲透率驟然上升，傷害率驟然下降。一段時間后，形成對巖心的反向堵塞，使傷害率上升，滲透率下降。

反驅后再正驅，巖心滲透率持續下降、巖心傷害率持續上升，這是由于乳化液油滴繼續堵塞孔隙喉道。

最后刷端面的正驅，巖心滲透率驟然上升，巖心傷害率驟然下降，表明在端面上乳化油滴堵塞端面形成濾餅后，乳化液持續對巖心進行堵塞。

2.3.2 不同含油量對同一級別巖心的傷害

圖 3 是滲透率 50×10-3μm2的巖心在 30 mg/L 和50 mg/L乳化油注入下傷害率的對比。由圖3可知，當巖心滲透率相近時，隨著乳化油注入量的增加，含油量高的巖心傷害比含油量低的巖心傷害大。這是因為懸浮物中含油量越大，侵入巖心內部和堆積在巖心污染端面的油滴數量越多[6]，越容易形成內部濾餅和外部濾餅；含油量越大，形成的濾餅厚度越大，濾餅滲透率越小，對巖心的傷害程度越嚴重[7]。

2.3.3 相同含油量對不同滲透率巖心的傷害

圖4是不同滲透率的巖心在30 mg/L乳化油下傷害率的對比，圖5是其對應的注入壓力比較。

圖3 不同乳化油含量下巖心傷害率與注入量關系

圖4 不同滲透率下巖心傷害率與注入量關系

圖5 不同滲透率巖心注入量與注入壓力關系

由圖4和圖5可知，隨著模擬乳化油注入量的增加，巖心傷害程度增加；在乳化油溶液含油量（30 mg/L）相同的情況下，巖心滲透率越大，傷害率越高。主要基于以下兩點：

（1）巖心滲透率低于50×10-3μm2時，在注入壓力不大的情況下，注入的乳化油滴粒徑（2.45 μ m）大于巖心平均孔喉半徑（1.26~3.63 μm），巖心滲透率越大，其平均孔喉半徑與油滴粒徑大小越接近，懸浮物中部分小油滴越容易進入巖心孔隙，形成內部堵塞，對于滲透率小的巖心，油滴只在巖心端面堵塞，出現滲透率越大、傷害越嚴重的情況；

（2）乳化油滴是可變形粒子，在某一壓力下油滴可能無法通過孔隙喉道；當流動壓力增加時，油滴借助自己良好的變形特點通過喉道；當注入壓力增大到一定程度，溶液中部分油滴會在壓力作用下變形，然后通過孔隙喉道[4]；壓力越大，乳化油滴越容易通過巖心，對巖心滲透率的傷害就輕。圖5中，同一注入量情況下，巖心滲透率越小，乳化油注入壓力越大，乳化油滴越容易通過孔隙喉道，對巖心的傷害越小。

3 結論

（1）回注污水中含油量越高，對巖心滲透率的傷害程度越高。

（2）對于同一濃度和粒徑的乳化油，巖心滲透率越大，其傷害率越高。

（3）乳化油濃度越大，對巖心傷害越嚴重。

（4）巖心傷害率在注入乳化油的開始階段都增長的非常快，到20 PV以后，傷害曲線漸趨平緩，傷害率增加減緩。隨著注入PV的增加，巖心滲透率一直在下降，巖心傷害率一直在增加，直到注入水超過100 PV后，逐漸穩定；經過反驅、正驅和刷端面正驅之后，滲透率有所回升。

[1] 李海濤，王永清，譚燦，等. 砂巖儲層清水和污水混注對儲層損害的實驗評價[J]. 石油學報，2007，28（2）：137–139.

[2] 舒勇，賈耀勤. 樁西油田回注污水對儲層損害的室內實驗研究[J]. 油田化學，2003，20（2）：129–135.

[3] 王永清，李海濤. 注入水中乳化油滴對儲層傷害的實驗研究[J]. 西南石油學院學報，2003，25（1）：43–46.

[4] STEVEN L B, THOMAS P L．Reservoir engineering analysis of microbial enhanced recovery[J]. SPE Reservoir Evaluation& Engineering，2002，105（5）：365–366.

[5] ZHANG I S, SOMERVILLE J M, Todd A C. An experimental injection of the formation damage caused by produced oily water injection [C]．SPE 26702.

[6] 孫麗麗, 侯吉瑞, 趙鳳蘭，等. 蘇丹油田注水傷害及對策研究[J]. 油田化學，2011，28（2）：137–140.

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[8] 曹懷山，姜紅，譚云賢. 勝利油田回注污水處理技術現狀及發展趨勢[J]. 油田化學，2009，26（2）：218–226.

TE357

A

1673–8217（2017）06–0116–03

2017–05–17

張運來，工程師，碩士，1982年生，2009年畢

業于大慶石油學院，現主要從事海上油氣田開發方面工作。

編輯∶張 凡