黃衛(wèi)紅 鄒俊剛 黃繼紅 楊金華 朱紅艷

(中國(guó)石油新疆油田分公司采油一廠)

0 引 言

2015年1月1日新環(huán)保法的實(shí)施，對(duì)環(huán)境保護(hù)、污染防治、推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)提出了更高要求。國(guó)內(nèi)外油田污水利用主要有3種方法，回用、外排和回注。其中污水外排不僅消耗大量水資源，還會(huì)造成環(huán)境污染。文章對(duì)稠油凈化污水穩(wěn)定性、水質(zhì)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)研究，結(jié)果表明，稠油凈化污水水質(zhì)比較穩(wěn)定，與地層水配伍性較好，鈣鎂等成垢離子濃度相對(duì)較低，可以用于紅山嘴油田回注水。污水回注后對(duì)地層儲(chǔ)層傷害、注水系統(tǒng)腐蝕結(jié)垢趨勢(shì)開展動(dòng)態(tài)跟蹤評(píng)價(jià)，以確定稠油凈化污水對(duì)注水指標(biāo)的影響程度及影響因素，提出工藝技術(shù)改進(jìn)措施，為紅山嘴油田其它區(qū)塊污水處理提供技術(shù)儲(chǔ)備和示范[1-3]。

1 紅山嘴油田注水概況

紅山嘴油田于1990年投入注水開發(fā)，注水開發(fā)占油田總儲(chǔ)量的88%。稠油凈化污水回注前，注入水采用水源井清水，注入水源水型為CaCl2，氯離子含量高；而各區(qū)塊地層水為NaHCO3、CaCl2型，以NaHCO3型為主，紅山嘴油田注水區(qū)塊水型分析見表1。由于注入水的水質(zhì)不穩(wěn)定，與原始地層水不配伍，造成地面系統(tǒng)注水管線設(shè)施結(jié)垢嚴(yán)重，注水井井況惡化，修井頻繁，注水井檢配合格率僅為41.7%。

表1 注入水水質(zhì)全分析

稠油凈化污水及注入水沿程水質(zhì)指標(biāo)見表2。

由表2看出，稠油凈化污水Ca2+含量較低，SI飽和指數(shù)碳酸鈣結(jié)垢趨勢(shì)較弱，SAI穩(wěn)定指數(shù)無碳酸鈣結(jié)垢趨勢(shì)，水質(zhì)穩(wěn)定，理論上可回注紅山嘴油層。2016年12月紅山嘴油田完成稠油凈化污水回注。

表2 稠油凈化污水及注入水沿程水質(zhì)指標(biāo)

2 水質(zhì)結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)

根據(jù)SY/T 0600─2016《油田水結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)方法》，采用飽和指數(shù)(SI)法和穩(wěn)定指數(shù)(RI)法進(jìn)行碳酸鈣、硫酸鈣的結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)，以判斷注水系統(tǒng)沿程水質(zhì)的穩(wěn)定性[4]。

由表2數(shù)據(jù)可見，稠油凈化污水的SI為0.59，SAI為5.83，大于5而接近于6，有較弱的碳酸鈣結(jié)垢趨勢(shì)，從注水站到井口注水系統(tǒng)沿程碳酸鈣結(jié)垢趨勢(shì)近乎為0，在生產(chǎn)中不必考慮碳酸鈣結(jié)垢危害。注入水中硫酸根離子、Ca2+濃度低，水體均無硫酸鈣結(jié)垢趨勢(shì)。

3 水質(zhì)腐蝕結(jié)垢狀況

3.1 結(jié)垢狀況分析

按注水工藝流程分布，選取各注水干、支線沿程水樣，進(jìn)行水質(zhì)、成垢離子濃度測(cè)定，采用成垢離子濃度變化量來判斷注水系統(tǒng)沿程結(jié)垢情況，失鈣量越大表明結(jié)垢越嚴(yán)重。分析結(jié)果見表3。

表3 注水沿程成垢離子濃度變化

3.2 腐蝕性分析

由表4可見，60℃時(shí)伴隨S2-濃度升高時(shí)腐蝕速率增加明顯；35℃環(huán)境溫度下沿程注水井腐蝕嚴(yán)重，腐蝕率最高達(dá)0.108 mm/a；低pH值、高S2-含量水體的腐蝕比較嚴(yán)重；注水系統(tǒng)從水源到注水井的水質(zhì)都符合SY/T 5329─2012《碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法》中腐蝕率≤0.076 mm/a，S2-濃度≤2 mg/L的要求。S2-濃度、溫度是影響腐蝕的重要因素。

表4 注水系統(tǒng)腐蝕因素分析

4 污水對(duì)油田注水影響

4.1 配伍性試驗(yàn)

將稠油凈化污水與紅山嘴油田不同水型、相同水型、污水回注后新井分別按0∶10，2∶8，4∶6，8∶2，10∶0的體積比進(jìn)行配伍性試驗(yàn)，在60℃恒溫靜置48 h后考察Ca2+的變化情況，以評(píng)價(jià)兩種水樣的配伍性，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 稠油凈化污水與紅山嘴油田配伍性試驗(yàn)(60℃)

表5表明，兩種水樣混合模擬地層溫度，2∶8配比的失鈣量最大，不同水型為6.1 mg/L，相同水型為2.42 mg/L，但均低于自身失鈣量，說明配伍性較好，對(duì)地層傷害較小。h003新井的礦化度達(dá)到23 281.4 mg/L，8∶2配比的最大失鈣量為3.5 mg/L，水質(zhì)性質(zhì)穩(wěn)定，稠油凈化污水與紅山嘴油田新井配伍性良好。

4.2 污水與巖心傷害實(shí)驗(yàn)

根據(jù)紅山嘴油田注水區(qū)塊油藏特性，選取主力區(qū)塊不同滲透率典型巖心，參照SY/T 5358─2010《儲(chǔ)層敏感性流動(dòng)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法》中單相工作液的評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)方法，選取水源井清水和稠油凈化污水分別進(jìn)行對(duì)不同區(qū)塊巖心的損害規(guī)律評(píng)價(jià)[6]，具體見圖1、圖2。

對(duì)比稠油凈化污水回注前后注入100 PV時(shí)滲透率的保留率變化，紅087特低滲巖芯(0.86 mD)凈化污水回注后，滲透率保留率由36.15%上升到43.66%，升高幅度較低，處理后的凈化污水巖心傷害依然存在；對(duì)于紅71低滲巖芯(25.9 mD)凈化污水回注后，滲透率保留率從29.58%上升到64.06%，升高幅度較大；對(duì)于紅024中滲巖芯(122.1 mD)凈化污水回注后，滲透率保留率從29.69%上升到74.44%，滲透率保留率升高幅度最大，處理后的凈化污水巖心傷害率達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

稠油凈化污水與回注前水源井清水相比，3種不同滲透率巖芯較凈化污水回注前滲透率保留率均有所升高，巖心傷害率明顯降低，低滲、中滲儲(chǔ)層滲透率保留率升高幅度較大，基本滿足滲透率保留率70%的要求，但對(duì)于特低滲透率地層巖心無法達(dá)到滲透率保留率70%的要求。

4.3 注水能力分析

紅山嘴油田于1990年投入注水開發(fā)，共有17個(gè)注水開發(fā)區(qū)塊，以中低滲礫巖為主。克下組油藏平均孔隙度為16.5%，滲透率為52.4 mD；克上組油藏平均孔隙度為18.9%，滲透率為69.8 mD，絕大多數(shù)屬于中孔低滲油藏。巖心傷害評(píng)價(jià)表明，污水回注后特低滲巖芯滲透率上升7.5%，對(duì)特低滲油藏傷害依然存在，紅60克上組滲透率為7.7 mD，屬特低滲油藏，共有9口注水井，占注水井總數(shù)的8.5%，地層水型為CaCl2型。由于油藏滲透性差，注水井處于注水支線末端，水井普遍欠注，污水回注后重點(diǎn)對(duì)紅60水井吸水能力變化進(jìn)行跟蹤評(píng)價(jià)[7]。

吸水指數(shù)的變化情況可以客觀評(píng)價(jià)注水能力，吸水指數(shù)的大小可表示地層吸水能力的好壞。拋除增注措施影響因素，對(duì)紅60水井凈化污水回注前后的油壓、注水量、視吸水指數(shù)的變化進(jìn)行跟蹤分析，結(jié)果見表6。

表6 紅60井區(qū)注水情況數(shù)據(jù)

由表6可知，稠油凈化污水回注后，紅60井區(qū)單井回注前后注水量變化不大，注入壓力沒有明顯上升，視吸水指數(shù)有3口井上升，2口井略有下降，視吸水指數(shù)整體沒有明顯下降，稠油凈化污水與地層水配伍效果良好，但特低滲儲(chǔ)層仍存在一定傷害。

4.4 注水指標(biāo)分析

稠油凈化污水回注后，紅山嘴油田注水站綜合水質(zhì)達(dá)標(biāo)率上升29.6%，井口綜合水質(zhì)達(dá)標(biāo)率上升24.4%，注水井檢配合格率上升14.1%，污水回注后可節(jié)約水源井清水73萬m3/a，減少污水外排量73萬m3/a，各區(qū)塊注水壓力平穩(wěn)，實(shí)現(xiàn)有效注水。注水情況變化見表7。

表7 稠油凈化污水回注前后指標(biāo)對(duì)比

5 結(jié) 論

1)稠油凈化污水為NaHCO3水型與大部分采出水相吻合，注入水Ca2+、Mg2+濃度低，注入水水體化學(xué)熱穩(wěn)定性強(qiáng)，無自身失鈣、結(jié)垢現(xiàn)象。

2)腐蝕分析表明，污水回注后腐蝕性全線超標(biāo)，60℃時(shí)S2-濃度升高腐蝕速率增加明顯，S2-濃度、溫度是影響腐蝕速率的重要因素。

3)配伍性研究表明，稠油凈化污水與地層水配伍良好，注水區(qū)塊巖心傷害率小于水源井清水。

4)注水井吸水能力變化表明，污水回注后特低滲區(qū)塊視吸水指數(shù)無明顯下降，吸水能力保持良好，稠油凈化污水與地層水配伍效果良好。

5)稠油凈化污水回注后注水水質(zhì)及檢配合格率指標(biāo)均有上升，與水源井清水相比更適用于紅山嘴油田注水。