油田注水水质及处理技术

油田注水水质及处理技术 油田注水水质及处理技术 、我国油田注水概况 、油田注水水质标准 、 油田 水处理技术 、 油田注水中的油层保护 、 我国 油田 注水概况 油田注水 ， 是提高驱油效率 、 保持油层产量 、 稳定油井生产能力的重要措施 。 随着油田注水开采的日益发展，建立完善的水质标准和配套的快速测试方法、使用经济有效的化学处理剂、改善水质，提高水处理工艺技术尤为重要。 另外 ,在油田水处理过程中，正确选择和应用水处理技术和工艺也是稳定注水、保护油层的一项重要工作。 全国油田年产量及注水量 （ 2004年） 单 位 原油总井 数 开井数 年产量（万吨 ) 注水总井数 开井数 年注水量（万方） 中石油 109963 80514 10446 36152 28497 68421 中石化 3861 23166 中海油 2800 累 计 17107 年污水量（万方） 57050 18700 75750 制定注水水质标准主要依据油藏地质条件和孔隙结构特征、水源地水质情况、油田水处理设施及工艺水平。 合乎水质标准的水能注进地层，注水量稳定，水对设备、管线腐蚀轻。 采用先进的水处理工艺，处理后能达到制定的水质标准，经济效果好 。 因地制宜，易于操作，对地层损害小。 一、标准制订依据 二、影响水质的主要问题 1、腐蚀 ： 溶解氧、 盐量。 无氧条件 蚀率 mm/a 24 有氧条件 溶解氧 腐蚀率 mm/a 0 溶解氧与腐蚀速率呈正线性关系，水中溶解氧含量增加，腐蚀率急剧上升。 生酸性腐蚀，程度低于溶解氧。 起水质恶化，产生腐蚀。 水中含盐量在无氧时对腐蚀率影响不大，有氧时有一定的影响。 悬浮物对岩芯的堵塞与其浓度密切相关。 颗粒直径是孔隙直径的 1/3 1/7时影响最大，一般来说，粒径小的颗粒容易进入孔道内部，堵塞作用大。 含油、腐生菌含量越大，堵塞作用越大。 2、堵塞： 悬浮物、铁、腐生菌、含油 成垢阳、阴离子含量高的两种水混合，生成的垢沉积体或在孔隙喉道表面附着生长，或悬浮于地层流体中，堵塞孔隙喉道，导致油层渗流能力下降。 注入水与地层、地层水在地层的温度、压力等条件下混合，不应产生结垢及沉淀，不损害地层。 水中添加化学处理剂，亦不产生上述问题。 本节内容另做专题讲述。 3、 结垢： 水中成垢离子、其它理化条件 三、油田注水控制水质指标 项 目 控制指标 控制指标 控制指标 渗透率（ 10 10 悬浮物（ ） / 10 1 10 2 10 2 / 10 1 10 2 10 2 溶解氧（ ） 二价硫（ ） 0 0 0 含油（ ） 0 0 0 总铁（ ） 地层水配伍性 不产生结垢沉淀 不产生结垢沉淀 不产生结垢沉淀 地层岩石敏感性 不产生水敏 不产生水敏 不产生水敏 水质处理剂 无腐蚀、不堵塞地层 无腐蚀、不堵塞地层 无腐蚀、不堵塞地层 注水工艺 密闭注水 密闭注水 密闭注水 注入水水质行业标准（ 2000） 指 标 地层渗透率 ,m 2 浮固体 浓度， 粒径， m 含油量， 溶解氧， 矿化度 5000 （ ） 5000 腐蚀率， mm/a 总铁， 二氧化碳， 10 / 102 / 102 103 104 二价硫， 滤系数 20 15 10 与地层流体配伍性 配伍 油田污水回注推荐指标 项 目 控 制 指 标 控制指标 渗透率（ 1 10 10 100 100200 200 悬浮物（ ） 2 5 10 15 25 粒径（ 5 5 5 10 10 含油（ ） 10 10 15 20 30 腐蚀率（ mm/a） / 10 1 / 10 2 辅助指标 总铁（ 9 溶解氧（ ） 二价硫（ ） 2 ） 1 采用柴油密封、胶膜隔氧的密闭注水工艺。 对水中氧含量高的区块采用化学除氧，高含成垢阳离子区采用机械真空脱氧工艺。 应用 纤维球粗滤、 系统内周期段塞式投加杀菌剂，控制细菌孳生；连续投加防垢剂，减缓地层结垢问题。 管线砂浆衬里、环氧树脂内涂、涂料油管防腐等技术。 一整套改善水质技术的应用， 起到了缓蚀、稳注的作用。 清水系统 油田注水简易工艺流程图 高架罐 密闭 注水罐 水源井 1 水源井 2 溢流 恒比加药罐 注水泵 配水间 注水井 注水井 原 水罐 净水罐 精细过滤器 注水泵房 注水井 加药泵 水源 配水间 配药间 喂水泵 油田注水标准工艺流程图 3# 净化罐2# 原水罐1# 原水罐配水间回水箱回水泵 真空泵脱氧塔塔底泵增压泵精滤器粗滤器污水池注水泵高压阀组间喂水泵药液箱加药泵搅拌罐加药泵 空压机空气净化器储气罐加压泵油田注水工艺流程图 采用井口加药、管道破乳、大罐溢流沉降的脱水工艺和绝氧、杀菌、净化、过滤等工艺流程。处理后的污水可以回注地层。 处理后的污水达到了注水水质标准，回注地层。同时引进精细过滤及膜技术，使水质进一步改善，水质处理技术得到进一步的提高。 污水系统 油田污水处理流程图（二级二段式） 污 油 净化油外输 排污水及反冲洗水 增加过滤器 过滤器 污油池 油井来液 加热炉 沉降罐 除油罐 污水 油田污水处理流程图 处理剂选择原则 ： 有优良的使用性能和效果 ,投加方便 ,价格适宜 与地层岩石与地层流体相容，不产生乳化及结垢 使用多种处理剂，保证其之间相容，避免发生化学反应，产生新的化学沉淀或互相作用抵消 二、 油田水处理剂 杀菌剂 常用的有两大类，即氧化型和非氧化型。氧化型杀菌剂中应用最广泛的是氯及其制品，如 氧和溴化物的应用也值得重视。但由于腐蚀问题并不适用于油田水系统。另一类为非氧化型杀菌剂，使用较普遍的有季铵盐，如十二烷基二甲基苄基氯化铵（ 1227）及二硫氰基甲烷、戊二醛、异噻唑啉酮等。国外开发使用新的非氧化性杀菌剂，如硫化氨基甲酸酯。 油田先后研究和应用了 1227、 8、 85等多种杀菌剂，交替使用，高效低毒，解决了抗药性问题，并且无腐蚀、可以稳定粘土，提高了注水量。杀菌剂已在各油田推广使用。 防垢剂 我国在引进、开发和应用的水处理防垢剂主要有两类，一类是有机膦酸盐（酯），如基亚乙基二膦酸盐 )、 二胺四亚甲基膦酸盐 )以及 基三亚甲基膦酸盐 )等。另一类是聚羧酸及衍生物，如 丙烯酸 )、马来酸酐 )等水溶性聚合物。在水溶性聚合物或共聚物中，还有含磷聚合物。 一般用量 5 100%，配伍性好、缓蚀、不损害地层，有效地解决了垢的防治及低渗透油层注入不相容水的问题。 缓蚀剂 无机盐类是相当重要的一类缓蚀剂品种。目前采用的铬系、磷系、锌系、硅系、钼系、钨系和全有机配方，系分别指在配方中采用了铬酸盐、磷酸盐、硫酸锌、硅酸盐、钼酸盐、钨酸盐和有机膦酸盐。 在全有机配方中常以有机膦酸盐作缓蚀剂。芳香唑类是用于铜及其合金的缓蚀剂，国内常用的是苯并三氮唑和巯基苯并三唑。 破乳、净化及絮凝剂 絮凝剂能使水中表面带负电的悬浮物形成絮凝物聚集下沉。 作用： 中和固体悬浮物表面的负电性 使失去电性的固体悬浮物迅速聚结下沉。 常用的有混凝剂，如羟基铝、羟基铁等无机阳离子型聚合物；助凝剂有聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素等有机阳离子型聚合物。 其他处理剂 粘土稳定剂：抑制粘土膨胀、粘土颗粒运移，常用的有无机钾盐、铵盐，阳离子聚合物。具季氮原子的有机阳离子聚合物、高分子量水解聚丙烯酰胺等。 除氧剂：除氧剂都是还原剂，如亚硫酸盐、水合肼、联胺、异抗坏血酸等。 有时，为了稳定注水量、提高驱油效率，在注入水中投加表面活性剂，以降低水的表面张力，改变油水流动状态。 防膨、 10 15 20驱替倍数 P 0110 10 610 10 0 20 . 0 40 . 0 60 . 0 80 . 10 5 1 0 1 5注 入 体 积 （ P V ）流度（10s）k = 0 . 5 3 1 0- 3 注 1 0 0 0 m g / L 添 加 剂水处理剂对岩心渗透率影响 为了取全取准水质资料，有的项目必须在油田现场进行测试。 油田常用的有 硫 酸盐还原菌、腐生菌测试瓶，注入水中溶解氧、铁、二价硫测试管等五种测试仪器。 这些仪器用于油田水现场测试，操作简便，准确可靠，性能达到国外同类产品水平，已在全国各油田推广，形成了国内水质监测的系列产品。 三、水质快速测试技术 、 油田注水中的油层保护 油田注水过程中，由于外来水进入油层，必然要与油层的原油、天然气、地层水和岩石接触，发生各种物理、化学反应，对地层造成伤害。 保护油层是注水采油工程中的至关重要的环节。 一、保护油层基本概念 1、油层伤害 ： 在钻井、完井、井下作业及注水采油等油田勘探开发过程中，造成地层渗透率下降的现象。 2、油层保护： 对油层伤害原因进行分析、评价，寻求技术上、经济上可行的防治措施，使地层在生产过程中不受污染。 3、 主要研究内容： 油气层特性 进井工作液的评价 伤害机理及因素 伤害程度评价 防护措施及效果 4、油层保护研究的技术路线 研究对象 ： 水 油 气 岩石的多相体系 油层地质因素 孔隙结构特征，如物性、敏感性、润湿 性等 矿物特征，如粘土组分、类型、含量 地层 流体特征 外来液体因素 水的组分 淡水引起粘土膨胀、运移 不相容水引起结垢堵塞 水 油的乳化 水 岩反应，溶解、氧化、有机反应 二、油层伤害的室内评价 1、目的及意义 利用室内试验仪器及手段测定外来工作液对岩心渗透率的影响。 目的： 伤害因素及机理分析 伤害程度 工作液性能评价 工作液中添加剂的评价 指导保护措施的正确设计与实施 内容： 油层敏感性评价 工作液对油层伤害评价 2、油层敏感性评价 类 别 概 念 评价目的 原理及方法 速 敏 流速引起油层中微粒运移及喉道的堵塞，使渗透率下降 确定临界流速；为其它敏感试验提供参数；确定合理注采速度。 以不同的注入速度向岩心注水，确定不同速度时的 v 水 敏 淡水注入地层后，渗透率下降现象 水敏条件；损害程度；为设计注水提供依据。 注地层水测 k f（ 注地层水 +淡水 注淡水测 ,按评价标准判断水敏新性 盐 敏 高矿化水引起地层粘土收缩、脱落；低矿化水引起水敏 同上 注不同矿化水，做矿化度 地层水及不同矿化水的 碱 敏 高 质胶结物破坏；引起氢氧化物沉淀。 同上 注入不同 上评价 酸 敏 酸液进入油层，与某些矿物反应，引起渗透率下降的现象。 同上 注地层水测 正向），反向注酸液；正向注地层水测 同上评价 评价标准 以伤害率（ D R）评价： D R = （ / 100% D R 30% 弱敏感 D R 30% 70% 中等敏感 D R 70% 强敏感 以恢复值评价： 弱敏感 等敏感 强敏感 3、注入水对油层的伤害评价 评价的必要性 ： 优选配方、正确设计、完善 措施、提高效益 静态试验评价 ： 静滤失试验 动态试验评价 ： 岩心流动试验 为综合性的评价方法，要求试验条件 应尽量模拟现场实际情况 评价方法 ： 同前 其他评价方法 ：见下表 试验项目 试验目的及用途 正反向流动试验 观察岩心中微粒受水流动方向的影响及运移产生的渗透率伤害情况 体积流量评价试验 注入水在通过低于临界速度下，考察岩心胶结的稳定性及水的敏感性 润湿性评价试验 通过测定注水前后油层岩心的润湿性，观察水对岩心润湿性的改变情况 相对渗透率曲线评价试验 测定注水前后油层岩心的相对渗透率曲线，观察水对岩心相对渗透率曲线的改变情况及由此发生的伤害程度 膨胀率评价试验 测定注入水进入岩心的膨胀率，观察水与岩心的配伍性 离心法测毛管压力曲线 用离心法测注入水进入油层岩心前后毛管压力曲线的变化快速评价油层伤害 油层伤害的其他评价方法 油层伤害的矿场评价 矿场评价技术 试井资料分析 产量递减分析 测井资料分析 根据评价标准判断油层伤害程度 检验保护油层技术的现场效果 压力曲线分析 测试资料定量分析 典型图版拟合解释 最优化灰色系统 坐标旋转分析法 横向图版法 时间推移测井法 三、 注入水对油层的伤害机理分析 注入水造成地层粘土矿物水化、膨胀、分散和运移。 如果注水速度过快，引起 地层松散微粒的分散和运移。 注入水机杂粒径、浓度超标，就会堵塞孔道 。 1、注入水与地层岩石不配伍 2、注入水与地层流体不配伍 主要表现 ： 产生沉淀和结垢 地层温度下降：产生有机垢，原油粘度增加，流动阻力增加。 无机物结垢：在第三部分专题叙述 水 岩反应油层伤害表现 二价离子的释放造成表面活性剂和聚合物的失效。 同表面电荷作用一起出现的离子交换反应能造成地层结构的破坏。 粘土膨胀使孔喉通道变小或堵塞。 粘土矿物组分与注入水发生化学反应或化学沉淀。 这种情况造成的伤害率可达 40%以上。当注入水中含有化学处理剂会使砂岩、粘土碳酸岩油湿，产生水锁和乳化堵塞伤害。 3、油田注水的伤害因素 潜在因素 ： 注水地层自身的岩性及所含流体特性。 储渗空间：孔隙、喉道几何形状、大小、分布及连通关系。 孔喉大、孔隙连通好 受固相侵入损害的可能性 大，水锁的可能性小 低渗 孔喉小、孔隙连通差 受粘土膨胀运移损害 大 敏感性矿物：类型、产状、活动性 含量越高，造成的油层损害越大 渗透率越低，造成的油层损害越大 润湿性： 控制孔隙中油水分布；决定毛管压力大小与方向；影响微粒运移。 岩石表面亲水时，毛管压力是水驱油的动力 岩石表面亲油时，毛管压力是水驱油的阻力 油层流体性质：地层水、原油、天然气 外部因素 ： 注入水的水质 重要控制因素。 腐蚀因素 溶解氧、 酸盐还原菌（ 堵塞因素 总铁、机械杂质 腐生菌（ 工程因素： 生产或作用压差 压差太大，微粒运移产生速敏； 地层近井地带压力低于原始压力，使流体产生无机及有机沉淀； 产生应力敏感性伤害 出砂或地层塌漏 温度变化 增加伤害程度：敏感性程度增强 引起结垢问题 生产或作用时间 地层伤害因素的多样性、复杂性、关联性、动态性，要求试验及现场工作要有针对性、系统性和科学性。 4、 油田注水过程中的水化学特征 当注入水进入油层后，形成一个由注入水 地层水 束缚水 含溶解气原油 地层岩石构成的复杂多组分体系。其中主要是注入水与地层水的混合过程。 由于热扩散、水动力扩散及岩石的非均质性导致的分散作用，在地层产生一个热过渡带和水混合带。 混合带之前 岩石孔隙中只存在地层水、原油和气 混合带之后 与该处温度、压力平衡了的注入水和残余油 混合带 注入水与岩石滤蚀浸溶、离子交换 注入水与原油相互渗溶、氧化 温度、压力、 生变化，易发生沉淀并达到一种平衡 注入水与地层水的混合 在注入水达到第一次平衡后，继续向前移动，再度与地层水混合，一方面对岩石产生溶解作用，一方面与地层水发生沉淀反应；同时气体在油水中分配与逸失，粘土的膨胀与运移，这种情况循环往复进行，不断有平衡被破坏，不断产生新的平衡，直到注入水达到生产井。 在油田高含水期，产出水矿化度降低，变成组分与水型接近注入水的低矿化水。但当含水达到 90%以上，矿化度则有所提高，其原因是淡水对岩石的溶解作用。 时 间（年） 产出液含水（ %） 产 出 水 mg/l） 总矿化度（ g/l） 水 型 1977 0 6274 985 205 986 916 987 307 991 90 267 田某井油层见水后产出水水质变化情况 注入水与储层岩石的反应 油田某井区 原始地层水 570 注入水 1051， 产出水 2100， 其原因就是水岩反应的结果，岩石中方解石、白云石、石