吳迪華

中國(guó)石油新疆油田公司風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)

S 油田H 作業(yè)區(qū)目前稀油注水主力區(qū)塊為C 區(qū)塊和D 區(qū)塊，日均產(chǎn)水量3 000～7 000 m3，注水日均消耗1 500～2 000 m3，壓裂配液部分用水日均500～700 m3，注水量缺口33%～61%，富裕的采出水不能100%完全回用，需長(zhǎng)期采用外排凈化水和階段性壓裂用水方式來(lái)緩解部分水平衡壓力。經(jīng)地質(zhì)分析綜合考慮，計(jì)劃將C區(qū)塊的凈化污水一并轉(zhuǎn)輸至D區(qū)塊，但生產(chǎn)運(yùn)行中主要受三方面技術(shù)難題影響：①C區(qū)塊凈化水與D區(qū)塊地層水配伍性差，易產(chǎn)生大量碳酸鈣結(jié)垢，亟需調(diào)整兩種水型中離子的化學(xué)平衡，提高自身水質(zhì)穩(wěn)定性；②C區(qū)塊凈化污水轉(zhuǎn)輸D 區(qū)塊日均2 000 m3水量條件受限，需分三個(gè)階段對(duì)C區(qū)塊凈化水外輸系統(tǒng)進(jìn)行工藝改造；③D區(qū)塊注水能力受限，隨著就地分水工藝投產(chǎn)，注水矛盾進(jìn)一步凸顯，需調(diào)整和篩選注水井，暢通后路。2022 年為緩解稀油水平衡壓力，保障順利上產(chǎn)，亟需分階段通過(guò)新建配套處理單元、老區(qū)工藝優(yōu)化改造等措施，實(shí)現(xiàn)C區(qū)塊外輸凈化污水改質(zhì)提量輸至D區(qū)塊，解決H作業(yè)區(qū)水平衡矛盾。

1 穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

為保證后期注水穩(wěn)定性，對(duì)注水水質(zhì)的要求除主要考慮含油量、懸浮固體含量、細(xì)菌含量達(dá)標(biāo)外，還應(yīng)重點(diǎn)考慮注水水質(zhì)的結(jié)垢問(wèn)題。為此，利用ScaleChem 軟件進(jìn)行結(jié)垢預(yù)測(cè)，分別得出C 區(qū)塊凈化污水、D 區(qū)塊清水及采出水的水質(zhì)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)[1-5]結(jié)果（圖1～圖4）。

圖1 D區(qū)塊清水在25 ℃、1～400 bar下的結(jié)垢趨勢(shì)Fig.1 Scaling trend of clean water in Block D at 25 ℃and 1～400 bar

圖3 C區(qū)塊凈化污水在25 ℃、1～400 bar下的結(jié)垢趨勢(shì)Fig.3 Scaling trend of purified sewage in Block C at 25 ℃and 1～400 bar

圖4 C區(qū)塊凈化污水在45 ℃、1～400 bar下的結(jié)垢趨勢(shì)Fig.4 Scaling trend of purified sewage in Block C at 45 ℃and 1～400 bar

由ScaleChem 軟件結(jié)垢預(yù)測(cè)可知，D 區(qū)塊采出水產(chǎn)生少量的酸鈣結(jié)垢；C 區(qū)塊凈化污水穩(wěn)定性差，與油層水相混易產(chǎn)生沉淀，產(chǎn)生大量的碳酸鈣結(jié)垢，且隨著溫度的升高結(jié)垢量增加。

2 配伍性評(píng)價(jià)

2.1 C區(qū)塊凈化污水改質(zhì)前

考慮將C 區(qū)塊凈化水轉(zhuǎn)注至D 區(qū)塊，利用ScaleChem 結(jié)垢預(yù)測(cè)與評(píng)估軟件，分別對(duì)C 區(qū)塊凈化污水與D區(qū)塊采出水、C區(qū)塊凈化污水與D區(qū)塊清水進(jìn)行了配伍性評(píng)價(jià)[6]（圖5～圖7）。

圖5 C區(qū)塊凈化污水與D區(qū)塊采出水在25 ℃、200 bar下的結(jié)垢趨勢(shì)Fig.5 Scaling trend of purified sewage in Block C and produced water in Block D at 25 ℃and 200 bar

圖6 C區(qū)塊凈化污水與D區(qū)塊清水在25 ℃、200 bar下的結(jié)垢趨勢(shì)Fig.6 Scaling trend of purified sewage in Block C and clean water in Block D at 25 ℃and 200 bar

圖7 C區(qū)塊凈化污水與D區(qū)塊清水在25 ℃、350 bar下的結(jié)垢趨勢(shì)Fig.7 Scaling trend of purified sewage in Block C and clean water in Block D at 25 ℃and 350 bar

測(cè)算結(jié)果表明：C區(qū)塊凈化污水與D區(qū)塊清水及地層水配伍性差，易形成大量碳酸鈣結(jié)垢，且隨著溫度升高、壓力降低，結(jié)垢量增加[7-9]，主要原因是C區(qū)塊凈化污水自身的水質(zhì)穩(wěn)定性差，易產(chǎn)生大量結(jié)垢，且隨溫度、壓力變化，結(jié)垢趨勢(shì)明顯；水質(zhì)不配伍，D 區(qū)塊為碳酸氫鈉型水型，C 區(qū)塊為氯化鈣型水型。

2.2 C區(qū)塊凈化污水改質(zhì)后

通過(guò)加入水質(zhì)調(diào)控劑[10]，調(diào)整C 區(qū)塊采出水中各離子之間的化學(xué)平衡，避免碳酸根與鈣離子結(jié)合，減緩結(jié)垢趨勢(shì)，提高自身的水質(zhì)穩(wěn)定性。改變兩種水型自身的水質(zhì)穩(wěn)定性，碳酸鈣結(jié)垢消失，最終使水質(zhì)穩(wěn)定性得到了明顯改善，滿足回注D區(qū)塊注水指標(biāo)要求（圖8～圖9）。

圖8 C區(qū)塊凈化污水水質(zhì)調(diào)控后與D區(qū)塊清水在25 ℃、200 bar下的結(jié)垢趨勢(shì)Fig.8 Scaling trend of purified sewage in Block C after water quality control and clean water in Block D at 25 ℃and 200 bar

測(cè)算結(jié)果表明：對(duì)C區(qū)塊凈化污水使用化學(xué)平衡調(diào)整后，碳酸鈣結(jié)垢消失，且相互之間可以以任意比例混合，不會(huì)產(chǎn)生結(jié)垢問(wèn)題，可以完全配伍。

3 工藝應(yīng)用與效果

3.1 現(xiàn)場(chǎng)工藝

結(jié)合室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況踏勘，為實(shí)現(xiàn)注水水質(zhì)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)有效、全自動(dòng)化，在D區(qū)塊清水增壓站利舊加藥罐，通過(guò)新增自動(dòng)化加藥泵、管線和流量計(jì)，投加注水水質(zhì)調(diào)控劑，對(duì)C區(qū)塊凈化污水進(jìn)行水質(zhì)調(diào)控處理，改質(zhì)加藥工藝流程（圖10）。

圖10 改質(zhì)加藥工藝流程Fig.10 Process flow of modification and dosing

主流程：C 區(qū)塊Q 轉(zhuǎn)油站凈化污水管輸→D 區(qū)塊高壓注水站儲(chǔ)水罐（400 m3×2座）→增壓泵→D區(qū)塊高壓或次高壓注水區(qū)域。

加藥流程：儲(chǔ)藥罐3 座（并聯(lián)）→新增2 座加藥泵→流量計(jì)→外輸增壓管線→水質(zhì)監(jiān)控儀器→注水區(qū)塊。

3.2 改質(zhì)后效果

C區(qū)塊凈化水為氯化鈣型水，與D區(qū)塊水（碳酸氫鈉型水）不配伍，存在碳酸鈣結(jié)垢趨勢(shì)，同時(shí)伴有腐蝕現(xiàn)象（點(diǎn)蝕）?，F(xiàn)場(chǎng)篩選并使用有機(jī)膦酸鹽類和咪唑啉類藥劑進(jìn)行復(fù)配，通過(guò)控制化學(xué)平衡減小化學(xué)反應(yīng)推動(dòng)力，解決結(jié)垢問(wèn)題，并使結(jié)垢消失，且可以以任意比例混合[11-14]，滿足侵蝕性二氧化碳質(zhì)量濃度大于1 mg/L，腐蝕速率小于0.076 mm/a的要求[15-16]（表1）。

表1 改質(zhì)前后指標(biāo)對(duì)比Tab.1 Comparison of indexes before and after modification

4 結(jié)論

本次C區(qū)塊凈化水改質(zhì)回注D區(qū)塊，完成D區(qū)塊退清水的生產(chǎn)規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)稀油水資源化利用，具有良好的推廣價(jià)值。從以上工藝研究應(yīng)用及不同區(qū)塊配伍性分析，得出如下結(jié)論：

（1）通過(guò)對(duì)不同區(qū)塊水型的水質(zhì)穩(wěn)定性、配伍性進(jìn)行評(píng)價(jià)，加入改質(zhì)劑后，碳酸鈣結(jié)垢消失，滿足任意比例摻混可行，實(shí)現(xiàn)侵蝕性二氧化碳質(zhì)量濃度大于1 mg/L，腐蝕速率小于0.076 mm/a 的指標(biāo)要求。

（2）通過(guò)不同區(qū)塊的水型改質(zhì)并替換清水，解決水平衡矛盾，暢通后路。

（3）H作業(yè)區(qū)下半年在D區(qū)塊上產(chǎn)，預(yù)計(jì)壓裂用水量33×104m3，通過(guò)C 區(qū)塊外輸凈化水改質(zhì)轉(zhuǎn)輸，可解決部分壓裂用水需求，最終實(shí)現(xiàn)一水兩用的效果。