典型海相油田注水分析及工藝措施研究

陳國泉

摘??????要：塔里木某油田注水開發(fā)區(qū)塊在開采過程中，由于儲層非均質(zhì)性強(qiáng)、注水水質(zhì)礦化度高、水質(zhì)不穩(wěn)定以及沿線注水二次污染等多方面的原因，已經(jīng)出現(xiàn)了許多井組地層污染和堵塞，造成注水壓力增高甚至注不進(jìn)水的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響注水開發(fā)效果。為確保注好水、注夠水，通過注水中懸浮沉淀物化學(xué)分析，得出沉淀物中主要包括四氧化三鐵和三氧化二鐵的混合物。根據(jù)污水沉淀原理，得出溶解氧超標(biāo)，水中溶解的鐵離子與氧發(fā)生沉淀反應(yīng)，造成水質(zhì)極不穩(wěn)定;通過工藝評價，找出注水處理中存在的缺陷，及時開展三個階段的工藝及管理優(yōu)化，現(xiàn)場應(yīng)用水質(zhì)站內(nèi)外輸達(dá)標(biāo)率從82.07%達(dá)到96.88%，井口達(dá)標(biāo)率從56.25%達(dá)到了98.92 %。

關(guān)??鍵??詞：注水;二次污染;化學(xué)分析;溶解氧;沉淀反應(yīng);注水處理工藝;現(xiàn)場應(yīng)用

中圖分類號：TQ 085???????文獻(xiàn)標(biāo)識碼：?A ??????文章編號：?1671-0460（2019）11-2604-04

Study on Water Injection Analysis and Technical

Measures in Typical Offshore Oil Fields

???CHEN Guo-quan

（PetroChina Liaohe Oilfield Branch West Oilfield Project Management Department， Liaoning Panjin 124010，?China）

Abstract： Many well formations of the water injection development block of an oil field in Tarim have been polluted and blocked during exploitation because of strong reservoir heterogeneity， high salinity of injected water， unstable water quality and secondary pollution of injected water along the line， which has resulted in water injection pressure increase or even failure in water injection， and poor development effect. In order to ensure the quality and amount of water injection， in-depth basic research was conducted. Through the chemical analysis of suspended sediment in injected water， based on the principle of sewage sedimentation， the evaluation of injected water treatment process and the optimization of different stages were carried out. The field application has achieved good results. The rate of delivery in water quality stations increased from 82.07% to 96.88%， and the wellhead compliance rate increased from 56.25% to 98.92%.

Key words： Water flooding; Secondary pollution; Chemical analysis; Dissolved oxygen; Precipitation reaction; injected water treatment process ; On-site application

塔里木某油田注水有三個特點(diǎn)，第一個特點(diǎn)是注水現(xiàn)狀屬于“三多一高”，停注井多，注不進(jìn)井多，管線刺漏多，注水壓力高，造成這種現(xiàn)象的原因是注水不合格，導(dǎo)致處理設(shè)備及注水管線腐蝕結(jié)垢，嚴(yán)重的造成地層堵塞，注水質(zhì)量不達(dá)標(biāo)注不進(jìn)水而影響地層能量的補(bǔ)充和油田開發(fā)效果。第二個特點(diǎn)是塔中水質(zhì)不穩(wěn)定，注水中鐵離子含量高。第三個特點(diǎn)是注水管線易結(jié)垢，附著在管壁上的沉淀物造成沿線水質(zhì)二次污染，導(dǎo)致聯(lián)合站出來的合格水經(jīng)過管線到達(dá)井口時懸浮物含量及粒徑中值等參數(shù)嚴(yán)重超標(biāo)從而影響注水效果^[1-4]。

1 ?研究內(nèi)容

1.1 ?注水水質(zhì)跟蹤監(jiān)測及測試

從統(tǒng)計的大量數(shù)據(jù)來看，沿線水質(zhì)懸浮物含量及粒徑中值呈現(xiàn)逐級變差的現(xiàn)象（見圖1），合格的聯(lián)合站外輸水到達(dá)注水井口時懸浮物超標(biāo)嚴(yán)重^[5]，粒徑中值的變化趨勢與懸浮物含量的變化趨勢一致（見圖2）。

為了進(jìn)一步弄清楚懸浮物的成分，從現(xiàn)場收集了管線及注水中的懸浮沉淀物，開展紅外測試法及X衍射分析法對沉淀物進(jìn)行成分及形態(tài)分析。通過兩種分析方法得出，分析紅外譜圖在波長1 000和700 cm^-1處Fe-O結(jié)構(gòu)顯示明顯，分別在3 406 cm^-1顯示OH，1 375、2 914、2 853 cm^-1顯示–CH₂-CH₃，1 421、1 550、1 641 cm^-1顯示-COOH。從X衍射分析沉淀物中含有存在四氧化三鐵以及三氧化二鐵的成分。

進(jìn)一步對注水沿線的水質(zhì)進(jìn)行總鐵和溶解氧的測試，從測試的結(jié)果可以看出（見圖3），沿線的總鐵含量均超過了9 mg/L，而溶解氧的含量平均為0.8 mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了該油田注水標(biāo)準(zhǔn)要求的小于0.04 mg/L。鐵離子遇溶解氧易生成鐵氧化合物發(fā)生沉淀現(xiàn)象，造成水質(zhì)不穩(wěn)定，導(dǎo)致懸浮物含量和粒徑中值超標(biāo)，已經(jīng)出現(xiàn)了許多井組地層污染和堵塞，造成注水壓力增高甚至注不進(jìn)水的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響注水開發(fā)效果。

1.2 ?基礎(chǔ)研究階段優(yōu)化

針對在注水開發(fā)中突顯出來的問題，對污水處理技術(shù)及注水井管理進(jìn)行了多次的優(yōu)化階段。

第一階段：2016年5月至2017年1月，開展隔氧除鐵技術(shù)改進(jìn)。

第二階段：2017年2月至2017年5月，優(yōu)化污水處理工藝中加藥位置。

第三階段：2017年6月至2018年7月，改進(jìn)注水管線質(zhì)量及開展配套措施。

1.2.1 ?第一階段

查找溶解氧超標(biāo)原因，利用化學(xué)方法降低污水中鐵含量。通過對污水處理工藝的各個環(huán)節(jié)（見圖4）進(jìn)行一一排除，最終確定兩個節(jié)點(diǎn)會造成污水中氧含量超標(biāo)，一個來源是從曬水池長期暴露在空氣中的污水直接進(jìn)入事故罐導(dǎo)致氧含量增加，另一個來源是懸浮污泥處理凈化器（SSF）頂端不密閉，污水直接和空氣接觸，導(dǎo)致氧氣融入水中造成溶解氧超標(biāo)。

優(yōu)化措施：一是將曬水池來水不接入系統(tǒng)，二是對SSF凈化器頂端進(jìn)行密閉處理。密閉隔氧工藝主要有氮?dú)饷荛]、浮床式密閉、天然氣調(diào)壓密閉、浮油層密閉等幾種。通過優(yōu)缺點(diǎn)的比較（見表1），最終確定氮?dú)饷荛]隔氧為最佳方案。

通過兩個措施的優(yōu)化，站內(nèi)污水溶解氧降低到了0.1 mg/L以下，平均降低率達(dá)到95.52%（見表2）。

同時在系統(tǒng)中加入除鐵劑等化學(xué)方法去除高含量的鐵離子，但是該油田水質(zhì)的特殊性導(dǎo)致加入弱酸性的除鐵劑以后管線和設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，因此該措施不適應(yīng)此污水處理系統(tǒng)。

1.2.2 ?第二階段

為了最大程度上降低污水中無機(jī)物質(zhì)在設(shè)備中沉積結(jié)垢，增加阻垢劑和緩蝕劑等措施降低結(jié)垢，但從管線打開處可以明顯看出，阻垢劑未起到明顯的作用。通過對懸浮污泥處理凈化器（SSF）的原理進(jìn)行分析，該設(shè)備是將污水“三級處理”合并在一個凈化器罐體里，主要包括物化工藝和SSF污水凈化器兩大部分。由懸浮污泥過濾層、污泥收集桶、污泥濃縮室、集水槽、進(jìn)水管、出水管、排泥管等部分組成（見圖5）。通過污水自身形成的污泥過濾層進(jìn)行過濾水質(zhì)，該過濾層不僅將懸浮物、含油等機(jī)雜物質(zhì)過濾掉，同時將加入的各種化學(xué)藥劑一并濾掉，導(dǎo)致阻垢劑、緩蝕劑等藥劑不能通過而降低了阻垢和緩釋的效果^[6]。

改變加藥位置，將加藥位置移至凈化器后端，達(dá)標(biāo)外輸?shù)奈鬯竭_(dá)井口時，發(fā)現(xiàn)注水水質(zhì)比加藥位置改變之前更差（見圖6），因此及時停止加藥，水質(zhì)有所好轉(zhuǎn)，但仍然不穩(wěn)定。通過室內(nèi)試驗?zāi)M加藥后垢樣的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)在正常注水溫度下，將管線中的垢樣放入正常比例的阻垢緩釋劑溶液中，2 h后垢樣慢慢溶釋并懸浮在溶液中（見圖7）。說明阻垢緩蝕劑對垢樣有很強(qiáng)的溶釋作用，證明了阻垢緩蝕劑在保持注水穩(wěn)定的同時對管線中長久積累的垢樣也會溶釋。

1.2.3 ?第三階段

通過室內(nèi)試驗及現(xiàn)場現(xiàn)象，對注水主干線酸洗，同時對單井管線進(jìn)行更換，換成結(jié)垢附著更低同時防腐性能更佳的柔性復(fù)合管。（見圖8）。

連續(xù)跟蹤檢測水質(zhì)中懸浮物含量及粒徑中值等指標(biāo)，正常注水期間，水質(zhì)波動很小，達(dá)標(biāo)的外輸水在井口仍然達(dá)標(biāo)，但是在注水過程中發(fā)生注-停-注沖刷管線時，水質(zhì)波動很大（見圖9），主要原因是站內(nèi)停泵檢修使泵壓改變、管線刺漏、井下測試停注、改變注水量等因素導(dǎo)致注水管線中的水發(fā)生流動-靜止-流動的運(yùn)動，對注水管線和井筒造成沖刷作用，從而將管壁上的新生成的結(jié)垢物帶入水中造成管線二次污染，最終進(jìn)入井下堵塞注入層。因此設(shè)計了一套針對水質(zhì)二次污染、注水發(fā)生啟停時專用的井口過濾器^[7]（見圖10），它作為最后一道截留懸浮物的保障措施，將有效地解決污水經(jīng)長距離管道輸送后造成的超標(biāo)問題。

2 ?現(xiàn)場應(yīng)用

通過對多項措施綜合優(yōu)化的現(xiàn)場應(yīng)用，對該油田注水井開展為期1年的水質(zhì)及注水情況跟蹤分析，水質(zhì)從站內(nèi)外輸?shù)骄谶_(dá)標(biāo)率超過了96%（見表3），注水量全年保持配注量達(dá)標(biāo)，注水油壓保持穩(wěn)定，綜合效果應(yīng)用良好。

3 ?結(jié)?論

（1）分析塔里木某油田水質(zhì)不穩(wěn)定的根本原因，應(yīng)用隔氧技術(shù)及藥劑優(yōu)化保證了入井流體的可靠性，為注好水奠定了基礎(chǔ)。

（2）根據(jù)現(xiàn)狀選擇配套措施，穩(wěn)定注水中的鐵離子、控制沿線注水二次污染以及增加地面管線最后一道攔截過濾等措施是提高該油田注水效果的關(guān)鍵。

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