回注污水水質(zhì)對油藏儲層滲透率影響規(guī)律

馮春 孫靈輝 蕭漢敏 王春麗 劉衛(wèi)東 從蘇男 楊晶

摘 ?????要：研究回注污水水質(zhì)對油藏儲層滲透率影響規(guī)律對油田提高注水效果具有重要意義。針對大慶杏南油田7種不同滲透率的油藏天然巖心，設(shè)計了6種不同水質(zhì)的污水（不同濃度及粒徑的懸浮固體濃度、不同含油量）室內(nèi)巖心流動實驗，揭示了污水水質(zhì)對油藏儲層滲透率的影響規(guī)律。結(jié)果表明：污水中懸浮物對儲層的堵塞類型為貫穿性堵塞、過渡性堵塞和淺部堵塞三種形式，其中貫穿性堵塞起主要作用;堵塞形式主要受水中懸浮物粒徑控制;建立了6種回注污水對不同滲透率儲層的影響圖版，為油田現(xiàn)場提供了技術(shù)指導(dǎo);針對大慶杏南油田，建議3×10-3、7×10-3、20×10-3、50×10-3 μm2儲層注入回注污水界限為5.3.1水（懸浮固體濃度5 mg/L、粒徑3 μm、含油量1 mg/L），110×10-3、180×10-3 μm2儲層注入回注污水界限為5.5.2水，250×10-3 μm2儲層適合注入回注污水界限為8.5.2。

關(guān) ?鍵 ?詞：回注污水;堵塞形式;影響圖版;界限

中圖分類號：R 123.3 ??????文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ??????文章編號： 1671-0460（2019）04-0762-06

Abstract： It is of great significance to study the effect of reinjected sewage quality on the permeability of reservoir to improve the water injection effect. In this paper， through the injection of six kinds of different wastewater， the flow experiments were carried out on 7 natural cores with different permeability from Daqing Xingnan oilfield， and the effect of reinjected sewage quality on the permeability of reservoir was investigated. The results showed that the blockage types of the cores by suspended substance in six kinds of reinjected sewage included three forms： penetrating blockage， transitional blockage and small shallow blockage， and the penetrating blockage was main role. The clogging form was mainly controlled by the concentration of suspended solids in water.The affecting chart of six kinds of reinjected wastewater on the permeability of different reservoir was established; For Xingnan oilfield in Daqing， it's recommended that the injecting boundary for the reservoirs of 3×10-3， 7×10-3， 20×10-3， 50×10-3 μm2 is the sewage whose suspended solid concentration， particle size and oil content are 5 mg/L，3 μm and 1 mg/L; The injecting boundary for the reservoirs of 110×10-3 and 180×10-3 μm2 is the sewage whose suspended solid concentration， particle size and oil content are 5 mg/L，5 μm and 2 mg/L ; The injecting boundary for the reservoir of 250×10-3 μm2 is the sewage whose suspended solid concentration， particle size and oil content are 8 mg/L，5 μm and 2 mg/L.

Key words： Reinjected sewage; Blocking forms; Affecting chart; Boundary

污水回注是油田保持油層能量，保持穩(wěn)產(chǎn)的重要措施之一。目前國內(nèi)近87%的油田采用注水開發(fā)方式驅(qū)油[1，2]，國內(nèi)陸上多數(shù)油田注水開發(fā)已經(jīng)進(jìn)入中高含水期，由此產(chǎn)出的大量污水外排會對環(huán)境造成巨大污染。將污水回注地層既可以補(bǔ)充地層能量、縮減成本，又有利于資源的重復(fù)利用[3]。但未處理達(dá)標(biāo)的污水直接回注到地層中，會導(dǎo)致油藏儲層注水壓力升高、吸水能力降低等[4-6]，研究污水回注對儲層傷害規(guī)律對解決“注水難、采油難”有著重大意義[7-10]。

大慶油田注入水主要來源于油田采出水。采出水中含油懸浮固體、含油量外，還有微生物等其他雜質(zhì)，也會降低儲層有效滲透率。在油田注水開發(fā)中，相比而言，采出水中懸浮顆粒、含油量對儲層滲透率的影響更大。因此，研究注入水中懸浮物固體和含油量對儲層滲透率的影響對于注水開發(fā)油田十分重要[11，12]。

大慶杏南油田位于松遼盆地中央坳陷區(qū)大慶長垣杏樹崗背斜構(gòu)造南部[13]。各區(qū)塊間滲透率級差相差較大，層內(nèi)非均質(zhì)性較強(qiáng)，水平和縱向上吸水能力相差較大[14]。目前大慶第五采油廠注入水水質(zhì)種類較多，不同水質(zhì)注入不同地層的條件各異，造成注入水的輸運(yùn)管網(wǎng)復(fù)雜，另外不合格的污水直接回注地層，對地層的傷害程度巨大。

本文對大慶杏南油田7種滲透率的（3、5、20、50、110、180、240）×10-3μm2區(qū)塊，設(shè)計了6種污水水質(zhì)的室內(nèi)天然巖心流動實驗。系統(tǒng)分析了水質(zhì)對不同滲透率的油藏儲層的堵塞規(guī)律，從而建立滲透率影響圖版，最終確定了大慶杏南油田對不同儲層的回注污水界限，為改善杏南油田注水效果提供了一定的理論依據(jù)。

1 ?實驗部分

1.1 ?實驗材料

在杏11-2-檢P3532和杏71-1井中選取了7塊巖心進(jìn)行6種不同水質(zhì)的室內(nèi)流動實驗以及解堵實驗，巖心有效滲透率K在2.3～234.8×10-3μm2，應(yīng)用稱重法測定孔隙度Φ在17.4%～28.8%之間，各項詳細(xì)參數(shù)見表1。

實驗所用的流體為礦化度為6 778 mg/L的模擬地層水（NaCl：3 977 mg/L，CaCl2：28 mg/L，MgCl2·6H2O：46 mg/L，Na2SO4：93 mg/L，NaHCO3：

2 634 mg/L）以及5.1.1、5.3.1、5.5.2、8.3.2、8.5.2、10.10.3 6種污水。

污水中懸浮物濃度、粒徑測量過程如下：

（1）懸浮物濃度測量：①將脫脂棉放入分液漏斗底端，放入適量石英砂，輕微振蕩，使石英砂分布均勻，向分液漏斗中分別注入六種水質(zhì)污水，進(jìn)行一次過濾;②重復(fù)步驟（1），進(jìn)行二次過濾;③取0.45 μm濾膜若干，放入500 mL蒸餾水中浸泡10 min，再換水浸泡10 min，然后在90 ℃烘箱中烘30 min，再放入干燥器中靜置30 min，直至濾膜恒重（二次稱量差小于0.2 mg）;（4）用100 mL量筒量取約50 mL待測污水;（5）用JBFT-03懸浮固體測定儀抽濾污水，用酒精沖洗一遍抽濾瓶壁，再用蒸餾水沖洗一遍;（6）抽濾完，濾膜放入烘箱中0.5 h，再放入干燥器0.5 h;（7）利用下列公式計算：懸浮物濃度=（濾后濾膜質(zhì)量-濾前濾膜質(zhì)量）×106/污水體積。

（2）含油量測量： ①量取污水約100 mL，倒入分液漏斗中;②稱取約50 mL汽油，先倒入分液漏斗25 mL，再加入3～5 mL鹽酸，將分液漏斗橫置，以“8”字形振蕩，振蕩過程中不斷從分液漏斗下端排出多余氣體，直至無氣體排出停止振蕩;③將步驟②中分液漏斗中液體靜置10 min，等液體分層后，從分液漏斗下端排出下層濁液，置于燒杯中，上層液體為汽油和油滴的混合液。將上層液體繼續(xù)以“8”字形振蕩，并不斷排出氣體，直至無氣體排出，將剩余液體靜置，排出下層的水，將上層液體置于試管中;④將步驟③中燒杯中液體再次倒入分液漏斗中，加入剩余的25 mL汽油，3～5 min鹽酸，重復(fù)步驟②和③的操作，將汽油和油滴混合液振蕩數(shù)次，排出下端黑色物質(zhì)和氣泡物質(zhì)，直至分液漏斗上層為清液為止，靜置10～20 min;⑤若試管中液體體積不足50 mL，加入汽油補(bǔ)足50 mL，靜置1～2 min;⑥取3～5 mL汽油（作為空白樣）和3～5 mL萃取后的溶有油滴的汽油分別置于可見分光光度計中的1號比色皿和2號比色皿;⑦分光光度計開機(jī)后，首先將射光孔對準(zhǔn)1號比色皿，校零（100%），黑板校零（0%）;⑧將射光孔對準(zhǔn)2號比色皿，等消光值示數(shù)穩(wěn)定后，讀取消光值A(chǔ);⑨用下列公式計算：含油量=（消光值A(chǔ)×50 mL汽油）/（100 mL污水×0.000 6）。

（3）懸浮物粒徑測量：利用Winner2000ZD激光粒度儀測定污水中懸浮物粒徑。

1.2 ?實驗裝置

實驗裝置由常規(guī)室內(nèi)驅(qū)替實驗裝置組成，其中包括動力系統(tǒng)、驅(qū)替系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，如圖1。其中動力系統(tǒng)為100DX型雙計量泵（精度為1%、TELEDYNE美國ISCO公司）;驅(qū)替系統(tǒng)包括不銹鋼巖心夾持器（耐壓0～70 MPa，海岸發(fā)達(dá)石油儀器科技優(yōu)先公司）和活塞容器ZR-3（耐壓0～70 MPa、容量100 mL、海岸發(fā)達(dá)石油儀器科技優(yōu)先公司）;數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由精密壓力表（北京布萊迪儀器有限公司）和微量試管組成。

1.3 ?實驗方法

（1）將天然巖心在80 ℃的烘箱中烘48 h，稱干重，測定長度及直徑，抽真空12 h后，用已配好的模擬地層水進(jìn)行飽和12 h，稱濕重，計算孔隙度;

（2）將實驗裝置按照圖1組裝起來，將5.1.1（懸浮固體濃度5 mg/L、粒徑1 μm;含油量1 mg/L）水注入活塞容器中并初步進(jìn)行排空操作，將巖心裝入巖心夾持器中。

（3）根據(jù)大慶油田杏南地區(qū)地層壓力以及注水速度參數(shù)，通過對比分析后，將實驗圍壓設(shè)為10 MPa，驅(qū)替速度0.2 mL/min。由于溫度不作為自變量，因此實驗在常溫下進(jìn)行。

（4）待出口有液體流出時，每隔30 min記錄壓力以及出液量，直至壓力平穩(wěn)為止。計算水測滲透率。

（5）待壓力穩(wěn)定后，停止記錄，將巖心取出反向放入巖心夾持器中，用6 778 mg/L模擬地層水進(jìn)行反向沖刷，并記錄壓力以及出口流量，待壓力穩(wěn)定后，停止記錄。

（6）依次按照5.3.1、5.5.2、8.3.2、8.5.2、10.10.3更換其余水質(zhì)，重復(fù)（4）（5）（6）步驟。

（7）根據(jù)所得數(shù)據(jù)計算各個狀態(tài)下巖心滲透率，為了評價6種水質(zhì)對不同儲層的傷害程度，計算滲透率損失率α和滲透率恢復(fù)率β，其公式如下：

2 ?實驗結(jié)果與分析

2.1 ?注入水與儲層喉道匹配研究

巖石顆粒間的較小縫隙稱為喉道，而由顆粒包圍的相對較大的區(qū)域稱為孔隙。流體在巖石中的滲流過程必然會穿越孔隙和喉道，因此研究孔喉的大小、分布、連通關(guān)系以及不同水質(zhì)與儲層孔喉匹配關(guān)系是詮釋污水水質(zhì)對油藏儲層滲透率影響規(guī)律的關(guān)鍵。

恒速壓汞實驗選取7塊巖心，其結(jié)果分別用于回注污水水質(zhì)對不同油藏儲層滲透率影響規(guī)律研究實驗組42組孔隙結(jié)構(gòu)，巖心基礎(chǔ)參數(shù)見表2。

圖2為不同滲透率的巖心喉道和孔道分布，從圖中可以看出，其孔道半徑分布比較接近，峰值分布大體在100～300μm之間;而巖樣對應(yīng)的喉道分布相差很大，滲透率3×10-3和7×10-3?m2左右的巖心，其喉道分布集中，喉道半徑主要分布在0.1～3.1μm;滲透率在20×10-3?m2左右的巖樣，其喉道分布跨度較大，喉道半徑主要分布在1.3～8μm;滲透率大于50×10-3和110×10-3 ?m2左右的巖樣，喉道分布范圍更寬，喉道半徑主要分布在3～11μm之間;滲透率大于180×10-3和250×10-3 ?m2左右的巖樣，喉道分布范圍最寬，喉道半徑主要分布在5～15 μm之間，而且喉道主要集中在大喉道。

喉道平均直徑隨著滲透率增加而增大，在滲透率較低時增加較快，滲透率較高時增加變緩。喉道的大小決定了流體在儲層中的滲流能力，五廠回注污水有5.1.1（懸浮固體濃度5 mg/L、粒徑1μm;含油量1 mg/L）、5.3.1、5.5.2、8.3.2、8.5.2、10.10.3共6種注入水類型，當(dāng)這些類型注入水注入儲層后，主要堵塞儲層的喉道。對于3×10-3和7×10-3 ?m2儲層，以3×10-3 ?m2儲層為例如圖3，5.1.1水與5.3.1水粒徑分布處于巖心喉道分布左側(cè)，且二者與喉道分布曲線相差較遠(yuǎn)，重疊范圍很小，這表明此粒徑范圍懸浮物能夠通過巖心流出，形成貫穿性堵塞，對儲層傷害小;5.5.2、8.3.2、8.5.2、10.10.3水中大部分懸浮物粒徑分布也處于巖心喉道分布左側(cè)，但與巖心喉道分布有部分疊加范圍，即匹配關(guān)系增強(qiáng)，這表明此粒徑范圍懸浮物能夠通過巖心流出，形成貫穿性堵塞，且會滯留部分懸浮物在巖心內(nèi)，形成過渡性堵塞和較小的淺部堵塞，同時濃度高，可能會對儲層造成嚴(yán)重傷害。對于20×10-3 ?m2、50×10-3和110×10-3 ?m2儲層，以110×10-3 ?m2儲層為例如圖4，5.1.1水與5.3.1水注入液粒徑分布處于巖心喉道分布左側(cè)，且二者與喉道分布曲線相差較遠(yuǎn)，重疊范圍很小，這表明此粒徑范圍懸浮物能夠通過巖心流出，形成貫穿性堵塞，對儲層傷害較小;5.5.2、8.3.2水中懸浮物粒徑分布也處于巖心喉道分布左側(cè)，但與巖心喉道分布少量疊加，且懸浮物濃度較大，這表明此粒徑范圍懸浮物能夠通過巖心流出，形成貫穿性堵塞，會對儲層造成一定傷害;而8.5.2、10.10.3水中懸浮物粒徑分布也處于巖心喉道分布左側(cè)，但與巖心喉道分布疊加范圍增大即匹配關(guān)系增強(qiáng)，這表明此粒徑范圍懸浮物能夠通過巖心流出，形成貫穿性堵塞，且會滯留部分懸浮物在巖心內(nèi)，形成過渡性堵塞和較小的淺部堵塞，同時濃度高，對儲層造成嚴(yán)重傷害。對于180×10-3和250×10-3 ?m2儲層（圖5），5.1.1、5.3.1、5.5.2、8.3.2、8.5.2、10.10.3水粒徑分布均處于巖心喉道分布左側(cè)，與儲層喉道匹配度低，對儲層傷害較小。

2.2 ?堵塞及解堵實驗分析

由堵塞實驗結(jié)果圖6表明，對于大慶杏南油田滲透率級差在3×10??、7×10??、20×10??、50×10??、110×10??、180×10??、250×10?? ?m?的天然巖心，分別注入5種五廠水質(zhì)后，巖心的滲透率表現(xiàn)為緩慢下降并且在注入60～80 PV后，滲透率達(dá)到穩(wěn)定，此時對巖心的堵塞程度達(dá)到最大，認(rèn)為多余的顆粒無法進(jìn)入巖心造成堵塞。其原因是：當(dāng)懸浮物伴隨污水注入巖心后，顆粒和油滴附著在巖心孔道中或由于自身重力作用沉降于巖心內(nèi)部，微觀表現(xiàn)為巖心內(nèi)部有效流動通道減少或有效孔道直徑增厚，使得巖心內(nèi)部孔隙度下降，其宏觀變現(xiàn)為巖心注入壓力增加，有效滲透率降低。通過室內(nèi)解堵實驗結(jié)果（圖7）可得：對于3×10?? ?m?，注入5.1.1和5.3.1后，滲透率下降幅度較小，反向沖洗后滲透率有所恢復(fù)，說明此粒徑范圍懸浮物能夠部分通過巖心，形成貫穿性堵塞，對儲層傷害較小;進(jìn)一步注入5.5.2、8.3.2、8.5.2、10.10.3后，壓力持續(xù)增加，滲透率保持不變，反向沖洗后滲透率無明顯變化，說明此粒徑范圍懸浮物不能進(jìn)入巖心內(nèi)部，在巖心注入端形成濾餅。與3×10?? ?m?巖心相比，7 mD巖心注入5.5.2、8.3.2、8.5.2、10.10.3后滲透率再次下降，反向沖洗滲透率可部分恢復(fù)，說明此粒徑范圍懸浮物能夠部分通過巖心，形成貫穿性堵塞，且會滯留部分懸浮物在巖心內(nèi)，形成過渡性堵塞和較小的淺部堵塞，會對儲層造成嚴(yán)重影響。對于20×10-3、50×10-3 ?m?、巖心依次注入5.1.1、5.3.1水質(zhì)后，滲透率依次下降，且下降幅度較大，反向沖洗滲透率恢復(fù)程度較大，說明以上兩種水質(zhì)可以通過巖心，形成貫穿性堵塞以及較小的淺部堵塞，繼續(xù)注入5.5.2、8.3.2、8.5.2、10.10.3水后，滲透率進(jìn)一步下降，但下降幅度較小，反沖沖洗后滲透率增加幅度較小，說明此粒徑范圍懸浮物形成較小的淺部堵塞、過渡性堵塞，對儲層有較大影響。對于110×10?? ?m?巖心在注入5.5.1和5.3.1水后流動壓力和滲透率對比可以看出，在含油和粒徑相同的條件下，由于水中懸浮物濃度的增加，注入5.3.1水后平衡壓力高于5.1.1水，但平衡后的滲透率相差不大，而且反沖洗后滲透率都有所恢復(fù)，該儲層堵塞類型為貫穿性堵塞、過渡性堵塞和較小的淺部堵塞三種形式共存。對于180×10-3、250×10-3 ?m?左右?guī)r心依次注入5.1.1水、5.3.1水、5.5.2水后平衡壓力升高，滲透率降低，再依次注入8.3.2水、8.5.2水后平衡壓力力變化和滲透率變化不大，再注入10.10.3水后平衡壓力增加，滲透率降低，因此該儲層堵塞類型為貫穿性堵塞。

通過室內(nèi)堵塞實驗以及解堵實驗分析結(jié)果可知，與上述巖心微觀喉道半徑與水質(zhì)懸浮物顆粒粒徑預(yù)測結(jié)論基本相符，說明懸浮物濃度、粒徑是回注污水對儲層滲透率影響的主要因素。

建議油田在達(dá)到配注的同時，要考慮注入水中懸浮物的濃度，從而保證懸浮物顆粒粒徑的大小，使得粒徑盡量小于儲層的平均喉道半徑。

2.3 ?建立回注污水對滲透率影響圖版

對于大慶杏南油田不同滲透率的天然巖心，堵塞實驗結(jié)果如表3所示。

由此實驗結(jié)果可以做出合理的判斷，以滲透率損失30%為界限，建立滲透率影響圖版如圖8，3×10-3、7×10-3、20×10-3、50×10-3 ?m?儲層適合注入回注污水界限為5.3.1水，110×10-3、180×10-3 ?m?儲層適合注入回注污水界限為5.5.2水，250×10-3 ?m?儲層適合注入回注污水界限為8.5.2。

3 ?認(rèn)識與結(jié)論

（1）與懸浮物單因素對油藏傷害相比，當(dāng)懸浮油滴濃度、懸浮油滴粒徑、懸浮顆粒濃度、懸浮顆粒粒徑4個因素共同作用后，堵塞機(jī)理變得更加復(fù)雜。目前五場回注的6種污水堵塞地層類型主要是貫穿性堵塞，其堵塞形式主要受水中懸浮物粒徑控制。

（2）建議大慶采油五廠在達(dá)到配注量的同時，應(yīng)結(jié)合經(jīng)濟(jì)效應(yīng)情況適當(dāng)?shù)目刂苹刈⑽鬯袘腋∥锏臐舛取?/p>

（3）實現(xiàn)結(jié)果表明：6種水質(zhì)與不同儲層的匹配程度不同，對于3×10-3、7×10-3、20×10-3、50×10-3 ?m?儲層適合注入回注污水界限為5.3.1水;110×10-3、180×10-3 ?m?儲層適合注入回注污水界限為5.5.2水;250×10-3 ?m?儲層適合注入回注污水界限為8.5.2。

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