含油污泥調(diào)剖體系的研制及其性能評價(jià)

梁福元

(中國石化勝利油田分公司孤島采油廠，山東 東營 257000)

在油田開發(fā)過程中會(huì)產(chǎn)生大量廢棄無機(jī)顆粒，對生態(tài)環(huán)境危害極大。若將油田開發(fā)產(chǎn)生的廢棄物(勝利油田年產(chǎn)含油污泥約20余萬t)研制成堵劑，注入高含水中高滲油藏進(jìn)行深部調(diào)剖[1-4]，既能降低含油污泥無害化處理成本、保護(hù)環(huán)境，還能有效調(diào)控儲層非均質(zhì)，改善油田開發(fā)效果，對推進(jìn)油田綠色低碳生產(chǎn)具有重要意義。鑒于此，作者對含油污泥的組成及顆粒粒徑進(jìn)行分析，針對性地研制含油污泥調(diào)剖體系，并對含油污泥顆粒粒徑與孔喉直徑的匹配性進(jìn)行研究。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試劑與儀器

甲苯、正庚烷、丙酮、石油醚，分析純。

水分測定儀；抽提器；真空干燥箱；分析天平；LS-POP9(S)型全自動(dòng)激光粒度分析儀，歐美克；MCR302型流變儀，Anton Paar；Turbiscan Lab型全能穩(wěn)定性分析儀，法國Formulation公司。

1.2 含油污泥組分及顆粒粒徑分析

含水量的測定：參照GB/T 8929-2006《原油水含量的測定 蒸餾法》，以甲苯為溶劑，利用水分測定儀測定含油污泥的含水量。

含油量及含泥砂量的測定：取脫水后的含油污泥，采用抽提法將油分和泥分分離，去除溶劑后恒重，測定含油量及含泥砂量。

密度測定：采用GB/T 2540-1981《石油產(chǎn)品密度測定法(比重瓶法)》測定含油污泥和純泥分的密度。

顆粒粒徑測定：含油污泥用2%陰離子乳化劑溶液分散；脫去水和油，用橡膠塞仔細(xì)碾壓后用水分散，利用全自動(dòng)激光粒度分析儀測定含油污泥和純泥分的顆粒粒徑。

1.3 含油污泥顆粒粒徑與孔喉直徑的匹配性

以模擬孤島地層水為實(shí)驗(yàn)用水，測試溫度為70 ℃，具體步驟如下：

1)制備填砂管：在出口端加一層篩網(wǎng)，巖心裝填不同目數(shù)石英砂，在注入端加2 mm玻璃珠2～3 cm(或20～40目石英砂)；裝填巖心管并密封好巖心，巖心尺寸Φ38 cm×50 cm。

2)飽和地層水：按5 mL·min-1排量注入并測定滲透率。

3)注入含油污泥調(diào)剖體系：將含油污泥顆粒用清水配制成8%、12%、15%、18%的1 000 mL混合液，加入2.5 g懸浮劑(T型聚合物)，攪拌溶解，形成懸浮型含油污泥調(diào)剖體系，注入巖心(注入速度1 mL·min-1)，直到壓力穩(wěn)定為止。

4)堵后水測定巖心滲透率，計(jì)算封堵率、阻力系數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 含油污泥組分分析(表1)

表1 含油污泥的組分含量/%

由表1可知，孤島采油廠含油污泥的含水量為13.38%～84.07%，含油量為7.63%～35.59%，含泥砂量為3.80%～75.89%。

2.2 含油污泥顆粒粒徑分析(表2)

表2 含油污泥的密度及顆粒粒徑

由表2可知，孤三聯(lián)、孤四聯(lián)含油污泥密度分別為1.036 g·cm-3、1.261 g·cm-3，孤四聯(lián)含油污泥密度大于孤三聯(lián)含油污泥，這是因?yàn)楣滤穆?lián)含油污泥含油量低、含泥砂量高的緣故。純泥分顆粒粒徑大于含油污泥，主要是因?yàn)?，含油污泥在脫水脫油過程中有泥分發(fā)生了聚集，在測定前雖用橡膠塞對其進(jìn)行了碾壓，但碾壓力度不大(若用力過猛會(huì)破壞原有的晶型或顆粒的形貌)，導(dǎo)致部分聚集的泥分未完全分散。從顆粒粒徑分析結(jié)果來看，在一定的攪拌時(shí)間和攪拌強(qiáng)度下，選用的乳化劑對含油污泥有較好的分散效果。孤三聯(lián)含油污泥顆粒的平均粒徑在7 μm左右，且80%分布在10 μm以內(nèi)；孤四聯(lián)含油污泥顆粒的平均粒徑在17 μm以內(nèi)，且80%分布在25 μm以內(nèi)。表明，含油污泥顆粒粒徑都較小，配制成調(diào)剖堵劑后有利于注入地層。

2.3 含油污泥調(diào)剖體系的研制及其性能評價(jià)

2.3.1 懸浮劑的選擇

含油污泥顆粒結(jié)構(gòu)形狀不規(guī)整，硅氧四面體晶片和鋁氧八面體晶片的層狀結(jié)構(gòu)被損壞，這種不規(guī)整結(jié)構(gòu)是導(dǎo)致含油污泥顆粒易沉降、分散懸浮性較差的主要原因；含油污泥中的金屬離子(K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Al3+、Fe2+、Fe3+、Ba2+、Sr2+等)含量對分散懸浮性影響較大，含量越高越易沉降。在施工過程中，為了保證含油污泥調(diào)劑體系的正常注入，含油污泥在溶液中要有較好的懸浮性能，因此需要加入懸浮劑，保證含油污泥調(diào)剖體系有較好的可泵性，可進(jìn)入地層深部，起到調(diào)剖作用。經(jīng)室內(nèi)評價(jià)，選擇活性高聚物XFJ-HX、高彈性T型聚合物XFJ-T作為懸浮劑，并與常規(guī)聚丙烯酰胺XFJ-HP進(jìn)行比較。采用MCR302型流變儀測試3種懸浮劑的流變曲線，測試溫度為70 ℃，結(jié)果見圖1。

1～6，懸浮劑濃度(g·L-1)分別為：0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0

由圖1可知，3種懸浮劑在各濃度下均可用冪率模型進(jìn)行擬合，擬合度較高。表明3種懸浮劑在測試濃度下均無屈服值存在，其中懸浮劑XFJ-T的懸浮性能最好。

2.3.2 懸浮體系的穩(wěn)定性

將不同濃度的懸浮劑XFJ-T加入到30%孤三聯(lián)含油污泥中，利用全能穩(wěn)定性分析儀測試體系的穩(wěn)定性。結(jié)果表明，對于30%孤三聯(lián)含油污泥，懸浮劑XFJ-T濃度大于2 500 mg·L-1時(shí)，懸浮體系穩(wěn)定性較好(圖2)。

圖2 2 500 mg·L-1XFJ-T-30%含油污泥體系的穩(wěn)定性

將不同濃度的懸浮劑XFJ-T加入到不同濃度的含油污泥中，利用全能穩(wěn)定性分析儀測試體系的穩(wěn)定性動(dòng)力學(xué)指數(shù)(TSI)，結(jié)果見表3。

表3 穩(wěn)定性動(dòng)力學(xué)指數(shù)

TSI不依賴于樣品的數(shù)量，是通過累計(jì)樣品所有高度處前后兩次掃描測量的光強(qiáng)度變化值得到的樣品穩(wěn)定性的評價(jià)指標(biāo)，TSI值越小表明體系穩(wěn)定性越好。由表3可知，對于5%含油污泥，加入1 000 mg·L-1懸浮劑XFJ-T時(shí)體系穩(wěn)定性較好；對于10%含油污泥，加入1 500 mg·L-1懸浮劑XFJ-T時(shí)體系穩(wěn)定性較好；對于20%含油污泥，加入2 000～2 500 mg·L-1懸浮劑XFJ-T時(shí)體系穩(wěn)定性較好。

2.4 含油污泥顆粒粒徑與孔喉直徑的匹配性

2.4.1 堵劑阻力特性

不同濃度的含油污泥調(diào)剖體系注入不同滲透率(孔喉直徑/顆粒粒徑)巖心時(shí)，阻力系數(shù)隨注入孔隙體積的變化曲線如圖3所示。

由圖3可知，當(dāng)孔喉直徑/顆粒粒徑為9.0時(shí)，不同濃度的含油污泥調(diào)剖體系均可順利進(jìn)入巖心，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)注入，雖然阻力系數(shù)不同，但均可形成穩(wěn)定的注入壓力；當(dāng)孔喉直徑/顆粒粒徑為5.0時(shí)，濃度較低的含油污泥調(diào)剖體系較易達(dá)到穩(wěn)態(tài)，濃度較高時(shí)無法達(dá)到穩(wěn)態(tài)，注入壓力不斷增大，說明含油污泥濃度對進(jìn)入能力有影響；當(dāng)孔喉直徑/顆粒粒徑為1.0時(shí)，不同濃度的含油污泥調(diào)剖體系均無法進(jìn)入，只在巖心入口形成泥餅。綜上，當(dāng)孔喉直徑/顆粒粒徑為9.0時(shí)，堵劑對巖心的封堵能力最強(qiáng)。

a.孔喉直徑/顆粒粒徑=9.0 b.孔喉直徑/顆粒粒徑=5.0 c.孔喉直徑/顆粒粒徑=1.0 1～4，含油污泥濃度分別為：8%、12%、15%、18%

2.4.2 不同滲透率下的封堵率和阻力系數(shù)(表4)

表4 不同滲透率下的封堵率和阻力系數(shù)

由表4可知，當(dāng)孔喉直徑/顆粒粒徑在9.1～12.0時(shí)，調(diào)剖體系可順利進(jìn)入巖心，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)注入，當(dāng)固相顆粒加入量大于8%時(shí)，巖心封堵率可達(dá)94%；當(dāng)顆粒粒徑和孔喉直徑接近時(shí)，阻力上升較快，壓力迅速增大，調(diào)剖體系均無法進(jìn)入到巖心，巖心表面具有較厚的泥餅，切片發(fā)現(xiàn)僅在巖心入口1～2 mm處形成泥餅，巖心深部無堵塞現(xiàn)象。表明：(1)當(dāng)孔喉直徑/顆粒粒徑為9.1～12.0時(shí)，研制的調(diào)剖體系對巖心的封堵能力最強(qiáng)；(2)當(dāng)孔喉直徑/顆粒粒徑<9.1時(shí)，研制的調(diào)制體系在巖心表面聚集嚴(yán)重，無法進(jìn)入巖心深部；(3)當(dāng)孔喉直徑/顆粒粒徑>12.0時(shí)，顆粒粒徑較小，不易形成堵塞，封堵作用變?nèi)酰诘貙由畈坎荒芷鸬椒舛碌淖饔?。因此，?dāng)孔喉直徑/顆粒粒徑在9.1～12.0時(shí)，封堵效果最佳。

4 結(jié)論

系統(tǒng)研究了含油污泥的組分及顆粒粒徑，并針對性地研制了含油污泥調(diào)剖體系，含油污泥有效含量達(dá)30%?？缀砥ヅ湟?guī)律研究表明，當(dāng)孔喉直徑/顆粒粒徑在9.1～12.0時(shí)，封堵能力最強(qiáng)。通過對含油污泥調(diào)剖體系的研制及其性能評價(jià)，為含油污泥的現(xiàn)場應(yīng)用提供了技術(shù)支撐。