張本艷 王勇飛 朱 婧

(中石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院)

0 引 言

目前，我國眾多氣田面臨一個嚴(yán)峻問題，隨著氣田開發(fā)的深入，油氣采出量逐漸增多，從地下采出的地層水也越來越多，受鉆井液和生產(chǎn)時加入的泡排劑等外來液體的影響，采出水如何處理變得十分棘手。氣田產(chǎn)出水一般礦化度高、對地表農(nóng)作物和生態(tài)環(huán)境具有較強(qiáng)的負(fù)面影響。同其他處理技術(shù)相比，氣田采出水回注技術(shù)目前在油氣田污水處理方面得到了越來越廣泛的應(yīng)用，具有投資較低、運行成本較低、水處理工藝簡單等優(yōu)點[1-7]。如果對采出水進(jìn)行適當(dāng)處理，并用于深層回注，則不僅可解決氣田開采過程中采出水量日益增加的問題，同時也可減少環(huán)境污染，降低油氣田運行成本，有利于氣田的可持續(xù)發(fā)展。

對普光氣田、川中氣礦、元壩氣田、川西氣田等氣礦的調(diào)研結(jié)果顯示，以上氣礦主要采取了回注的方法來處理氣井采出水。從回注站運行情況來看，回注不僅節(jié)約了生產(chǎn)成本，同時也有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。普光氣田先后建立了3 座地層水回注站。回注層位選擇主要是選擇鉆井中出現(xiàn)嚴(yán)重井漏或放空、儲層物性好、厚度大的地層以及裂縫孔洞發(fā)育的雷口坡組、嘉陵江組、飛仙關(guān)組作為回注層[8-9]。川中氣礦1997 年選了1口回注井，拉開了川中氣田水進(jìn)行地層回注的序幕。目前14 口井的回注層位主要集中在大安寨、須家河、東岳廟、珍珠沖和沙溪廟等層系[10]。元壩地區(qū)長興組氣藏采出水礦化度、含鹽量高，氯離子含量尤其高，在溫度、壓力等條件發(fā)生變化時有結(jié)垢產(chǎn)生沉淀的可能。綜合對比元壩上沙溪廟組、閬中大安寨段、閬中上沙溪廟組，元壩上沙溪廟組回注層位深、儲水空間大，環(huán)保風(fēng)險較小，適合污水回注[11]。川西氣田地層水回注研究起步較晚[12]，盡管2005 年在L氣田進(jìn)行過試注，但對地層水回注加快探索步伐始于2009 年的回注試驗[13]，試驗結(jié)果表明：對于蓬萊鎮(zhèn)組這類淺層地層來說，累計采出量高的、地層能量存在虧空的區(qū)域具有一定的回注潛力。另外，調(diào)研顯示，單井多層回注可以降低投入費用，增加注水效益，與多井單層注水模式相比，前者能節(jié)省注水設(shè)施等投入的費用，增加注水效益。

1 某氣田產(chǎn)出水現(xiàn)狀

1.1 產(chǎn)水情況

某氣田2020年日產(chǎn)水約840 m3/d左右，是2005年產(chǎn)水量的10倍。X氣田目前縱向上有3個生產(chǎn)層位，自上而下分別是蓬萊鎮(zhèn)組氣藏(JP)、沙溪廟組氣藏(JS)及須家河組氣藏(TX)。其中TX氣藏日產(chǎn)水733 m3/d，占X氣田產(chǎn)水量的87%左右；JS氣藏日產(chǎn)水95 m3/d，占11%；JP氣藏日產(chǎn)水12 m3/d，占2%。

由于氣田采出水通常礦化度高、水質(zhì)復(fù)雜、含有各種懸浮物和有機(jī)物等污染物。國家和地方環(huán)保部門對氣田外排水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和管理逐步規(guī)范化并越來越嚴(yán)格的情況下，采出水處理后外排費用越來越高。相比之下，回注地層是處理采出水行之有效的方法。由于污水拉運成本大，一般回注區(qū)塊選擇的大原則為：就近回注。X氣田TX氣藏目前處于勘探評價期，不能回注污水；JS氣藏和JP氣藏層位部分區(qū)域采出程度較高，可評價回注的可行性。

1.2 水質(zhì)現(xiàn)狀

由于X氣田大多數(shù)氣井呈低產(chǎn)低壓，為了增加氣井連續(xù)攜液能力，會在生產(chǎn)過程中加入大量泡排劑，導(dǎo)致產(chǎn)出水水樣基本呈現(xiàn)白色或者渾濁的黃色乳狀液。采用多功能離子色譜儀ICS-5000對水樣進(jìn)行檢測分析，為避免樣品中雜質(zhì)或部分有機(jī)物進(jìn)入柱子導(dǎo)致柱頭堵塞或柱性能下降，測試前會對水樣進(jìn)行預(yù)處理。將水樣經(jīng)靜置-粗濾(濾紙)-破乳-過濾(孔徑為0.45 μm的纖維素酯微孔膜過濾)預(yù)處理后，對其水質(zhì)進(jìn)行了檢測，水分析離子檢測結(jié)果見表1。

表1 某氣田產(chǎn)出水水質(zhì)分析 mg·L-1

2 須家河組產(chǎn)出水回注配伍性分析

2.1 濁度測試

根據(jù)測試各氣藏平均礦化度濃度配制實驗用水。

將TX采出水分別與JP采出水和JS采出水按1∶0，0∶1，1∶1，3∶1，5∶1，7∶1的比例混合，在80℃下反應(yīng)靜置24 h以上，利用散射光濁度儀分別測量不同比例的混合水樣初始濁度和反應(yīng)靜置24 h的濁度，定量表征混合水樣懸浮顆粒物質(zhì)的含量變化情況，濁度測定前，采用平均孔徑為0.45 μm的纖維素酯微孔膜進(jìn)行過濾預(yù)處理。濁度測定結(jié)果見表2、表3。

表2 TX與JP氣藏混合水樣濁度統(tǒng)計

表3 TX與JS氣藏混合水樣濁度統(tǒng)計

由表2、表3可以看出，經(jīng)預(yù)處理后的單一的TX氣藏采出水濁度10 NTU，低于單一JP氣藏采出水濁度102 NTU及JS氣藏采出水濁度42。當(dāng)TX氣藏與JP氣藏采出水按不同比例混合后，混合初期濁度均急劇增加，在80℃下反應(yīng)靜置24 h后，濁度略有增加，基本趨于平穩(wěn)。

分析認(rèn)為，TX氣藏與JP氣藏采出水混合后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生產(chǎn)大量沉淀物，導(dǎo)致固體懸浮物含量明顯增多，造成濁度增加，且生產(chǎn)的沉淀在80℃下比較穩(wěn)定。

TX氣藏與JS氣藏采出水按不同比例混合后，隨著TX采出水比例的增加，混合水樣的濁度逐漸減小，在80℃下反應(yīng)靜置24 h后，混合水樣濁度略有增加，但最高值始終未超過單一JS氣藏采出水的濁度，說明TX氣藏采出水與JS氣藏采出水配伍性較好。

2.2 結(jié)垢分析

考慮X氣田實際產(chǎn)水情況，將TX氣藏采出水分別與JP氣藏和JS氣藏采出水按不同比例混合，根據(jù)SY/T 0600—2016《油田水結(jié)垢趨勢預(yù)測》[14]，計算了混合水樣不同配比情況下的垢樣類型及結(jié)垢量，見圖1、圖2。

圖2 TX與JS采出水不同比例混合后的結(jié)垢預(yù)測

在這兩種混合水樣中，均生成了CaCO3和BaSO4垢樣。在TX與JP混合水樣中，隨著TX采出水比例增加，CaCO3和BaSO4結(jié)垢量增加，當(dāng)TX采出水與JP采出水比例為3∶1時，結(jié)垢逐漸變緩，CaCO3和BaSO4最大值分別為593.66 mg/L和198.37 mg/L，詳見圖1。

在TX與JS混合水樣中，隨著TX采出水比例增加，CaCO3和BaSO4結(jié)垢量均先增加，當(dāng)TX采出水與JS采出水比例達(dá)到1∶1時，CaCO3結(jié)垢量達(dá)到最大，并趨于穩(wěn)定；當(dāng)TX采出水與JS采出水比例增加到3∶1時，BaSO4結(jié)垢量達(dá)到最大，隨后又明顯下降，這與TX和JS氣藏地層水的離子成分和濃度有關(guān)。TX與JS不同比例混合水樣中，CaCO3和BaSO4最大值分別為220.37 mg/L和240.24 mg/L，結(jié)果見圖2，但垢量總和低于TX和JP的混合水樣。

在回注過程中，回注水與地層水反應(yīng)可能會在地層孔隙中發(fā)生結(jié)垢，對儲層造成傷害，減小孔徑或堵塞喉道，從而影響回注水的滲流通道，并引起回注壓力的增大。由此可見，TX采出水回注到JS氣藏比回注到JP氣藏產(chǎn)生的傷害要小，且混合比例越大，優(yōu)勢越明顯。

2.3 儲層傷害評價

TX氣藏采出水注入回注層的過程中，TX水樣比例是一個逐步增大的過程?？紤]TX與JS采出水混合比例為3∶1時CaCO3和BaSO4總垢量達(dá)到最大值，選取巖心樣品，分別注入TX與JP的混合水樣(比例3∶1)和TX與JS的混合水樣(比例3∶1)，開展回注水對儲層的傷害評價實驗，評價最大限度下儲層的滲透率損失率。將不同注入倍數(shù)(PV)下的巖心滲透率值與原始滲透率相比，得到不同PV下的滲透率比值，結(jié)果見圖3、圖4。

圖4 TX與JS采出水混合水樣(比例3∶1)對滲透率的影響

圖3 TX與JP采出水混合水樣(比例3∶1)對滲透率的影響

從驅(qū)替實驗可知，隨著流體注入倍數(shù)的增加，對儲層的滲透率損害越來越大。當(dāng)注入TX與JP混合水樣體積倍數(shù)為12～14 PV時，滲透率的損失逐漸變緩，當(dāng)注入混合水樣體積倍數(shù)達(dá)到24 PV時，滲透率從初始的4.24×103μm2下降到1.3×103μm2，滲透率損失率為69.34%。

當(dāng)注入TX與JS混合水樣體積倍數(shù)為10～12 PV時，滲透率的損失逐漸變緩，當(dāng)注入混合水樣體積倍數(shù)達(dá)到24 PV時，滲透率從初始的3.73×103μm2下降到2.25×103μm2，滲透率損失率為39.68%。TX氣藏的采出水注入JP氣藏比注入JS氣藏會造成儲層更大的滲透率損失。

3 結(jié) 論

X氣田采出水主要來自于須家河組氣藏，各氣藏地層水水分析離子濃度差異大。須家河組與沙溪廟組流體的配伍性好于須家河組與蓬萊鎮(zhèn)組的流體配伍性；兩種混合水樣中均產(chǎn)生了CaCO3和BaSO4沉淀，須家河組與沙溪廟組地層水混合產(chǎn)生的垢量更??；儲層傷害評價實驗顯示，須家河組采出水注入沙溪廟組造成的巖心滲透率損失率更小。對比蓬萊鎮(zhèn)氣藏和沙溪廟組氣藏地層傷害評價研究結(jié)果，建議將X氣田須家河組采出水回注到沙溪廟組氣藏。