海上油田注水水質對儲層傷害的模擬實驗*

劉文輝，鄭玉飛

(中海油田服務股份有限公司，天津 300450)

海上油田一般都采用強注強采的生產模式[1-3]，為減輕產出污水的處理壓力，普遍采用清污混注的注水方式[4-5]，但回注污水成分復雜[6]，加之水處理流程短、處理量大，傳統的“三段法”處理工藝已無法滿足現場需求[7],引發了一系列的問題。(1)注水水質指標不佳，含油量、懸浮物含量等過高，導致注水壓力攀升快、欠注[8]；(2)水質差導致酸化、防膨等增產措施的效果差且有效期短[9]；(3)井筒結垢嚴重，除、防垢等措施的費用不斷增加[10]。為探究注入水對儲層滲透率的傷害程度，作者采用巖心模擬實驗的方法，考察了注入水中懸浮物和油對巖心的傷害程度，為渤海油田注水水質控制和改善提供了實驗依據。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

石英砂：天津北辰石英砂銷售有限公司；油：海上某平臺脫水原油，加入乳化劑后經Fluka高速攪拌機在不同轉速下制備[3]；人造巖心：長度為6.95 cm，直徑為2.5 cm，海安巖心石油儀器有限公司。

巖心驅替裝置：海安石油科技儀器有限公司；真空干燥箱：DZF-6050，華利達實驗設備公司；電子天平：HZY-B320，上海鼎拓實業有限公司；水中含油分析儀：Horiba OCMA-350，上海默西科學儀器有限公司。

1.2 實驗方法

注入水堵塞性評價實驗在巖心驅替裝置上進行，實驗方法如下。

(1)使用質量分數為2%的KCl溶液飽和巖心，并測量巖心的孔隙體積；

(2)使用質量分數為2%的KCl溶液驅替飽和好的巖心，驅替速度為0.1 mL/min，直至驅替壓力穩定，根據達西公式計算出巖心的初始滲透率值Ki；

(3)根據實驗要求，用不同質量濃度和粒徑的懸浮物、油驅替巖心，并根據達西公式計算驅替結束后的巖心滲透率值K堵塞；

(4)按照公式(1)計算巖心傷害率；

(1)

(5)實驗裝置見圖1。

圖1 巖心驅替流程圖

2 結果與討論

2.1 注入量的影響

配制模擬ρ(懸浮物)=15 mg/L、粒徑中值為2.6 μm的注入水，在恒定流速下讓注入水持續流過初始滲透率為102.51×10-3μm2的巖心，測定巖心滲透率隨注入量增加的變化情況。懸浮物注入體積對巖心的傷害性見圖2。

注入量/PV圖2 懸浮物注入量對巖心的傷害性

由圖2可知，在ρ(懸浮物)和粒徑一定的條件下，隨著累計注入孔隙體積倍數的增加，巖心傷害率逐漸增加，當注入懸浮物達到30 PV，傷害率為25.06%，注入100 PV時傷害率為35.99%。

2.2 ρ(懸浮物)和粒徑的影響

實驗研究了巖心滲透率、ρ(懸浮物)及粒徑變化對巖心傷害率的影響，結果見圖3。

由圖3a可知，隨著巖心滲透率的增加，注入15 mg/L、粒徑中值2.6 μm的懸浮物30 PV時，巖心傷害率逐漸減小；由圖3b可知，當注入一定粒徑中值的懸浮物時，隨著ρ(懸浮物)的增加傷害率增大，對約100×10-3μm2的巖心，當ρ(懸浮物)=5 mg/L，注入30PV時傷害率小于10%，而ρ(懸浮物)>10 mg/L，注入30PV時傷害率大于25%；由圖3c可知，當注入ρ(懸浮物)一定時，隨著懸浮物粒徑中值的增加傷害率增大，對約100×10-3μm2的巖心，當懸浮物粒徑中值為1.3 μm時，注入30PV時傷害率僅為6.48%，而如果懸浮物粒徑超過2.6 μm，注入30PV時傷害率大于25%。

巖心滲透率×103/μm2a 巖心滲透率的影響

ρ(懸浮物)/(mg·L-1)b ρ(懸浮物)的影響

懸浮物粒徑/μmc 懸浮物粒徑的影響圖3 懸浮物對巖心的傷害性

2.3 油的影響

選取滲透率為110×10-3μm2的巖心，分別改變ρ(油)及粒徑中值，測定注入30PV時巖心滲透率的變化。油滴粒徑為12 μm，水中ρ(油)對巖心傷害性見圖4，ρ(油)=20 mg/L時，油滴粒徑對巖心傷害性見圖5。

ρ(油)/(mg·L-1)圖4 ρ(油)對巖心的傷害性

油滴粒徑/μm圖5 油滴粒徑對巖心的傷害性

由圖4和圖5可知，與懸浮物變化規律相同的是，隨著ρ(油)和粒徑中值的增加傷害率增大；不同的是，油對巖心的傷害性要遠低于懸浮物，這是由于油滴在孔隙介質中運動時，呈穩定態的液相油滴仍能通過變形而擠過尺寸略小于自身尺寸的孔隙吼道，降低對巖心的傷害性[5]。

2.4 懸浮物和油的疊加影響

配制ρ(油)=10 mg/L、粒徑中值為10 μm的注入水，改變水中ρ(懸浮物)，測定注入30PV時巖心滲透率的變化，具體情況見圖6。由圖3～圖6可知，同時含有懸浮物和油的注入水的巖心傷害率更大。當油和懸浮物同時存在時，一方面，懸浮顆粒吸附在油滴表面，加大了油滴尺寸，增加了油滴穩定性，使得油滴的傷害性增強；另一方面，此時的懸浮物顆粒間更易發生橋聯堵塞巖心孔隙吼道，因而傷害率增大。

ρ(懸浮物)/(mg·L-1)圖6 ρ(懸浮物)對巖心的傷害性

3 結 論

(1)在一定條件下懸浮物注入量越大，注入水對巖心的傷害性越大；

(2)隨著注入水中ρ(懸浮物)及粒徑中值的逐漸增大，注入水對巖心的傷害性也逐漸增強，而巖心滲透率則逐漸降低；

(3)與懸浮物相比，注入水中含油對巖心的傷害性要小，這是因為油滴在多孔介質中運動時，可利用自身的變形性通過尺寸小于自身尺寸的孔隙吼道，從而降低對巖心的傷害；

(4)懸浮物和油是造成儲層滲透率傷害的2個重要因素，且二者同時存在時對儲層傷害具有疊加作用，對滲透率的傷害性顯著增強。