回注污水水质对油藏储层渗透率影响规律
冯春 孙灵辉 萧汉敏 王春丽 刘卫东 从苏男 杨晶
摘 ?????要：研究回注污水水质对油藏储层渗透率影响规律对油田提高注水效果具有重要意义。针对大庆杏南油田7种不同渗透率的油藏天然岩心，设计了6种不同水质的污水（不同浓度及粒径的悬浮固体浓度、不同含油量）室内岩心流动实验，揭示了污水水质对油藏储层渗透率的影响规律。结果表明：污水中悬浮物对储层的堵塞类型为贯穿性堵塞、过渡性堵塞和浅部堵塞三种形式，其中贯穿性堵塞起主要作用;堵塞形式主要受水中悬浮物粒径控制;建立了6种回注污水对不同渗透率储层的影响图版，为油田现场提供了技术指导;针对大庆杏南油田，建议3×10-3、7×10-3、20×10-3、50×10-3 μm2储层注入回注污水界限为5.3.1水（悬浮固体浓度5 mg/L、粒径3 μm、含油量1 mg/L），110×10-3、180×10-3 μm2储层注入回注污水界限为5.5.2水，250×10-3 μm2储层适合注入回注污水界限为8.5.2。
关 ?键 ?词：回注污水;堵塞形式;影响图版;界限
中图分类号：R 123.3 ??????文献标识码： A ??????文章编号： 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，保持稳产的重要措施之一。目前国内近87%的油田采用注水开发方式驱油[1，2]，国内陆上多数油田注水开发已经进入中高含水期，由此产出的大量污水外排会对环境造成巨大污染。将污水回注地层既可以补充地层能量、缩减成本，又有利于资源的重复利用[3]。但未处理达标的污水直接回注到地层中，会导致油藏储层注水压力升高、吸水能力降低等[4-6]，研究污水回注对储层伤害规律对解决“注水难、采油难”有着重大意义[7-10]。
大庆油田注入水主要来源于油田采出水。采出水中含油悬浮固体、含油量外，还有微生物等其他杂质，也会降低储层有效渗透率。在油田注水开发中，相比而言，采出水中悬浮颗粒、含油量对储层渗透率的影响更大。因此，研究注入水中悬浮物固体和含油量对储层渗透率的影响对于注水开发油田十分重要[11，12]。
大庆杏南油田位于松辽盆地中央坳陷区大庆长垣杏树岗背斜构造南部[13]。各区块间渗透率级差相差较大，层内非均质性较强，水平和纵向上吸水能力相差较大[14]。目前大庆第五采油厂注入水水质种类较多，不同水质注入不同地层的条件各异，造成注入水的输运管网复杂，另外不合格的污水直接回注地层，对地层的伤害程度巨大。
本文对大庆杏南油田7种渗透率的（3、5、20、50、110、180、240）×10-3μm2区块，设计了6种污水水质的室内天然岩心流动实验。系统分析了水质对不同渗透率的油藏储层的堵塞规律，从而建立渗透率影响图版，最终确定了大庆杏南油田对不同储层的回注污水界限，为改善杏南油田注水效果提供了一定的理论依据。
1 ?实验部分
1.1 ?实验材料
在杏11-2-检P3532和杏71-1井中选取了7块岩心进行6种不同水质的室内流动实验以及解堵实验，岩心有效渗透率K在2.3～234.8×10-3μm2，应用称重法测定孔隙度Φ在17.4%～28.8%之间，各项详细参数见表1。
实验所用的流体为矿化度为6 778 mg/L的模拟地层水（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种污水。
污水中悬浮物浓度、粒径测量过程如下：
（1）悬浮物浓度测量：①将脱脂棉放入分液漏斗底端，放入适量石英砂，轻微振荡，使石英砂分布均匀，向分液漏斗中分别注入六种水质污水，进行一次过滤;②重复步骤（1），进行二次过滤;③取0.45 μm滤膜若干，放入500 mL蒸馏水中浸泡10 min，再换水浸泡10 min，然后在90 ℃烘箱中烘30 min，再放入干燥器中静置30 min，直至滤膜恒重（二次称量差小于0.2 mg）;（4）用100 mL量筒量取约50 mL待测污水;（5）用JBFT-03悬浮固体测定仪抽滤污水，用酒精冲洗一遍抽滤瓶壁，再用蒸馏水冲洗一遍;（6）抽滤完，滤膜放入烘箱中0.5 h，再放入干燥器0.5 h;（7）利用下列公式计算：悬浮物浓度=（滤后滤膜质量-滤前滤膜质量）×106/污水体积。
（2）含油量测量： ①量取污水约100 mL，倒入分液漏斗中;②称取约50 mL汽油，先倒入分液漏斗25 mL，再加入3～5 mL盐酸，将分液漏斗横置，以“8”字形振荡，振荡过程中不断从分液漏斗下端排出多余气体，直至无气体排出停止振荡;③将步骤②中分液漏斗中液体静置10 min，等液体分层后，从分液漏斗下端排出下层浊液，置于烧杯中，上层液体为汽油和油滴的混合液。将上层液体继续以“8”字形振荡，并不断排出气体，直至无气体排出，将剩余液体静置，排出下层的水，将上层液体置于试管中;④将步骤③中烧杯中液体再次倒入分液漏斗中，加入剩余的25 mL汽油，3～5 min盐酸，重复步骤②和③的操作，将汽油和油滴混合液振荡数次，排出下端黑色物质和气泡物质，直至分液漏斗上层为清液为止，靜置10～20 min;⑤若试管中液体体积不足50 mL，加入汽油补足50 mL，静置1～2 min;⑥取3～5 mL汽油（作为空白样）和3～5 mL萃取后的溶有油滴的汽油分别置于可见分光光度计中的1号比色皿和2号比色皿;⑦分光光度计开机后，首先将射光孔对准1号比色皿，校零（100%），黑板校零（0%）;⑧将射光孔对准2号比色皿，等消光值示数稳定后，读取消光值A;⑨用下列公式计算：含油量=（消光值A×50 mL汽油）/（100 mL污水×0.000 6）。
（3）悬浮物粒径测量：利用Winner2000ZD激光粒度仪测定污水中悬浮物粒径。
1.2 ?实验装置
实验装置由常规室内驱替实验装置组成，其中包括动力系统、驱替系统以及数据采集系统，如图1。其中动力系统为100DX型双计量泵（精度为1%、TELEDYNE美国ISCO公司）;驱替系统包括不锈钢岩心夹持器（耐压0～70 MPa，海岸发达石油仪器科技优先公司）和活塞容器ZR-3（耐压0～70 MPa、容量100 mL、海岸发达石油仪器科技优先公司）;数据采集系统由精密压力表（北京布莱迪仪器有限公司）和微量试管组成。
1.3 ?实验方法
（1）将天然岩心在80 ℃的烘箱中烘48 h，称干重，测定长度及直径，抽真空12 h后，用已配好的模拟地层水进行饱和12 h，称湿重，计算孔隙度;
（2）将实验装置按照图1组装起来，将5.1.1（悬浮固体浓度5 mg/L、粒径1 μm;含油量1 mg/L）水注入活塞容器中并初步进行排空操作，将岩心装入岩心夹持器中。
（3）根据大庆油田杏南地区地层压力以及注水速度参数，通过对比分析后，将实验围压设为10 MPa，驱替速度0.2 mL/min。由于温度不作为自变量，因此实验在常温下进行。
（4）待出口有液体流出时，每隔30 min记录压力以及出液量，直至压力平稳为止。计算水测渗透率。
（5）待压力稳定后，停止记录，将岩心取出反向放入岩心夹持器中，用6 778 mg/L模拟地层水进行反向冲刷，并记录压力以及出口流量，待压力稳定后，停止记录。
（6）依次按照5.3.1、5.5.2、8.3.2、8.5.2、10.10.3更换其余水质，重复（4）（5）（6）步骤。
（7）根据所得数据计算各个状态下岩心渗透率，为了评价6种水质对不同储层的伤害程度，计算渗透率损失率α和渗透率恢复率β，其公式如下：
2 ?实验结果与分析
2.1 ?注入水与储层喉道匹配研究
岩石颗粒间的较小缝隙称为喉道，而由颗粒包围的相对较大的区域称为孔隙。流体在岩石中的渗流过程必然会穿越孔隙和喉道，因此研究孔喉的大小、分布、连通关系以及不同水质与储层孔喉匹配关系是诠释污水水质对油藏储层渗透率影响规律的关键。
恒速压汞实验选取7块岩心，其结果分别用于回注污水水质对不同油藏储层渗透率影响规律研究实验组42组孔隙结构，岩心基础参数见表2。
图2为不同渗透率的岩心喉道和孔道分布，从图中可以看出，其孔道半径分布比较接近，峰值分布大体在100～300μm之间;而岩样对应的喉道分布相差很大，渗透率3×10-3和7×10-3?m2左右的岩心，其喉道分布集中，喉道半径主要分布在0.1～3.1μm;渗透率在20×10-3?m2左右的岩样，其喉道分布跨度较大，喉道半径主要分布在1.3～8μm;渗透率大于50×10-3和110×10-3 ?m2左右的岩样，喉道分布范围更宽，喉道半径主要分布在3～11μm之间;渗透率大于180×10-3和250×10-3 ?m2左右的岩样，喉道分布范围最宽，喉道半径主要分布在5～15 μm之间，而且喉道主要集中在大喉道。
喉道平均直径随着渗透率增加而增大，在渗透率较低时增加较快，渗透率较高时增加变缓。喉道的大小决定了流体在储层中的渗流能力，五厂回注污水有5.1.1（悬浮固体浓度5 mg/L、粒径1μm;含油量1 mg/L）、5.3.1、5.5.2、8.3.2、8.5.2、10.10.3共6种注入水类型，当这些类型注入水注入储层后，主要堵塞储层的喉道。对于3×10-3和7×10-3 ?m2储层，以3×10-3 ?m2储层为例如图3，5.1.1水与5.3.1水粒径分布处于岩心喉道分布左侧，且二者与喉道分布曲线相差较远，重叠范围很小，这表明此粒径范围悬浮物能够通过岩心流出，形成贯穿性堵塞，对储层伤害小;5.5.2、8.3.2、8.5.2、10.10.3水中大部分悬浮物粒径分布也处于岩心喉道分布左侧，但与岩心喉道分布有部分叠加范围，即匹配关系增强，这表明此粒径范围悬浮物能够通过岩心流出，形成贯穿性堵塞，且会滞留部分悬浮物在岩心内，形成过渡性堵塞和较小的浅部堵塞，同时浓度高，可能会对储层造成严重伤害。对于20×10-3 ?m2、50×10-3和110×10-3 ?m2储层，以110×10-3 ?m2储层为例如图4，5.1.1水与5.3.1水注入液粒径分布处于岩心喉道分布左侧，且二者与喉道分布曲线相差较远，重叠范围很小，这表明此粒径范围悬浮物能够通过岩心流出，形成贯穿性堵塞，对储层伤害较小;5.5.2、8.3.2水中悬浮物粒径分布也处于岩心喉道分布左侧，但与岩心喉道分布少量叠加，且悬浮物浓度较大，这表明此粒径范围悬浮物能够通过岩心流出，形成贯穿性堵塞，会对储层造成一定伤害;而8.5.2、10.10.3水中悬浮物粒径分布也处于岩心喉道分布左侧，但与岩心喉道分布叠加范围增大即匹配关系增强，这表明此粒径范围悬浮物能够通过岩心流出，形成贯穿性堵塞，且会滞留部分悬浮物在岩心内，形成过渡性堵塞和较小的浅部堵塞，同时浓度高，对储层造成严重伤害。对于180×10-3和250×10-3 ?m2储层（图5），5.1.1、5.3.1、5.5.2、8.3.2、8.5.2、10.10.3水粒径分布均处于岩心喉道分布左側，与储层喉道匹配度低，对储层伤害较小。
2.2 ?堵塞及解堵实验分析
由堵塞实验结果图6表明，对于大庆杏南油田渗透率级差在3×10??、7×10??、20×10??、50×10??、110×10??、180×10??、250×10?? ?m?的天然岩心，分别注入5种五厂水质后，岩心的渗透率表现为缓慢下降并且在注入60～80 PV后，渗透率达到稳定，此时对岩心的堵塞程度达到最大，认为多余的颗粒无法进入岩心造成堵塞。其原因是：当悬浮物伴随污水注入岩心后，颗粒和油滴附着在岩心孔道中或由于自身重力作用沉降于岩心内部，微观表现为岩心内部有效流动通道减少或有效孔道直径增厚，使得岩心内部孔隙度下降，其宏观变现为岩心注入压力增加，有效渗透率降低。通过室内解堵实验结果（图7）可得：对于3×10?? ?m?，注入5.1.1和5.3.1后，渗透率下降幅度较小，反向冲洗后渗透率有所恢复，说明此粒径范围悬浮物能够部分通过岩心，形成贯穿性堵塞，对储层伤害较小;进一步注入5.5.2、8.3.2、8.5.2、10.10.3后，压力持续增加，渗透率保持不变，反向冲洗后渗透率无明显变化，说明此粒径范围悬浮物不能进入岩心内部，在岩心注入端形成滤饼。与3×10?? ?m?岩心相比，7 mD岩心注入5.5.2、8.3.2、8.5.2、10.10.3后渗透率再次下降，反向冲洗渗透率可部分恢复，说明此粒径范围悬浮物能够部分通过岩心，形成贯穿性堵塞，且会滞留部分悬浮物在岩心内，形成过渡性堵塞和较小的浅部堵塞，会对储层造成严重影响。对于20×10-3、50×10-3 ?m?、岩心依次注入5.1.1、5.3.1水质后，渗透率依次下降，且下降幅度较大，反向冲洗渗透率恢复程度较大，说明以上两种水质可以通过岩心，形成贯穿性堵塞以及较小的浅部堵塞，继续注入5.5.2、8.3.2、8.5.2、10.10.3水后，渗透率进一步下降，但下降幅度较小，反冲冲洗后渗透率增加幅度较小，说明此粒径范围悬浮物形成较小的浅部堵塞、过渡性堵塞，对储层有较大影响。对于110×10?? ?m?岩心在注入5.5.1和5.3.1水后流动压力和渗透率对比可以看出，在含油和粒径相同的条件下，由于水中悬浮物浓度的增加，注入5.3.1水后平衡压力高于5.1.1水，但平衡后的渗透率相差不大，而且反冲洗后渗透率都有所恢复，该储层堵塞类型为贯穿性堵塞、过渡性堵塞和较小的浅部堵塞三种形式共存。对于180×10-3、250×10-3 ?m?左右岩心依次注入5.1.1水、5.3.1水、5.5.2水后平衡压力升高，渗透率降低，再依次注入8.3.2水、8.5.2水后平衡压力力变化和渗透率变化不大，再注入10.10.3水后平衡压力增加，渗透率降低，因此该储层堵塞类型为贯穿性堵塞。
通过室内堵塞实验以及解堵实验分析结果可知，与上述岩心微观喉道半径与水质悬浮物颗粒粒径预测结论基本相符，说明悬浮物浓度、粒径是回注污水对储层渗透率影响的主要因素。
建议油田在达到配注的同时，要考虑注入水中悬浮物的浓度，从而保证悬浮物颗粒粒径的大小，使得粒径尽量小于储层的平均喉道半径。
2.3 ?建立回注污水对渗透率影响图版
对于大庆杏南油田不同渗透率的天然岩心，堵塞实验结果如表3所示。
由此实验结果可以做出合理的判断，以渗透率损失30%为界限，建立渗透率影响图版如图8，3×10-3、7×10-3、20×10-3、50×10-3 ?m?储层适合注入回注污水界限为5.3.1水，110×10-3、180×10-3 ?m?储层适合注入回注污水界限为5.5.2水，250×10-3 ?m?储层适合注入回注污水界限为8.5.2。
3 ?认识与结论
（1）与悬浮物单因素对油藏伤害相比，当悬浮油滴浓度、悬浮油滴粒径、悬浮颗粒浓度、悬浮颗粒粒径4个因素共同作用后，堵塞机理变得更加复杂。目前五场回注的6種污水堵塞地层类型主要是贯穿性堵塞，其堵塞形式主要受水中悬浮物粒径控制。
（2）建议大庆采油五厂在达到配注量的同时，应结合经济效应情况适当的控制回注污水中悬浮物的浓度。
（3）实现结果表明：6种水质与不同储层的匹配程度不同，对于3×10-3、7×10-3、20×10-3、50×10-3 ?m?储层适合注入回注污水界限为5.3.1水;110×10-3、180×10-3 ?m?储层适合注入回注污水界限为5.5.2水;250×10-3 ?m?储层适合注入回注污水界限为8.5.2。
参考文献：
[1] 朱丽娜. 油田注水水质劣化因素与处理技术研究[D]. 东北石油大学，2013.
[2] 刘晓冬，徐景祯.含聚合物污水回注时污染地层的主要物质分析[J]. 环境科学研究，2001（2）：54-56.
[3]Watnabe K， Kodama Y， Syutsubo K. Molecular characterization of bacterial community in aerobic granular sludge stressed by pentachlorophenol[J]. Journal of Environmental Sciences，2008（10）：1243-1249.
[4] 石京平，曹维政，张曙光.马岭油田北三区污水回注的实验研究[J]. 矿物岩石，2002，（02）：87-90.
[5] 伍家忠，孟红丽，徐杰，等. 固相颗粒对低渗透砂岩油藏注水开发影响研究[J]. 西南石油大学学报（自然科学版），2014，36（01）：134-138.
[6] Tran TV， Civan F， Robb ID. Correlating Flowing Time and Condition For Perforation Plugging By Suspended Particles[J]. Spe Drilling & Completion，2009，24（3）：398-403.
[7] 张本艳，张继超，涂文利. 胜利油田注水现状及对储集层的影响[J]. 石油勘探与开发，2007（03）：364-368.
[8] 杨正明，邱勇松，张训华，等. 注入水中的悬浮颗粒对特低渗透油藏开发效果的影响[J]. 石油勘探与开发，2002（04）：106-108.
[9] Utsunomiya S， Kersting A B， Ewing R C. Groundwater nanoparticles in the far-field at the Nevada Test Site：Mechanism for radionuclide transport[J]. Environmental Science and Technology，2009，43（5）： 1293-1298.
[10] M?ri A， Alexander W R， Geckeis H， et al. The colloid and radionuclide retardation experiment at the Grimsel Test Site：Influence of bentonite colloids on radionuclide migration in a fractured rock[J]. Colloids and Surfaces A： Physicochemical and Engineering Aspects，2003，217（1-3）：33-47.
[11] Bedrikovetsky P， Mackay EJ， Rosario FF， et al. Injectivity impairment due to sulfate scaling during PWRI： Analytical model[C]. SPE International Oilfield Scale Symposium， Aberdeen， UK， May 31-June 1， 2006.
[12] Zeinijahromi A， Nguyen P T， Bedrikovetsky P.Taking advantage of fines-migration-induced formation damage for improved waterflooding （reservoir simulation using polymer flood option） [C]. SPE European Formation Damage Conference， Noordwijk， The Netherlands， June 7-10，2011.
[13]付广群，魏泽钢，郭宏伟，陈敏烨.杏南油田表外储层特征及开采方式[J]. 大庆石油学院学报，2003（04）：15-17.
[14] 彭仿熙.河南双河油田注水开发中的稳产措施[J]. 石油勘探与开发，1984（02）：71-73.
