酸化返排液特征研究

黃利平，孟向麗，楊 淼，熊培祺

（中海油能源發(fā)展股份有限公司，天津 300452）

油水井酸化作為常規(guī)增產(chǎn)措施，在各海上油田廣泛應(yīng)用。渤海油田自2001年開(kāi)始大規(guī)模應(yīng)用油井酸化解堵技術(shù)，取得了良好的解堵增油效果。海上平臺(tái)油井酸化返排液處理，由于平臺(tái)空間小等條件限制，一般采用井口加堿中和，進(jìn)油氣水處理系統(tǒng)即時(shí)處理工藝。隨著開(kāi)發(fā)的進(jìn)行，由于平臺(tái)油氣水處理設(shè)備老化、處理藥劑復(fù)雜化等原因，中和后的酸化返排液進(jìn)入平臺(tái)處理系統(tǒng)，易造成處理系統(tǒng)不穩(wěn)定，部分高酸值油田[1]及老舊平臺(tái)甚至出現(xiàn)了因酸化返排，引起外輸原油含水超標(biāo)而短暫關(guān)停的現(xiàn)象，嚴(yán)重制約了海上油井酸化的正常開(kāi)展[2-4]。近年來(lái)，平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)酸化返排多采用井口加堿中和+簡(jiǎn)單沉降過(guò)濾、回注注水井處理工藝，該工藝能有效避免酸化返排對(duì)平臺(tái)油氣水處理系統(tǒng)造成影響，但經(jīng)簡(jiǎn)單處理后的酸化返排液由于各項(xiàng)指標(biāo)與注入水指標(biāo)差異大，易造成回注井堵塞。為進(jìn)一步認(rèn)識(shí)回注井堵塞原因，同時(shí)為海上平臺(tái)酸化返排液即時(shí)處理工藝優(yōu)化提供依據(jù)，對(duì)渤海某油井酸化返排液特征進(jìn)行了研究。

1 海上平臺(tái)酸化返排液處理工藝現(xiàn)狀

海上平臺(tái)油井酸化返排采用的井口加堿中和，進(jìn)油氣水處理系統(tǒng)工藝，易造成油氣水處理系統(tǒng)紊亂，最主要表現(xiàn)是破乳藥劑失效及電脫裝置掉電[5-8]。為避免油井酸化返排對(duì)平臺(tái)油氣水處理系統(tǒng)造成沖擊，現(xiàn)場(chǎng)工程師們結(jié)合各平臺(tái)的具體特征，提出了酸化返排液不加堿中和直接回注注水井、加堿中和回注注水井、加堿中和簡(jiǎn)單處理后回注注水井等處理工藝，這些工藝雖然避免了油井酸化返排對(duì)油氣水處理系統(tǒng)造成沖擊的問(wèn)題，但返排液不處理或經(jīng)簡(jiǎn)單處理后回注注水井，易造成回注井堵塞。現(xiàn)場(chǎng)為確保油井酸化返排施工的連續(xù)順利進(jìn)行，單口油井酸化返排液回注一般需預(yù)備2至3口回注井，避免出現(xiàn)因回注井堵塞造成返排中斷的現(xiàn)象，返排結(jié)束后，再對(duì)堵塞的回注井進(jìn)行二次解堵。

2 渤海某油井酸化返排液特征

渤海油田某油井酸化，采用常規(guī)緩速酸體系，酸液主要成分為鹽酸、氟硼酸及常規(guī)酸液添加劑，酸液用量90 m3，返排液處理采用井口加堿中和-緩沖罐重力沉降分離-籃式+袋式過(guò)濾-回注注水井工藝，平均返排液量200 m3/d，共返排5 d，返排結(jié)束后，油井恢復(fù)正常生產(chǎn)。該井酸化返排過(guò)程中，在井口對(duì)加堿中和后的不同時(shí)期返排液進(jìn)行取樣，取樣時(shí)間間隔為24 h，現(xiàn)場(chǎng)井口取樣溫度為45℃，共取回5 d的樣品。

2.1 油相含水率分析

取回樣品經(jīng)45℃恒溫水浴加熱2 h，收集各樣品上層浮油，參考GB/T 8929-2006《原油水含量的測(cè)定蒸餾法》，測(cè)試上層浮油含水率（見(jiàn)表1）。

該井取回的返排液樣品中含油較少，僅上部表層可見(jiàn)少量浮油，蒸餾法測(cè)試上層浮油含水率為6%～7%，說(shuō)明酸化返排過(guò)程中，油相含量少，油相含水率低。

表1 各樣品上層浮油含水率

2.2 表觀特征分析

收集去浮油后的樣品，裝入100 mL脫水瓶中（見(jiàn)圖 1、表 2）。

圖1 不同時(shí)期去除浮油后返排液

表2 去除浮油后返排液樣品表觀特征

由返排液樣品的水相表觀特征分析可以得出，初期返排液中基本不含懸浮物，后期返排液中懸浮物含量增加非常明顯。

2.3 pH值測(cè)試

測(cè)試不同時(shí)期返排液的pH值，測(cè)試結(jié)果（見(jiàn)圖2）。

圖2 不同時(shí)期返排液樣品pH值

由圖2可以看出，隨著返排的進(jìn)行，返排液pH值逐漸升高，說(shuō)明樣品酸性逐漸變?nèi)酢＝Y(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，解堵液擠注順序?yàn)榍爸盟?主處理酸-后置酸-頂替液，前置酸用量相對(duì)較小，最先進(jìn)入地層，與地層反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，酸液濃度消耗大；主處理酸隨后進(jìn)入地層，用量相對(duì)較大，與堵塞物反應(yīng)較徹底；后置酸用量最小，配方多與前置酸一致，與地層接觸時(shí)間相對(duì)較短，酸液濃度消耗有限；頂替液多為注入水或防膨液，用于將后置液頂入地層，一般不與地層接觸。酸化返排過(guò)程中，頂替液最先返出，而頂替液用量一般較小，故初期返排液主要為頂替液及后置酸殘液，呈現(xiàn)強(qiáng)酸性，隨后返排出的主處理酸殘液及前置酸殘液由于與地層接觸時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，酸液濃度消耗大，酸性逐漸變?nèi)酢，F(xiàn)場(chǎng)返排液井口加堿中和施工中，井口加堿速度一般相對(duì)固定，故中和酸性物質(zhì)能力也相對(duì)固定，初期返排液酸性較強(qiáng)，堿液未能完全中和，故出現(xiàn)了初期中和后殘液顯酸性，后期中和后殘液酸性逐漸變?nèi)醯默F(xiàn)象。

2.4 鐵含量測(cè)試

參考SY/T5523-2016《油田水分析方法》，使用UV-2100型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，分別測(cè)試去浮油后5 d樣品的鐵含量，測(cè)試結(jié)果（見(jiàn)圖3）。

圖3 返排液鐵含量測(cè)試

由圖3可以看出，初期返排液中鐵含量非常高，總鐵含量高達(dá)6 000 mg/L以上，隨著返排的進(jìn)行，返排液中鐵含量迅速降低，后期返排液總鐵含量降至10 mg/L以下，說(shuō)明酸化過(guò)程中，由于酸液對(duì)井筒管柱腐蝕和對(duì)鐵銹等物質(zhì)的溶蝕，返排液中鐵含量急劇增加。初期返排液由于酸性較強(qiáng)，鐵多以離子形態(tài)存在，故初期返排液樣品未因含鐵高而出現(xiàn)沉淀，后期返排液酸性變?nèi)?，易生成氫氧化鐵沉淀，導(dǎo)致沉淀物急劇增加，與后期返排液懸浮物含量明顯增加的特征吻合。

2.5 沉淀物體積測(cè)試

模擬井口返排液溫度，45℃恒溫水浴條件下，分別各取去浮油后返排液樣品100 mL至帶刻度的脫水瓶中，靜置24 h，觀察沉淀情況（見(jiàn)圖4）。

由圖4可以看出，隨著返排的進(jìn)行，返排液中沉淀物體積逐漸增加，初期返排樣品中無(wú)沉淀，后期返排液樣品中沉淀物體積約占總體積的6%。

圖4 100 mL返排液中沉淀物含量

2.6 懸浮物質(zhì)量測(cè)試

進(jìn)一步定量評(píng)價(jià)各時(shí)期返排液中懸浮物質(zhì)量，分別取不同時(shí)期去浮油后返排液樣品100 g，用濾紙過(guò)濾，105℃烘干4 h，稱(chēng)重，測(cè)試各樣品中懸浮物質(zhì)量，測(cè)試結(jié)果（見(jiàn)圖5）。

圖5 100 g不同時(shí)期返排液樣品中懸浮物質(zhì)量

由圖5實(shí)驗(yàn)可以看出，不同時(shí)期返排液中懸浮物質(zhì)量增加明顯，懸浮物質(zhì)量約占樣品總質(zhì)量的0.04%～0.5%。參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SYT5329-2012《碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法》，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，取樣的海上油田注入水指標(biāo)中懸浮物含量指標(biāo)應(yīng)≤30 mg/L，酸化返排液中懸浮物指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)，是造成回注井堵塞的重要原因。

結(jié)合取樣井酸化返排液特征分析可以看出，酸化返排液中油相含量少，油相含水率低；隨著返排的進(jìn)行，返排液pH值逐漸升高，酸性逐漸變?nèi)?，總鐵含量逐漸降低，樣品中懸浮物含量增加明顯。含有大量懸浮物的返排液回注注水井，勢(shì)必會(huì)造成回注井堵塞。

3 返排液中懸浮物元素分析

進(jìn)一步分析返排液中懸浮物元素成分，將不同時(shí)期返排液樣品經(jīng)45 μm過(guò)濾膜過(guò)濾，收集上部過(guò)濾出的懸浮物，進(jìn)行XRF元素分析，由于第一天樣品未收集到懸浮物，故未進(jìn)行分析（見(jiàn)表3～表6）。

抽濾過(guò)程中，過(guò)濾膜表面的懸浮物呈現(xiàn)明顯的黑褐色油泥狀，說(shuō)明懸浮物含有原油，而實(shí)際XRF元素分析無(wú)法對(duì)原油元素進(jìn)行分析，故出現(xiàn)XRF元素分析結(jié)果中各元素質(zhì)量百分比總和偏低的現(xiàn)象；由XRF分析結(jié)果可以看出，樣品中無(wú)機(jī)物成分較少，元素以Ca、Fe、Al、Si為主。

表3 第二天懸浮物樣品XRF分析結(jié)果

表4 第三天懸浮物樣品XRF分析結(jié)果

表5 第四天懸浮物樣品XRF分析結(jié)果

表6 第五天懸浮物樣品XRF分析結(jié)果

4 結(jié)論

（1）渤海油田油井酸化返排液直接回注或經(jīng)簡(jiǎn)單處理后回注注水井，返排液中懸浮物、鐵含量嚴(yán)重超標(biāo)，是造成回注井堵塞的主要原因。

（2）不同時(shí)期酸化返排液特征差異明顯，初期返排液酸性強(qiáng)，總鐵含量高達(dá)6 000 mg/L以上，基本不含沉淀，隨著返排的進(jìn)行，返排液酸性逐漸變?nèi)酰傝F含量逐漸降低至10 mg/L以下，懸浮物含量增加明顯，懸浮物沉淀后的體積逐漸增加至總體積的6%，懸浮物質(zhì)量逐漸增加至總質(zhì)量的0.5%。

（3）XRF分析表明，返排液懸浮物主要為原油和無(wú)機(jī)物的混合物，無(wú)機(jī)物含量較少，無(wú)機(jī)物元素以Ca、Fe、Al、Si為主。

（4）正確認(rèn)識(shí)酸化返排液特征，采用合適的工藝解決返排液中懸浮物、鐵含量嚴(yán)重超標(biāo)等問(wèn)題，是海上平臺(tái)酸化返排液即時(shí)處理工藝成功的關(guān)鍵。

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