袁 敏,賈忠偉,邵先權,張曉雷,石京平

(1.大慶石油學院石油工程學院,黑龍江大慶163318;2.中國石油天然氣集團公司大慶油田有限責任公司勘探開發(fā)研究院,黑龍江大慶163712;3.中國石油天然氣集團公司大慶油田有限責任公司第二采油廠,黑龍江大慶163414)

0 引言

大慶油田持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)的主力儲備技術——三元復合驅技術應用的規(guī)模不斷擴大,現(xiàn)已進入工業(yè)化推廣階段。隨著推廣區(qū)塊的不斷增加,三元復合驅采出污水處理和利用問題就顯得格外突出。將三元復合驅采出污水回注地層,既節(jié)約水資源和補充地層能量,又能保護環(huán)境[1-3]。三元復合驅采出污水水質決定了對地層的傷害程度,因此有必要將三元復合驅采出污水回注滲透率的影響因素進行分析和評價。

1 實驗條件及方法

模擬地層水依據(jù)大慶油田地層水資料配制而成,礦化度6 770 mg/L,用于測定巖芯基準滲透率(k1)。實驗用注入水則將三元污水根據(jù)實驗需要通過處理、配制而成,用于測定不同條件下注入水滲透率(k2)。巖芯采用大慶油田天然巖芯樣品,實驗過程中采用恒速法驅替。實驗流程見圖1。

圖1 實驗流程Fig.1 Experimental Procedure

滲透率下降程度(C)的計算公式為

當滲透率下降程度大于等于30%時,可以認為注入水對地層傷害嚴重,不能注入地層。

2 污水回注滲透率的影響因素

三元復合驅采出污水回注有必要考慮注入水中懸浮物、油、聚合物、堿等4種成分。

2.1 懸浮物對滲透率的影響

注入水中懸浮物的存在是影響三元復合驅采出污水回注的一個重要因素,懸浮物主要從兩個方面對巖芯滲透率產(chǎn)生影響:①懸浮物的粒徑與巖芯孔喉半徑的匹配關系;②懸浮物的含量與巖芯滲透率大小對應關系?？刂坪眠@兩個關系能有效防止“橋堵”現(xiàn)象。圖2是在微觀仿真模型上進行的懸浮物堵塞孔隙喉道的過程。

2.1.1 懸浮物粒徑對滲透率的影響

理論分析與實驗結果表明,懸浮物粒徑中值與孔隙喉道半徑間的匹配關系是影響三元復合驅采出污水回注的重要因素[4-5]。通常認為,懸浮物粒徑中值超過孔隙中值的1/3時,就會對孔隙造成堵塞。通過不同滲透率天然巖芯流動實驗,確定三元復合驅采出污水流過巖芯而不發(fā)生堵塞的最大懸浮物粒徑。實驗注入水將取自217三元污水處理試驗站的三元復合驅采出污水用0.45μm濾膜過濾后,加入不同粒徑的標準粒子配制而成。由實驗結果可以看出,隨著巖芯滲透率的增大,能夠通過巖芯孔隙的三元復合驅采出污水懸浮物粒徑也增加(圖3)。

圖2 懸浮物在油層孔隙內(nèi)造成堵塞的過程Fig.2 Process of Suspender Particles Block in Reservoir Core

圖3 懸浮物粒徑與滲透率下降程度的關系Fig.3 Relationship of Suspender Particles Diameter to Permeability Descending Ratio

2.1.2 懸浮物質量濃度對滲透率的影響

在三元復合驅采出污水回注過程中,除了懸浮物粒徑要達到標準外,還要嚴格控制懸浮物質量濃度。尤其對低滲透油藏,懸浮物對地層的堵塞與含量密切相關[6-7],堵塞程度隨懸浮物質量濃度的增大而增加。懸浮物質量濃度增大造成巖芯滲透率大幅度下降,使注水壓力上升。在室內(nèi)注水傷害實驗中,將217三元污水處理試驗站污水經(jīng)0.45μm濾膜過濾后,加入由不同質量濃度標準粒子配制成的注入水,驅替25倍孔隙體積得到的懸浮物質量濃度與滲透率下降程度之間的關系(圖4),說明注入水中懸浮物質量濃度超標[4],對油層損害比較嚴重。因此應針對各個不同滲透率的油層,按照其懸浮物質量濃度在三元復合驅采出污水回注時進行嚴格控制。

圖4 懸浮物質量濃度與滲透率下降程度的關系Fig.4 Relationship of Suspended Matter Content to Permeability Descending Ratio

2.2 含油量對滲透率的影響

三元復合驅采出污水中的含油量也會對滲透率產(chǎn)生影響[8-10],油滴在通過小喉道時要經(jīng)過變形,產(chǎn)生的“賈敏”效應會增大油水流動的阻力,使地層吸水能力變差。同時,注入水中的油滴也會與懸浮物、聚合物、表面活性劑相融合,堵塞地層孔隙。所以在進行三元復合驅采出污水回注時,也要控制注入水中的含油量。在室內(nèi)注水傷害實驗中,把217三元污水處理試驗站污水經(jīng)0.45μm濾膜過濾后加入不同含量的油進行巖芯傷害評價實驗(圖5)。實驗結果表明,隨著含油量的增加污水滲透率下降程度也增大。

圖5 油質量濃度與滲透率下降程度的關系Fig.5 Relationship of Oil Content to Permeability Descending Ratio

2.3 聚合物質量濃度對滲透率的影響

聚合物對三元復合驅采出污水回注的影響主要是由于聚合物在孔隙內(nèi)的吸附和滯留及聚合物溶液運動引起的顆粒運移造成的[11]。根據(jù)現(xiàn)場聚合物驅采出污水的情況,選用了聚合物質量濃度分別為90.5、209.3、416.1 mg/L的含聚合物污水進行聚合物質量濃度的評價實驗。對于每種聚合物質量濃度,注入后,其滲透率下降程度都比較大(20%～60%),平均為40%(圖6)。而滲透率下降程度與聚合物質量濃度沒有明顯的對應關系。只是總體上滲透率下降的速度隨著聚合物質量濃度增大和巖芯空氣滲透率的減小而提高。含聚合物污水注入后巖芯滲透率下降幅度與聚合物在巖芯內(nèi)的吸附、滯留密切相關[12],而聚合物在巖芯內(nèi)的吸附、滯留與巖芯的孔隙結構、黏土類型、黏土含量以及聚合物的水解度、相對分子質量、水的礦化度等多種因素有關[13],因此含聚合物污水注入后,聚合物對滲透率下降的影響是多種因素共同作用的結果。

圖6 聚合物質量濃度與滲透率下降程度的關系Fig.6 Relationship of HPAM to Permeability Descending Ratio

2.4 堿對滲透率的影響

根據(jù)現(xiàn)場配制三元體系溶液的配方,采取大慶地區(qū)地層水加入1.2%NaOH配制的堿溶液,進行單因素的評價實驗。含堿地層水注入巖芯后,經(jīng)過地層溫度(45℃)浸泡15 d做滲透率下降程度的對比,從實驗結果可以看出,堿水浸泡后,巖芯滲透率下降幅度為18%～50%,平均為38%(表1)。堿同巖石間的相互作用首先是與二價陽離子反應形成水不溶物,即Na+同Ca2+和Mg2+交換反應產(chǎn)生的沉淀物會對巖石孔隙產(chǎn)生堵塞,使黏土膨脹造成滲透率降低。其次,堿同巖石及地層水中多價離子反應,在適當?shù)膲毫?、溫度、離子構成及p H值條件下,這些反應物會從溶液中沉淀而形成垢沉積在巖石孔隙中,對地層造成傷害。堿與黏土礦物和巖石骨架作用,形成一定數(shù)量的鈣垢、硅酸鹽垢、鋁酸鹽垢等,在孔喉處形成堵塞,導致滲透率下降[10]。通過巖芯靜態(tài)浸泡實驗(1.2%NaOH),溶解出的硅、鋁離子濃度逐漸增大,說明堿對巖石及黏土具有溶解能力。

表1 堿對地層傷害實驗結果Tab.1 Laboratory Result of Damage of Alkali to Reservoir

3 結語

(1)三元復合驅采出污水回注滲透率的主要影響因素有懸浮物、含油、堿和聚合物等,大慶油田三元復合驅采出污水在懸浮物等主要指標達不到現(xiàn)有注水指標。

(2)懸浮物對地層產(chǎn)生的損害主要表現(xiàn)在粒徑和質量濃度上,隨著巖芯滲透率的增大,能夠通過孔隙喉道的懸浮物粒徑和質量濃度也增加;含油產(chǎn)生的“賈敏效應”使油水流動阻力增大,堿與巖石及黏土礦物之間結垢,聚合物在巖芯內(nèi)的吸附和滯留共同造成油層吸水能力下降。

(3)進行三元復合驅采出污水回注時,應將各項污水指標處理合格或與普通污水混注,以減輕對巖芯滲透率的影響。

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