含油污泥是在油田开采、原油运输和储存过程中产生的固体废弃物，由水、油、泥砂和各种添加剂等组成。如果含油污泥处理不当，不仅会造成资源的浪费，还会对人体健康和生态环境带来巨大的影响^[1-4]。目前含油污泥的处理主要有固化填埋法、焚烧法、热解析法、生物法等方法^[5-9]。上述方法虽然针对不同类型的污泥取得了一定的效果，但由于处理成本高、所需设备复杂、容易造成二次污染等，使得上述处理方法在应用时产生了一定的局限性^[10-11]。因此，含油污泥的资源化再利用技术已成为各大油田研究的热点问题^[12-15]。

随着调剖技术的发展，利用含油污泥制备调堵剂引起了一定的关注^[16-20]。调堵技术能够调整注水剖面的渗透率，提高注水开发效果，是目前油田开发广泛应用的重要技术之一。已成功应用的调剖体系有：凝胶类调剖体系，颗粒类调剖体系，泡沫类调剖体系，微生物调剖体系等^[21-24]，这些体系各有特点，提高封堵效率、延长凝胶破胶时间并在较长时间内保持凝胶强度是调剖剂开发的重要内容。基于含油污泥含有一定颗粒、黏度较高，将其和调剖技术综合利用，可用于封堵油藏的较大孔道，继而提高注水开发过程中的波及系数^[25-26]。基于此，本研究通过用油田污水稀释含油污泥之后，加入一定量的悬浮剂、交联剂等助剂，制成了含油污泥基调堵体系，以期为含油污泥的资源化与无害化处理提供依据。

1 实验材料和方法 1.1 材料

含油污泥，取自胜利孤东油田；油田污水(污水的离子含量如表 1所示)，取自胜利孤东油田；均聚聚丙烯酰胺(单体中含少量丙烯酸单体，相对分子质量为1 200万)，取自胜利油田；部分水解聚丙烯酰胺(单体中含少量2-丙烯酰胺基辛烷基磺酸单体，相对分子质量1 000万，水解度15%)，取自胜利油田；T型聚丙烯酰胺(相对分子质量为820万)，取自胜利油田；酚醛类交联剂。

1.2 分析测试仪器

分析天平、烘箱、数显黏度计、DHR-2流变仪、马尔文激光粒度仪MS3000和岩心装置等仪器。

1.3 悬浮剂耐温性的测定

为了使调堵体系具有长期稳定性，根据油藏的温度范围，筛选出耐温性较好的悬浮剂。将不同悬浮剂分别用油田污水配制成不同质量浓度的聚合物溶液，测定其黏度随温度的变化。

1.4 悬浮率的测定方法

根据上述所筛选的聚丙烯酰胺类型，加入不同的V(油田污水) :V(含油污泥)，在500 r/min速度下搅拌30 min后，将制得的悬浮体系置于100 mL的量筒中，静置24 h，记录悬浮体系上清液的析出量，计算悬浮率^[27-28]，如式(1)所示。

$ Q = \frac{{{\rm{ }}{h_1}-{h_2}}}{{{h_1}}} \times 100\% $

(1)

式(1)中：h₁为悬浮体系开始体积，mL；h₂为静置24 h后悬浮体系析出上清液的体积，mL。

1.5 含油污泥调堵体系的制备

在上述实验所制备的悬浮体系中，加入交联剂。将所制得的悬浮体系放入到60 ℃的恒温箱中，定期观察调堵体系的成胶状态，根据凝胶代码法^[29]确定成胶时间，凝胶形成之后用黏度计测定其黏度，转速为6 r/min。

2 实验结果与讨论 2.1 含油污泥的组分和粒径分析

称取一定量的含油污泥于培养皿中，将其放入到105 ℃的烘箱中，恒温48 h进行干燥除水；将脱水后的含油污泥放入到烧杯中，用甲苯反复洗涤，然后将滤液减压蒸馏，蒸出其中的甲苯，从而计算出含油率；将洗涤后的固体放到烘箱中，除去残留的甲苯。将上述实验重复3次，测得的含油污泥样品平均含水率51.90%，平均含油率5.18%，平均固含量42.92%。由马尔文激光粒度仪测得的脱水脱油后的泥砂粒径如图 1所示。

当泥砂未经筛分处理时，粒径分布范围为4~2 390 μm，说明泥砂粒径分布宽度较大，不适宜直接使用。因此，我们对脱水脱油后的泥砂进行了筛分(150目金属筛)处理，筛分后的泥砂粒径分布如图 1所示。

由图 1可以看出，筛分后的泥砂粒径分布为3~86 μm，平均粒度为27.9 μm，粒径的分布较为集中，适合在封堵体系内作为颗粒堵剂，形成凝胶型调堵体系，增加封堵强度^[30-31]。

2.2 悬浮剂类型的筛选

为了使调堵体系在油藏温度下，具备较好的热稳定性，需要筛选出耐温性比较好的悬浮剂。在不同温度下，分别测定不同质量浓度下悬浮剂的黏温曲线，以考查不同类型悬浮剂的耐温性。从图 2中可以发现，部分水解聚丙烯酰胺和T型聚丙烯酰胺随温度的升高，黏度的变化较均聚聚丙烯酰胺下降缓慢，说明部分水解聚丙烯酰胺和T型聚丙烯酰胺具有相对较好的耐温性。这可能是因为部分水解聚丙烯酰胺含有少量2-丙烯酰胺基辛烷基磺酸单体，由于疏水碳链的引入，使得分子间发生疏水缔合作用，疏水缔合是一种吸热的熵驱动过程，温度升高导致缔合作用在一定程度上增强，有利于缓解聚合物表观黏度随温度升高而下降的趋势；同时刚性基团的引入也可以提高聚合物的耐温性能。而T型聚丙烯酰胺由于梳型的特殊结构，通过分子间的相互作用，形成超分子聚集结构，使聚合物分子链运动受阻，从而使得两者聚合物黏度的下降较均聚聚丙烯酰胺缓慢。考虑到聚合物溶液黏度太高不利于泵送和成本等因素，因此选用质量分数0.1%~0.4%作为适宜的悬浮剂浓度，以考察2者的携带含油污泥的能力。

2.3 悬浮剂质量分数和V(油田污水) :V(含油污泥)的确定

为了确定最适宜的悬浮剂质量分数和V(油田污水) :V(含油污泥)，我们设计了不同的实验配方，分别如表 2和表 3所示。

由表 2和表 3可知，在保持V(油田污水) :V(含油污泥)的相同体积配比条件下，悬浮剂的质量分数越高，其悬浮能力越强，越有利于含油污泥的悬浮。在加入悬浮剂之后，由于悬浮体系具有一定的黏度，可以有效地克服油泥自身重力的影响，从而使得含油污泥的沉降速度变缓。在保持悬浮剂质量分数不变时，对比V(油田污水) :V(含油污泥)实验数据发现，当含油污泥参比不多于油田污水时，悬浮性能均较好，故V(油田污水) :V(含油污泥)为1 :1~3 :1。分析可能是因为含油污泥中含有一定量的固体颗粒，当含油污泥含量过高，密度值过大，在重力作用下就越容易发生沉降，使得体系的悬浮性能受到一定程度的影响。

对比表 2和表 3时发现，T型聚丙烯酰胺作为悬浮剂时，T型聚丙烯酰胺的悬浮能力好于部分水解聚丙烯酰胺。这可能与T型聚丙烯酰胺的特殊结构有关，T型聚丙烯酰胺在分子间相互作用下^[32]，更易形成交织的空间网络结构，从而使得体系的悬浮性能更好，故可选择T型聚丙烯酰胺作为调堵体系的悬浮剂。结合经济效益，选择T型聚合物质量分数为0.3%；V(油田污水) :V(含油污泥)为1 :1~3 :1，静置24 h，此悬浮率均可达92%以上，可形成较好的悬浮体系，保证了在凝胶过程中含油污泥能够基本悬浮在调堵体系中，而不发生沉降，有利于调堵体系进行调剖。

2.4 交联剂质量分数的确定

在凝胶体系中，交联剂的质量分数也是影响调堵体系的重要因素，因此考察了交联剂质量分数对调堵体系成胶性能的影响。保持V(油田污水) :V(含油污泥)为1 :1~3 :1、悬浮剂T型聚丙烯酰胺的质量分数为0.3%条件下，考察了不同交联剂质量分数对凝胶性能的影响。从表 4中可以看出，随着交联剂质量分数的不断增加，成胶时间不断缩短，凝胶强度不断增强。交联剂质量分数越高，会带来更多的交联位点，与悬浮剂的官能团发生反应，从而增加了交联密度^[33]。因此，形成凝胶的速率增加，导致成胶时间减少，同时凝胶强度增加。结合经济效益和现场调堵体系施工的要求，确定交联剂加入质量分数为0.3%，成胶时间大于20 h，凝胶强度大于28 000 mPa·s。

2.5 调堵体系性能评价

通过上述实验，确定了调堵体系的最适宜配方为：T型聚丙烯酰胺的质量分数为0.3%、V(油田污水) :V(含油污泥)为1 :1~3 :1、交联剂质量分数为0.3%，分别对应表 4中的配方编号2、5和8，并对这3种实验方案进行性能评价。

2.5.1 含油污泥调堵体系的稳定性

调堵体系在注入地下后，很容易发生热降解，导致黏度下降，甚至出现脱水现象。为了保证调堵体系具有长期稳定性，通过定期测定调堵体系的黏度，考察调堵体系的稳定性^[34]。将制备好的调堵体系放入密封容器中，放在60 ℃的恒温箱中，每隔一段时间测定其黏度并计算其黏度保留率，用式(2)计算。

$ R = {\rm{ }}\frac{{{\eta _2}}}{{{\eta _1}}} \times 100\% $

(2)

式(2)中R为黏度保留率，%；η₁为调堵体系形成凝胶后的初始黏度，mPa·s；η₂为调堵体系形成凝胶后180 d的黏度，mPa·s。

从图 3中可知，在30 d内调堵体系的黏度基本保持不变，在180 d之后，黏度仍能够保持在26 000 mPa·s以上，高于类似调剖体系黏度的保持值^[35]。根据公式(2)的计算，配方8所对应的调堵体系形成凝胶后的初始黏度为32 389 mPa·s，放置180 d后黏度为29 927 mPa·s，黏度保留率为92.40%；配方5所对应的调堵体系形成凝胶后的初始黏度为30 860 mPa·s，放置180 d后黏度为28 330 mPa·s，黏度的保留率为91.80%；配方2所对应的调堵体系形成凝胶后的初始黏度为28 644 mPa·s，放置180 d后黏度为26 080 mPa·s，黏度保留率为91.05%。3种实验配方的黏度保留率都在91%以上，高于类似调剖剂的黏度保留率^[36]，表明所制备的调堵体系的稳定性较好，具有良好的抗老化性能，符合油田对调堵体系稳定性的要求。

2.5.2 含油污泥调堵体系的封堵性能

调堵体系是基于含油污泥，加入一定量聚合物、交联剂等助剂，制成的冻胶调堵剂，因此根据石油行业的标准SY/T 5590-93 《冻胶调剖剂性能评价方法》, 将40~80目的石英砂充填到Φ 30 mm×300 mm的岩心管中，模拟具有较高渗透率的地层。将岩心抽真空并用地层水饱和，然后在60 ℃的恒温器中放置8 h，用恒速恒压泵以0.3 mL/min的速度进行水驱直至压力稳定，计算水相渗透率K₁。然后将0.3倍孔隙体积的悬浮体系注入岩心中，并置于60 ℃恒温箱中候凝。最后以相同的速度进行水驱，计算封堵后的水相渗透率K₂，结果见表 5。

由表 5知，含油污泥调堵体系封堵率均大于94%，高于类似调堵剂的封堵率^{[32, 37]}，突破压力达6.2 MPa以上，说明调堵体系的封堵效果良好，具有一定的强度，能够满足注水井封堵的标准(≥90%)^[38]。

选取配方2、5和8，进行耐水冲刷性能实验，继续注入10、20、30和50倍孔隙体积的盐水，连续记录压差并计算水相渗透率，实验结果如表 6、表 7和表 8所示。随着驱替用水量的增加，岩心封堵率有所下降，但变化幅度较小，经过50倍孔隙体积的盐水冲刷后，调堵体系的封堵率仍可保持在92%以上，说明该调堵体系具有较好的耐冲刷能力。

3 结论

通过室内实验研究，对含油污泥调堵体系的各项添加剂进行了筛选与评价，成功地制备了一种可以有效携带油泥的调堵体系。悬浮体系在室温下静置24 h，悬浮率在92%以上，可满足现场施工的要求。对含油污泥调堵体系进行了性能评价，该调堵体系具有良好的长期抗老化性能，在60 ℃下老化180 d后，黏度保留率大于91%；封堵后水相渗透率达94%以上，突破压力达6.2 MPa以上，进行耐水冲刷后，封堵率仍可保持在92%以上，表明调堵体系可以对油藏孔道进行有效封堵，具有较好的强度。与同类调堵剂相比，此调堵体系中聚丙烯酰胺和交联剂的浓度较低^[39-40]，该含油污泥调堵体系不仅成本较低，并且实现了对含油污泥的资源化再利用，具有一定的应用前景。