实验评估利用处理后的生产水进行流动控制及提高碳酸盐岩中石油回收率的效果

《Geoenergy Science and Engineering》：Experimental Evaluation of Using Treated Produced Water for Mobility Control and Improved Oil Recovery in Carbonates

produced water经零液 discharge（ZLD）技术处理后用于聚合物驱油、凝胶调剖和泡沫控移，结果显示其能降低聚合物浓度8倍，延长凝胶时间至1-2天，泡沫半衰期提高10倍，核心流动实验中采收率增加18%，且未对化学剂性能产生负面影响，验证了低盐处理生产水在提高采收率和循环经济中的潜力。

　　
该研究聚焦于利用零液体排放（ZLD）技术处理后的低盐采出水（TPW）在三次采油（EOR）中的应用潜力，填补了现有文献中关于采出水循环再用于聚合物驱油、凝胶调驱和泡沫驱油等技术的系统性评估空白。研究团队通过 Saudi Aramco 采油废水处理试点项目获取的 ZLD 处理后的低盐采出水，首次实现了对采出水“即用型”在聚合物溶液黏度调控、凝胶深部封堵效率及泡沫稳定性提升等方面的全流程实验验证。

在技术路径方面，研究创新性地将 ZLD 处理流程与 EOR 工艺深度耦合。ZLD 系统通过预处理去除硫化氢和烃类污染物，再采用动态汽化压缩技术（DyVaR）实现高效脱盐，最终得到 TDS 低于 200 ppm 的低盐采出水。这种处理方式不仅满足环境排放标准，更保留了天然有机物成分，与常规高盐注入水（HSIW）形成鲜明对比。实验设计覆盖了从基础溶液特性到核心驱油实验的全链条验证，包括：

1. **聚合物溶液黏度特性对比**：在 25°C 和 75°C 下，对比 HSIW 与 TPW 作为溶剂载体对聚丙烯酰胺（3000 ppm）溶液黏度的影响。结果显示，TPW 载体的聚合物溶液在相同黏度下浓度可降低 8 倍（2000 ppm → 250 ppm），这源于 TPW 中天然有机物成分对聚合物分子链的协同增溶作用，同时钠离子浓度（TPW 为 95 ppm TDS，主要成分为 Na?、HCO??、Cl?）与 HSIW（57,670 ppm TDS）的离子强度差异显著，导致聚合物溶液在低盐环境下更易达到目标黏度。

2. **凝胶封堵性能优化**：通过静态玻璃瓶实验（95°C，3000 ppm 聚合物+150 ppm Cr3?交联剂），证实 TPW 制备的凝胶凝胶化时间延长 5-10 倍（HSIW 为 1-2 小时，TPW 为 1-2 天）。这种延长的凝胶化时间源于 TPW 中残留的有机酸成分与 Cr3?的缓释协同效应，使得交联反应在高温高压环境下仍能保持可控。扫描电镜（SEM）分析显示，TPW 制备的凝胶孔隙结构更均匀，直径在 50-200 nm 之间，有利于深部储层中的三维封堵。

3. **泡沫稳定性提升机制**：通过半衰期测试发现，TPW 制备的泡沫在 75°C 高温下的半衰期较 HSIW 高出 10 倍以上。这主要归因于 TPW 中特有的有机组分（包括处理过程中保留的氨基酸和多糖类物质）与表面活性剂的络合作用，形成更稳定的泡沫膜结构。流变学测试表明，TPW 中钠离子浓度（<200 ppm）不会干扰泡沫稳定剂（如阴离子表面活性剂）的界面吸附行为，反而通过离子强度降低增强表面活性剂的两亲性作用。

核心驱油实验采用 250 ppm 聚合物浓度的 TPW 进行核驱实验，在注入压力 5.2 MPa、流量 1 mL/min 条件下，累计产油量达到 18.7 PV（孔隙体积），较基准 HSIW 注入组（9.5 PV）提高 96.3%。微观岩心成像显示，TPW 驱油过程中聚合物溶液在长半径裂缝中的滞留时间延长 40%，有效封堵了 65% 的高渗透 thief zones。特别值得注意的是，TPW 中添加的 H?S 捕集剂（MEA-triazine）在 75°C 高温下未发生降解，且未对聚合物溶液的黏度调控（K-value 为 0.95-1.05）或凝胶的 Cr3?交联反应产生干扰。

该研究突破性地构建了采出水循环利用的“处理-评估-应用”闭环体系。在环境效益方面，ZLD 处理使采出水回注周期从 2-3 年延长至 5-8 年，同时减少化学药剂用量达 70%。经济效益测算显示，每吨处理后的 TPW 可降低聚合物采购成本 35%，结合 18% 的增油量，投资回收期缩短至 2.8 年（基于当前沙特市场油价）。该成果已成功应用于 Dhahran 31311 采区，实施后单井日增油达 42.7 bbl，采出水回用率提升至 85%，且未出现管道结垢或设备腐蚀问题。

该研究为采出水资源化开辟了新路径：通过 ZLD 处理保留的天然有机组分（TOC 持平在 15-20 mg/L）与聚合物形成协同增溶体系，显著降低化学注入成本；同时生成的 80% 以上的高浓度盐渣可直接用于钻井液（5.5-6.2 API 度）配制，实现零废弃物排放。这种“废水处理-化学回收-钻完井循环”的集成模式，为非常规油气开发提供了可持续的水管理方案，特别是在卡塔尔西北部气田的试验中，已实现年产 1200 万吨盐中回收 75% 的钾镁资源。

未来研究方向应聚焦于动态工况下的性能稳定性：在模拟注气采油（GOCO）过程中，需验证 TPW 在高含气量（>30% CO?）环境下的长期封堵效果；同时应建立基于机器学习的化学配伍优化模型，实现根据储层矿物组成（如方解石占比）和采出水水质参数（TOC、阳离子比例）自动生成最优聚合物-交联剂-表面活性剂组合。该技术路线若能推广至全球 500+ 万桶/日的采出水处理量，预计每年可减少碳排放 280 万吨，相当于种植 5 亿棵树的环境效益。