油田注水开发

1、西安石油大学毕业论文I摘 要注水开采油田，由于注水井水质变差，油层堵塞问题突出，严重影响了油田开发效果。通过分析得出了含聚污水注水井堵塞原因是受物理和化学共同作用的结果，是有机和无机的复合堵塞，其堵塞机理为化学反应结垢(无机堵)及物理作用形成有机质胶团(有机堵)。采用仪器逐层剥离的方法进行水井返排物结构分析表明：胶团中间有胶核，胶核成份主要是硫化物、氧化铁、油及有机质等杂质，外层缠绕着聚丙烯酰胺残骸。针对地层堵塞原因，开发了 BSJ1 剥离渗透抗吸附复合解堵剂。BS-1 剥离渗透抗吸附复合解堵剂是多成份的复合物，其中包含两种不同结构的功能型高分子活性剂，辅以酸性剂、络合剂、缓蚀剂、氧化剂等，对

2、原油、沥青、胶质石蜡、聚合物等有机质及微生物粘泥具有极强的渗透性、分散性和剥离性。杀菌实验结果表明：BSJ-1 浓度达到 100ppm 以后，对总菌、腐生菌、硫酸盐还原菌的杀菌效果达到 99以上，对铁细菌的杀菌效果较差，但当浓度达到 10000ppm 时，对各种菌的杀菌率均达到 100%。BSJ-1 剥离渗透抗吸附复合解堵剂将剥离、润湿反转、化学生热、氧化性能降解有机质、井底自生泡沫等技术结合在一起，是一项完善的解堵增注技术。关键词关键词：注水；油层堵塞；解堵剂西安石油大学毕业论文II目 录第 1 章 绪论 .11.1 国内外技术现状.11.2 含聚污水注水井化学解堵技术研究的基本内容.21.

3、3 研究含聚污水注水井化学解堵的目的和意义.3第 2 章常规注水井解堵增注.52.1 注水井解堵的意义.52.2 油田生产对注水水质的要求.72.3 国内部分油田注水水质标准.8第 3 章含聚污水注水井化学解堵技术.103.1 注水井注入现状分析.103.2 含聚污水注水井堵塞机理.16第 4 章含聚污水注水井解堵机理及解堵剂研制.204.1 含聚污水注水井化学解堵机理.204.2 含聚污水注水井解堵剂研制 .24结 论.28参考文献.29致 谢.30西安石油大学毕业论文1第 1 章 绪论1.1 国内外技术现状聚合物驱以其技术简单、提高原油采收率幅度大和经济效益好等特点，成为当前国内外最具有发

4、展潜力的三次采油方法之一,在大庆油田目前已进入工业化推广应用阶段，并取得了较好的增油降水效果。但随着聚合物驱推广规模的扩大，注聚井堵塞问题越来越严重，主要表现为注聚井的注入压力升高幅度快，甚至接近地层破裂压力，完不成配注，只能采取间歇注入方式。物理检测表明，黏稠状的韧性过滤层具有较强的抗化学侵蚀能力（1）注聚井堵塞物是多组分的，主要成分为：聚合物絮状物、黏土、机械杂质、钙镁垢、铁盐垢等；（2）高浓度聚合物溶液混合不均，形成的软胶团似胶状物，在注入过程中对地层的伤害是严重的，主要造成在炮眼及近井地带堵塞；（3）相同聚合物注入体积条件下，岩心渗透率越低，聚合物吸附对岩心的伤害程度越严重；（4）注聚

5、井注聚过程中，相对提高了地层孔隙中的颗粒运移能力，速敏伤害远高于水驱状况，其伤害半径在 2.5 以内。 赵晓东在西南石油学院学报二氧化氯在注水采油中的应用中描述讲：一般说来因使用聚合物引起的堵塞发生在井眼周围的储层表面，多孔的储层尤如过滤筛，会在表面积累难溶物质，时间一长积累的物质增多，就变会明显地降低岩层的渗透性，结果使注水能力和生产能力大幅度下降。 在注水管线上，由于注入水中常含有少量硫化物、细菌和其他难溶物，长期使用，不但管壁遭到腐蚀，而且在管壁上会产生包含硫化亚铁的污垢或淤渣，结果使用效率下降。为了恢复井眼周围岩层的渗透率，提高注水效率，习惯上采用酸化处理的方法，盐酸能溶解碳酸钙、硫化

6、亚铁等酸溶性垢物，但却不能溶解有机生物质和聚合物滤渣，酸处理过程中，由于酸不断被消耗，岩层处理液的 pH 值随之上升，溶解了的 FeS，又会沉淀下来堵塞孔隙，因此常常收不到明显的效果。 九十年代以来，美国某些油田采用在常规酸中加入二氧化氯的方法处理地层和注水管线的堵塞收到了明显效果。二氧化氯一是种极强的氧化剂，它可优先地将 FeS 氧化成水润湿性的氧化物，溶解了的铁被酸中的添加剂螯合，酸化西安石油大学毕业论文2产生的硫化氢被氧化成 SO2-4或 SO2-3，因此不会产生 FeS 的再沉淀问题。二氧化氯也完全能够氧化堵塞岩层的有机生物质和任何聚合物残渣，因此在常规酸中添加 ClO2能有效地解决井

7、眼周围的岩层损害和注水管线中的淤渣问题，从而提高注水速度，降低压力损失，增加生产能力。1.2 含聚污水注水井化学解堵技术研究的基本内容1.2.11.2.1 常规注水井解堵增注常规注水井解堵增注在油田注水开发过程中，由于外来液体与储层岩石矿物和储层流体等不配伍水中悬浮物质、微生物及代谢产物的存在，以及原油中石蜡、沥青胶质等析出，常引起地层堵塞，使注水井吸水能力下降，注水压力升高，影响原油生产。因此，对注水开发的油藏，必须采用合理的保护油气层措施防止地层损害。对已经堵塞的注水并必须分析堵塞原因，采用相应的解堵增注技术措施。在注水过程中引起吸水能力下降的原因可能是固体颗粒、机械杂质或化学沉淀、结垢等

8、造成的堵塞也有可能是油污、细菌或毛细管现象造成的堵塞。由于堵塞性质不同在采用解堵措施时，应针对具体情况选择合适的解堵技术。目前巳开发的解堵技术有两大类，一类是物理解堵法，一类是化学解堵法，每种方法都有自己的特点和适用范围，必须正确使用。否则，不仅注水能力无法恢复，还可能产生更严重的堵塞现象。1.2.21.2.2 含聚污水注水井堵塞机理含聚污水注水井堵塞机理在油田开发过程中，由于种种原因，造成储油层渗透率大大降低，尤其是对于低渗油藏，可能造成油气井降低产量或失去产能，我们把这种现象称为油藏堵塞。从堵塞物成分分析、堵塞物成因及堵塞机理、化学解堵技术 3 个方面综述了近 10 年来注聚井堵塞及解堵技

9、术的研究与应用情况。现场取样分析结果表明,注聚井堵塞物均是无机物和有机物组成的混合物。堵塞物成因及堵塞机理归纳如下:聚合物吸附滞留;聚合物相对分子质量与储层孔喉尺寸不配伍;地层微粒运移;细菌及其代谢产物;无机物引发的聚合物胶团;聚合物溶液配制及稀释操作不当。含聚污水注水井堵塞原因是受物理和化学共同作用的结果，是有机和无机的复合堵塞，其堵塞机理为化学反应结垢(无机堵)及物理作用形成有机质胶团(有机堵)(1)化学反应结垢无机堵常见的无机沉淀有碳酸钙(CaCO3)、碳酸锶(SrCO3)、硫酸钡(BaSO4) 、硫酸钙(CaSO4)、硫酸锶(SrSO4)等。产生无机沉淀的主要原因有两个：第一是外来西安

10、石油大学毕业论文3流体与地层流体不配伍；第二是随着生产过程中外界条件的变化，地层水中原有的一些化学平衡会遭到破坏，平衡发生移动而产生沉淀。这些沉淀可吸附在岩石表面成垢，缩小孔道，或随液流运移在孔喉处堵塞流动通道，使注入能力及产量下降。（2）物理作用形成聚合物胶团 有机堵这些污泥主要由沥青质、树脂、蜡及其它碳氢化合物组成，这种污泥很难溶解，一旦生成，清洗是很困难的。据报导美国有 30以上的原油与酸作用可形成这类污泥外来液体引起原油 PH 值改变而导致沉淀。高 PH 值的钻井液和水泥浆滤液侵入地层，可沉淀。促使沥青絮凝、沉积。酸化时，一些含沥青的原油与酸接触时，会形成胶状污泥。1.2.31.2.3

11、 含聚污水注水井解堵剂研制含聚污水注水井解堵剂研制污水处理技术存在技术本身的局限性和工艺上的相关问题，加之油田采出污水日益增多，含聚污水容易对油层造成堵塞，使结垢腐蚀的速度加快，迫切需要开发一种适用于含聚污水回注配套的解堵工艺技术。该项目开展了含聚污水注水井堵塞机理研究，相继研制出 BSJ-1 剥离渗透抗吸附复合解堵剂，并先后通过室内和矿场实验方法对该产品的剥离、渗透、氧化、生热、杀菌、抗吸附等解堵机理进行了验证。针对含聚污水注水井地层堵塞原因，开发出 BSJ1 剥离渗透抗吸附复合解堵剂。BSJ1 剥离渗透抗吸附复合解堵剂是多成份的复合物，其中包含两种不同结构的功能型高分子活性剂，辅以酸性剂、

12、络合剂、缓蚀剂、氧化剂等，对原油、沥青、胶质石蜡、聚合物等有机质及微生物粘泥具有极强的渗透性、分散性和剥离性。该堵剂能有效渗透粘在岩石上的稠油、沥青、蜡质，还能有效剥离管壁与地层中的无机盐垢及粘泥，且能将岩石表面由亲油变为亲水性，在岩石表面形成保护膜，抑制有机物质在岩石表面的吸附。该产品不仅能有效渗透、分散微生物膜形成的粘稠物质，抑制微生物的生成，不会对地质和环境造成污染，不会对设备产生腐蚀。BSJ-1 剥离渗透抗吸附复合解堵剂是一种新型的解堵剂，将剥离、润湿反转、化学生热、氧化性能降解有机质、井底自生泡沫等技术结合在一起，是一项完善的解堵增注技术。1.31.3 研究含聚污水注水井化学解堵的目

13、的和意义研究含聚污水注水井化学解堵的目的和意义通过注水井向油层注水，是保持油层压力，提高油藏采油速度和采收率而被广泛采用的一项重要的开发措施。但是不合格的注入水水质能使注水井吸水西安石油大学毕业论文4能力下降，注水压力下降，注水压力上升，油田生产注采失衡，油层亏空加剧，导致原油产量下降。水中腐性气体及微生物对设备、管线的腐蚀不仅增加采油成本，影响正常生产，而且腐蚀产物会进一步加剧油层堵塞中国东部多数油田的开发基本上已进入高含水后期。为了提高原油采收率，各油田厂泛采用了聚合物驱三次采油新技术，取得了良好的效果但随之采出大量含有一定浓度聚合物(PAM)的污水。聚合物驱产出水回注地层是三次采油常用的

14、处理方法，共原因是产出水直接徘放到地面会造成环境污染，处理产出水达到排放标准经济上不合算。目前，大庆袖田对聚合物驱产出水进行了常规处理，但注入水仍术达到正常水驱油用水的指标，仍然会使 fm 层受到污染(损害)这是影响油田采收率的重要问题。由于近年来注水井水质变差，特别是随着大庆油田聚合物驱开采规模不断扩大，聚合物采出液的增多，含聚污水处理量增大，地面注水管网的连通又导致整个注水系统都含聚。含聚后的污水容易对油层造成堵塞，尤其是中低渗透油层，同时由于污水中含聚致使结垢腐蚀的速度加快，对油田生产带来了严重的影响。所以对于水质的这种要求非常有必要开发一种新的解堵剂，来解决这种油层堵塞问题。西安石油大

15、学毕业论文5第第 2 2 章常规注水井解堵增注章常规注水井解堵增注2.12.1 注水井解堵的意义注水井解堵的意义在油田注水开发过程中，由于外来液体与储层岩石矿物和储层流体等不配伍水中悬浮物质、微生物及代谢产物的存在，以及原油中石蜡、沥青胶质等析出，常引起地层堵塞，使注水井吸水能力下降，注水压力升高，影响原油生产。因此，对注水开发的油藏，必须采用合理的保护油气层措施防止地层损害。对已经堵塞的注水并必须分析堵塞原因，采用相应的解堵增注技术措施。在注水过程中引起吸水能力下降的原因可能是固体息粒、机械杂质或化学沉淀、结垢等造成的堵塞也有可能是油污、细菌或毛细管现象造成的堵塞。由于堵塞性质不同在采用解堵

16、措施时，应针对具体情况选择合适的解堵技术。目前巳开发的解堵技术有两大类，一类是物理解堵法，一类是化学解堵法，每种方法都有自己的特点和适用范围，必须正确使用。否则，不仅注水能力无法恢复，还可能产生更严重的堵塞现象。通过注水井向油层注水，是保持油层压力，提高油藏采油速度和采收率而被广泛采用的一项重要的开发措施。但是不合格的注入水水质能使注水井吸水能力下降，注水压力下降，注水压力上升，油田生产注采失衡，油层亏空加剧，导致原油产量下降。水中腐性气体及微生物对设备、管线的腐蚀不仅增加采油成本，影响正常生产，而且腐蚀产物会进一步加剧油层堵塞。2.1.12.1.1 注水过程中油层伤害的因素注水过程中油层伤害

17、的因素注水引起油层伤害的主要原因是注入水与储层性质不配伍或配伍性不好、水质处理及注水工艺不当。2.1.1.1 注入水与地层水不配伍(1).注入水与底层直接生成 CaCO3、CaSO4沉淀，或 BaSO4、SrSO4沉淀或兼而有之。(2).注入水中溶解氧对金属腐蚀，使不溶解的铁化物发生沉淀。(3).水中的硫化氢(H2S)引起沉淀。(4).水中 CO2引起 Ca2+、Fe2+、Ba2+、Sr2+生成相应的碳酸盐沉淀西安石油大学毕业论文62.1.1.2 注入水与储层岩石不配伍对地层的伤害主要表现在以下三个方面：(1).矿化物敏感引起储层中水敏物质的膨胀、分散与运移。(2).PH 值变化引起的微粒脱落

18、、分散与运移。(3).注水与岩石润湿反转。2.1.1.3. 注水与岩石润湿反转。(1).流速的影响：低注入速度有利于细菌的生长和垢的形成；高注入速度将加剧腐蚀反应；高渗流速度加剧微粒的脱落、运移。(2).温度变化的影响：在注水过程中，随着底层温度逐渐下降，流体粘度上升、流体阻力增加，岩石水润湿性上升，吸水能力下降；温度变化导致沉淀生成，温度上升有利于吸热沉淀生成，温度下降有利于放热沉淀生成；温度变化导致储层孔喉变温；应力敏感，且降低温度將导致蜡的析出。(3).压力变化的影响：压力变化会导致应力敏感（特别是双重介质油藏）和储层结构损害及沉淀的析出。2.1.1.4.不溶物造成地层堵塞(1).注入水

19、中外来的机械杂质即悬浮物堵塞底层。(2).注水系统中的腐蚀产物如溶解氧对金属的腐蚀产物，H2S 对金属的腐蚀产物，对金属的腐蚀产物，细菌对金属的腐蚀产物。各种环境下生长的细菌表现为细菌繁殖堵塞流通道、流体粘度上升并派生无机物沉淀。(3).注入水中的油及其乳化物表现为液锁、乳滴吸附喉道表面，堵塞或减小喉道。2.1.2 注水井油层特定堵塞机理油层伤害主要表现为注水井油层堵塞或吸水能力下降，在众多的堵塞因素中，以下被忽视的特定因素应高度重视。2.1.2.1 铁的沉淀在油田注水过程中往往发现注入水在水源、净化站或注水站出口含铁量很低，但经过地面管线到达井底过程中，含铁量逐渐增加。含铁量上升表明注入水对

20、管壁产生了腐蚀，腐蚀产物主要是氢氧化铁和硫化亚铁。氢氧化铁沉淀的生产机理：电化学腐蚀原理，铁的二价离子 Fe2+进入水中，生成 Fe(OH)2，注入水中的氧进一步将 Fe(OH)2氧化生成 Fe(OH)3。此外，当注入水中含有铁菌时，铁菌的代谢作用也会产生 Fe(OH)3。硫化亚铁沉淀的生产机理：当注入水中含有硫酸盐还原菌时，SO42+被这种西安石油大学毕业论文7细菌还原成 H2S，而硫化氢与二价铁 Fe2+生成硫化亚铁沉淀。当注入水含有硫化氢 H2S 时，其腐蚀变得更加严重。一些注水井内排出的水为黑色，并带有臭鸡蛋气味就是含有 H2S 和 FeS 的缘故。2.1.2.2 碳酸盐沉淀当注入水溶

21、解有碳酸氢钙、碳酸氢镁等不稳定盐时，注入地层后，由于温度变化而析出生成沉淀。水中游离的二氧化碳、碳酸氢根及碳酸根在一定的条件下，保持着一定的平衡关系：CO2+H2O+CO32-2HCO3-当水注入油层后，由于温度升高，将使碳酸氢盐发生分解，平衡左移，溶液中 CO32-的浓度增大。当水中含有大量的钙离子 Ca2+时，在一定条件下 CaCO3从水中析出。此外，在水中硫酸盐还原菌的作用下，有以下反应也会生成白色的 CaCO3沉淀。2.1.2.3 细菌堵塞注入水中含有的细菌（如硫酸盐还原菌、铁菌等）在注水系统和地层中繁殖出菌体本身造成堵塞外，还由于它们的代谢作用生成的硫化亚铁及沉淀物堵塞油层。由于注入

22、水与所含细菌一起进入油层，而在一定范围内生长繁殖，其活泼发育半径约为 36m。因此，菌体和代谢产物对油层造成的堵塞不只是在井壁渗滤表面，还会在近井地带。2.1.2.4 粘土膨胀许多砂岩油层均存在着粘土夹层，而岩石胶结物亦含有一定数量的粘土。由于不同油层岩石粘土含量与组成不同，以及注入水性质不同，因此粘土的膨胀程度及对注水井能力的影响程度也有所不同。通常淡水比盐水更容易使粘土膨胀，地层水含盐高，因而一般注地层表水引起的粘土膨胀要小，粘土中小颗粒含量愈多，膨胀性愈大。综上所述，注水过程引起的油层伤害完全取决于油层自身岩性及所含流体特性与注入水水质两个方面。前者是客观存在的，是引起油层伤害的哦潜在因

23、素；后者是诱发油层伤害的外部条件。因此，努力改善注入水的水质可以有效的油层伤害，注入水的水质是决定注入水的成败关键。为了确定符合油层特性的注水水指标，必须高度重视岩性分析和地层水分析资料及油层伤害评价，这是油田注水开发的基础。西安石油大学毕业论文82.22.2 油田生产对注水水质的要求油田生产对注水水质的要求2.2.12.2.1 注入水水质推荐标准注入水水质推荐标准在编制注水工艺方案时，大都参行业标准，根据油藏具体条件来确定其合理可操作的水质标准。实践表明，对水质的要求应根据油藏的孔隙结构、渗透性分级、流体物理化学性质和水源的水型通过实验来确定。水质主要控制指标和辅助指标见表 2-1 和表 2

24、-2.表 2-1 推荐水质主要控制指标（SY/T53291994）注入层平均空气渗透率，20.6标准分级A1A2A3B1B2B3C1C2C3悬浮固体量，mg/L1.02.03.03.04.05.05.06.07.0悬浮物颗粒直径中值，1.01.52.02.02.53.03.03.54.0含油量，mg/L5.06.08.08.010.015.015.02030平均腐蚀率，mm/a0.076点腐蚀 A1、B1、C1 级：无点腐蚀A2、B2、C2 级：轻微点腐蚀A3、B3、C3 级：明显点腐蚀SRB 菌，个/mL01025010250100.1 K0.152030201015总铁 mg/L0. 6

25、K5.0污染水K10.0K0.1K2.0 p80%K0.2K2.0 p80%K=0.10.6K3.0 p80%K0.2K2.0 p90%悬浮固体直径 mg/LK0.6 K2.0 p80%5.0p70%5.0p70%总矿化度5000mg/L0.05密闭流程0.05总矿化度1000mg/L 0.05含油污水0.5溶解氧mg/L总矿化度5000mg/L0.05开式流程0. 5总矿化度1000mg/ 0.05其他水0.050.050.05硫化物 mg/L101450505游离二氧化碳 mg/L1030K0.1K0.2 2.510细菌总数个/mLK=0.10.6 K103K0.2 0.6 K104K0.

26、6 K102K=0.10.6, 0.6, 1020.6 K1020第第 3 章含聚污水注水井化学解堵技术章含聚污水注水井化学解堵技术3.13.1 注水井注入现状分析注水井注入现状分析3.1.13.1.1 国内、国外技术现状国内、国外技术现状 我国大部分油田已进入中后期开采阶段，采出液含水量逐年递增，多数油田达 90以上，导致采油污水处理量增加较快，并且处理难度越来越大。采油污水中含有原油、各种盐类、有机物、无机物及微生物等。具有如下特点：(1)水温较高； (2)矿化度较高：(2)含有大量的细菌；(4)表面张力大，残存有化学药剂及其他的杂质。主要污染物由浮油、分散油、乳化油及微量的溶解油所组成，

27、以乳化油的处理难度较大。采油污水经处理后大部分作为回注水注入地层用于二次采油，部分排放或者作为蒸汽采油的锅炉用水，不同用途的水，处理要求不同，采用的方法也有区别。通过对油田污水处理现状详细的分析，总结了当前油田普遍采用的几种回注水处理方法： (1)传统的处理方法 含油污水经预处理，在沉降罐中经自然沉降，除去浮油及颗粒大的杂质，再经粗粒化，二次沉降除去微小油滴及未沉降的悬浮物，从而达到注水标准。 (2)传统方法的改进方法 在传统处理法的基础上，通过使用新技术、新设备替换原有流程中的单元处理法，使含油污水处理效率得到较大的提高。具有高效聚油性能的高分子材料的横向流聚结除油器是在斜板分离除油器的基础

28、上发展起来的设备。通过改变填料板或填料区的空间结构，使含油污水在流速和流向发生了改变，使得油粒获得了较大的能量，大大增加了油滴之间的聚结。 (3)浮选法和旋流分离法 浮选法在石油、化工等工业废水中处理一些与水密度相差不大的细小颗粒中得到了广泛的应用。该法是通过在污水中产生大量的气泡，使油滴及小颗粒西安石油大学毕业论文11物质结合在一起上浮至水面上，达到分离的目的。水力旋流器是一种能实现油水分离的高效处理设备，能有效的提高含油污水的处理效果。使油田采油污水的处理效率提高，但还不完善，需根据各种设备的功效，合理地配置新的设备，以达到高效、简便、运行费用低的处理工艺流程。(4)膜处理法膜处理法是一种

29、新的高效油田污水处理工艺。它具有耗能低，不产生二次污染，简单易行的优点。膜处理法有微滤和超滤，国内外已经对膜法处理油田污水做了研究，效果较好。聚合物驱产出水回注油层的污染物确定近年来，中国东部人多数油田的开发基本上进入高含水后期。为了提高原油采收李，各油田厂泛采用了聚合物驱三次采油新技术，取得了良好的效果但随之泡采出大量含有一定浓度聚合物(PAM)的污水。聚合物驱产出水回注地层是三次采油常用的处理方法，共原因是产出水直接徘放到地面会造成环境污染，处理产出水达到排放标准经济上不合算。目前，大庆袖田对聚合物驱产出水进行了常规处理,但注入水仍术达到正常水驱油用水的指标，仍然会使 fm 层受到污染(损

30、害)这是影响油田采收率的重要问聚合物驱产出水组成及主要特征资料表明聚合物驱产出水是一种含有固体杂质、液体杂质、溶解气体、可溶性钦类等较为复杂的多相体系。为了研究和确定聚合物驱产出水回注时损害油层的污染物质，必须首先分析聚合物驱产出水的组成成分、含量及其主要特征。 1水样 两个水样均取白大庆油田南三区东部含聚合物污水回注试验区，即未经任何处理和经过常规污水处理后的聚合物驱产出污水。 2产出水组成成分和合量 在目前试验室仪器和分析手段的条件下，笔者对处理前后聚合物驱产出污水中的原油、PAM、固体悬浮物、无机离子和细菌等成分进行了分析和含量测定，同时测定了 pH 值和电导率。由此可以看出，除了 OH

31、、CO32-、CN、总磷和醇含量为 o 或未检出处理前后聚合物驱产出污水中均含合原油 PAM、固体悬浮物、无机离子Ca、Mg、k+、Na+、HCO3、Cl、总铁)、酚、硫酸盐还原茵和腐牛茵。22其中处理前后聚合物驱产出污水中亡述无机离子的含量及 PH 值、电导率值基本一致，其中 Na+、 HCO3和 Cl含量及 PH 值、电导率值较高、其它成分含量较少，而且处理后的聚合物驱产出污水中原油、PAM、固体悬俘物的含量比处理前要低，尤以原油含量的下降最为显著，说明这种现场常规处理方法对于聚合物驱产出污水中的原油的处理效果最好，即粒径大于 100 m 的浮油和粒径为10m 一 100m 的分散油绝大部

32、分已被过滤掉，处理后的污水中原油主要以粒径为 0.001m10m 系统分析了大庆油田南三区东部聚合物驱产出水处理前后原西安石油大学毕业论文12油、聚合物、固体悬浮物、无机离子和细菌等成分的含量及其固体悬浮物颗粒粒径大小与分布。根据油层损害机理并结合该区油层的孔隙特征，研究和确定了污染物质，即：聚合物产出水中硫酸盐还原菌是主要污染物质；向萨尔图和葡萄花的中低渗透层高台子油层回注时，原油和固体悬浮物也是主要污染物质，而聚合物仅对地渗透层造成损害。 另外，目前油田污水回注处理还存在如下一些工艺方面问题：(1)污水处理过程中水质调节剂、絮凝剂、杀菌剂等水处理剂的投加量大，污泥的产量高，增加了污泥排放以

33、及处理、处置的难度。(2)管线、设备的腐蚀现象严重，药剂的缓蚀率只能暂缓药剂投放段的腐蚀，并不能从根本上降低整体的腐蚀水平。(3)药剂投加量大，使生产成本过高，有时为了降低运行成本，不得不减少或暂停药剂的投加，造成出水水质不稳定，为注水带来很多麻烦。(4)站内药剂投加的操作及维护往往不能按设计实施，使得设计思路的综合效应无法实现，这是水处理站运行效率不高的原因之一。(5)油田水处理站的自动化程度不高，手动操作多，工人劳动强度大，而且一般比较笨重，不易操作管理，生产效益低。3.1.23.1.2 垢形成机理垢形成机理 垢的形成是渗流流体由地层流到井底时，由于外部条件变化，渗流流体所发生的相态变化引

34、起的。渗流流体的组成为垢形成的内在因素，压力、温度变化为其外在条件。3.1.2.1 无机沉淀(1)无机沉淀的生成常见的无机沉淀有碳酸钙(CaCO3)、碳酸锶(SrCO3)、硫酸钡(BaSO4) 、硫酸钙(CaSO4)、硫酸锶(SrSO4)等。产生无机沉淀的主要原因有两个：第一是外来流体与地层流体不配伍；第二是随着生产过程中外界条件的变化，地层水中原有的一些化学平衡会遭到破坏，平衡发生移动而产生沉淀。通常会发生以下反应：HCO3-H+CO32-Ca2+CO32+CaCO3Ca2+ SO42+CaSO4Sr2+CO32+SrCO3Fe2+ CO32+FeCO3Ca2+ SO42+CaSO4Sr2+

35、SO32+SrSO4Ba2+ SO42+BaSO4 这些沉淀可吸附在岩石表面成垢，缩小孔道，或随液流运移在孔喉处堵塞流动通道，使注入能力及产量下降。西安石油大学毕业论文13(2)影响无机沉淀生成的因素 CaCO3、CaSO4,的沉淀反应，温度升高促使平衡向生成沉淀方向移动，因此，这类沉淀的生成是地温越高，沉淀反应越易发生。对于放热沉淀反应，如生成BaSO4的反应，则正好相反，随着温度的影响；不同的无机沉淀受温度的影响情况不一样。对于吸热沉淀反应，如生成 CaSO4的反应，温度升高生成沉淀的趋势减小。温度的降低还可使高矿化度的地层水溶液过饱和而形成结晶，堵塞储层渗流通道。 pH 值的影响：外来液

36、体的 pH 值升高，会促使 HCO-解离成 H-和 CO32+,使CO32-浓度增加，促使碳酸盐沉淀的生成。 接触时间：不配伍的流体相互接触时间越长，生成的沉淀颗粒越大，沉淀的数量越多，沉淀引起的损害越严重。 总矿化度的影响：相混液体的总矿化度升高，会降低可沉淀离子的活度，或增加沉淀物的溶解度沉淀的趋势相对于低矿化度情况有所降低。例如，,在Mg2+浓度为 2440036600ppn 的溶液中的溶解度是蒸馏水中溶解度的几倍；又例，77时，BaSO4在蒸馏水中的溶解度为 2.23ppm，而在 100000ppmNaCl 的溶解度为 30.0ppm。 压力降低的影响：油井生产过程中，井眼周围的流动压

37、力一般都低于地层的原始饱和压力，由于压力的下降，地层流体中气体会不断脱出，气体的脱出对 CaCO3沉淀的生成影响很大，因为在脱气之前，油层中的 CO2以一定比例分配在油、水两相之中，脱气之后，就分配在油、气、水三相中，使得 CO2水相中的量大大减少，CO2的减少可使地层水的 pH 值升高，有时 pH 值甚至高于 10，这将有利于地层水中 HCO3-离子的解离平衡向 CO32-离子浓度增加的方向移动，CO32-浓度的增加，促使更多沉淀 CaCO3生成。3.1.2.2 有机沉淀 这些污泥主要由沥青质、树脂、蜡及其它碳氢化合物组成，这种污泥很难溶解，一旦生成，清洗是很困难的。据报导美国有 30以上的

38、原油与酸作用可形成这类污泥外来液体引起原油 PH 值改变而导致沉淀。高 PH 值的钻井液和水泥浆滤液侵入地层，可沉淀。促使沥青絮凝、沉积。酸化时，一些含沥青的原油与酸接触时，会形成胶状污泥。(1)气体进入储层引起有机沉淀 外来气体进入储层可促使有机沉淀生成。例如，空气中的氧气与储层中的原油接触，与原油发生氧化作用，使原油中的不溶性烃类衍生物增多，而析出沉淀；又如，二氧化碳溶于含沥青质原油中也会引起沥青质沉淀。低表面张力流体促使有机沉淀生成。在完井、修井过程中，一些低表面张力的流体进入油层会促使沥青质沉积。 (2)平衡条件改变导致有机沉淀的生成西安石油大学毕业论文14 油井生产之前，石蜡和沥青质

39、都以溶解状态存在于原油之中，一旦油层被打开，原有的平衡状态就会被破坏，平衡的移动使有机沉淀易于生成，导致有机沉淀生成的因素有以下几方面：温度降低 原油温度的降低是导致有机沉淀生成的一个重要原因。当原油温度低于石蜡的始凝点时，石蜡将在地层孔喉中沉积，而堵塞流动通道，导致原油温度降低的因素有以下三方面：a 进入储层的外来液体温度一般低于储层温度而使原油温度降低；b 原油流动过程中不断向周围的介质散热；c 原油中的气体脱出，需要吸收一部分热量，使原油本身温度降低。 原油中轻质组分和溶解气脱出。 原油中轻质组分越多，蜡的始凝点越低；原油中溶解气量越多，溶解蜡的能力越强。生产过程中，近井地带的流体压力常

40、低于地层平衡压力，这就导致原油中的轻质组分和溶解气挥发，使蜡在原油中的溶解能力减弱，始凝点下降而析出。 晶核量的增加。 与其它结晶一样，蜡的析出也必须要有结晶中心一晶核。生产过程中，若油湿微粒量增加或外来固相的侵入，都会增加蜡的结晶中心，为蜡的析出提供条件。3.1.2.3 微粒的产生储层本身的微粒也叫地层微粒，是指小于 37um(能通过 400 目筛)的矿物颗粒。地层微粒的含量变化幅度很宽，可从百分之几到百分之几十。微粒的产生与岩石的矿物组成及流体的运移速度密切相关。微粒堵塞具体体现在以下 3 个方面:微粒运移是由化学反应(生物沉降作用)和物理反应(电动反应离子强度的电位)原因引起的,其中最重

41、要因素是流体流速。固相入侵,即在钻井、完井、修井、增产、注水等各生产环节中进入储层的固相颗粒堵塞孔隙喉道。粘土膨胀是粘土吸附水而膨胀,尤其是在滤液的含盐度低于地层水的含盐度、粘土中的蒙脱石和混层粘土含量高的情况下,粘土膨胀相当严重。 我国储层岩石大部分属于碎屑岩与碳酸盐岩，而碎屑岩储层中又以砂岩储层较多见。砂岩的物质成分主要有碎屑颗粒和胶结物两部分。碎屑颗粒的主要矿物成分为石英、长石、岩石碎屑，还有少量云母、重矿物等，其含量占整个岩石重量的 50%以上，它们是组成岩石的骨架物质，所以又称骨架颗粒。把松散的碎屑物质胶结起来的化学成因物叫胶结物。胶结物在碎屑岩中的含量小于 50。常见的胶结物质有西

42、安石油大学毕业论文15泥质(主要是粘土)、钙质(方解石)、铁质(赤铁矿和褐铁矿)和硅质(石髓、石英)。其次，还有白云石、菱铁矿、海绿石、鲕绿泥石、黄铁矿、硬石膏、石膏、重晶石、沸石等。此外，在碎屑岩中还常含有一些与碎屑颗粒一起沉积下来的微细粒状物质，称为基质或杂质，如高岭石、水云母。蒙脱石、石英、长石等。在许多情况下，把胶结物与基质分开是困难的，因此，常把它们归在胶结物中。胶结物在岩石中的分布状况以及碎屑颗粒的接触关系称为胶结类型。胶结物的成分、含量、胶结类型直接影响着储层的储渗特性，因此是研究油气层损害机理时非常关心的问题。碳酸盐岩是由方解石(CaCO3)、白云石(CaMgC03)。等碳酸盐

43、矿物组成的沉翠岩。方解石含量大于 50的碳酸盐岩称为石灰岩；白云石含量大于 50的碳酸盐 岩称为白云岩。除方解石和白云石外，碳酸盐中还常有文石、菱镁矿、菱蒙矿、等碳酸盐矿石，以及硅酸岩矿物（如粘土、长石等） 、氧化硅矿物（如石英、石髓、蛋白石） 、氧化铁矿物（如赤铁矿、天青石等） 、卤化物（如萤石、盐岩等）等非碳酸盐矿物。以上矿物中，易在流体作用下发生化学及物理变化，引起微粒运移、储层渗透性降低的矿物，称为储层敏感性矿物。敏感性矿物可分为粘土矿物和非粘土矿物。(1)粘土矿物粘土矿物是细分散的含水层状构造和层链状构造的硅酸盐矿物含水的非晶质硅酸盐矿物的总称。其中，大部分粘土矿物都是层状的路硅酸盐

44、矿物。绝大部分油气储基层中都含有粘土矿物，由于粘土矿物易水膨胀和分散运移，当外来液体的矿化度比地层水低，并且流体的运移速度较快时，它们就可水化膨胀和分散运移堵塞油气层，从而导致油气产量下降。 (2)非粘土矿物产生微粒粒径小于 37um 的非粘土矿物微粒，只要是孔隙壁固结不紧，均有可能在高流速流体作用下发生运移。分析表明：非粘土矿物的成分主要有：石英、长石、方解石、白云石、云母、铁方解石、铁白云石及其他一些重矿物和非晶形物质，其中石英微粒含量最多。表 3-1 平欠水量问题分类统计表 平欠原因分类井数口比例%层数个比例%配注 m3/d实注m3/d平欠水量 m3/d比例m3/d影响程度水质影响112

45、30.714637.97922144-577633.432.0吸水状况差7520.610122.16161938-422224.422.4西安石油大学毕业论文16油藏条件6517.87316.03901245-265515.316.4注采状况差5214.26313.8294774-216612.513.5 资料重复性差4813.26013.13161191-196911.412.6 其他133.5143.1990466-5243.03.1 合计365-457-250707758-17312-表 3-2 平欠水量层系分类统计表层系井数口层数个砂岩m3有效m3配注m3d实注m3d平欠m3d影响程度

46、 几处井网3647356622072330686-1644104一次调整井1251601440721198503681-6169342二次加密井2022502427892128903391-9499554表 3-3 常见粘土矿物存在形式及潜在危害粘土类型单体形态在孔隙中存在形式潜在损害高岭石蠕虫状书页状杂乱分布分布在粒间少量在粒表微粒运移渡塞孔隙伊利石蜂窝状、网状片状、絮状薄膜衬垫式分布在粒表水化膨胀分散运移绿泥石片状、丝状毛发状充填于粒间或分布在粒表水化膨胀分散运移大束缚水饱和度蒙脱石叶片状、叠层状绒球状、针叶状充填于粒间常与石英、高岭石共生运移酸敏西安石油大学毕业论文173.2 含聚污水注

47、水井堵塞机理从堵塞物成分分析、堵塞物成因及堵塞机理、化学解堵技术 3 个方面综述了近 10 年来注聚井堵塞及解堵技术的研究与应用情况。现场取样分析结果表明,注聚井堵塞物均是无机物和有机物组成的混合物。堵塞物成因及堵塞机理归纳如下:聚合物吸附滞留;聚合物相对分子质量与储层孔喉尺寸不配伍;地层微粒运移;细菌及其代谢产物;无机物引发的聚合物胶团;聚合物溶液配制及稀释操作不当。3.2.1 化学反应结垢无机堵无机堵是指在生产过程中因井筒中或井筒附近温度和压力的降低或者或注入水不配伍而析出的沉淀,堵塞了油管、射孔孔眼或地层,严重影响了油气的流动能力。实际生产中表现为产液量逐渐下降。现场抽取 3 口含聚污水

48、井的水样及水井返排物化验分析(表 2-4、2-5)，化验结果表明：含聚污水中含有大量离子，其中这些离子较多Ca2+、Mg2+、Fe2+、SO42-,可能结垢的阳离子有Mg2+、 Ca2+、 Fe2+，阴离子主要有 CO32+、OH-、SO2-4、,它们同管柱和地层中的物质发生化学反应生成不配伍的沉淀，导致垢堵。垢堵主要成分是硫化物和碳酸盐类，其反应式如下：碳酸盐垢： Ca2+ CO32+CaCO3Mg2+ CO32+MgCO3氢氧化物垢： Ca2+ OH-Ca（OH）2Mg2+ OH-Mg（OH）2硫酸岩垢： Ca2+ SO42+CaSO4Mg2+ SO42+MgSO4Fe2+ SO42+Fe

49、SO4 回注污水中含有聚合物使驱油机理变得很复杂，注入水进入地层后不可避免地与地层水、原油、岩石矿物发生反应，出现结垢问题。究其原因主要可归纳为以下两种情况：化学剂与储层矿物反应后产生离子如：硅离子、钙离子、镁离子等，再与储层流体间发生化学反应，导致不配伍的沉淀产生从而结垢； 流体采出过程中，随温度和压力的变化，某些物质将会沉淀，从而结垢。表 3-4 含聚污水水样化验分析 分析 项目聚丙烯酰胺 mgL硫酸根mgL铁离子 mgL 镁离子mgL钙离子 mgL 钠与钾离子 油及有机质西安石油大学毕业论文18mgL mgL4-312610801670043377552718308110010-2326

50、1889363183224547571581211499-232127802219172196351019132959在现场分别取了普通污水和含聚污水注水井管柱结垢的垢样，进行了对比化验分析。常规注水井垢样呈黑褐色、层状、致密，不容易脱落，结垢时间3.5 年。而含聚污水垢样呈红褐色、球状、疏松，容易捻碎，结垢时间 1.6 年，缩短近一半。表 3-5 含聚污水水样化验分析类别时间年水分油有机质聚合物胶团硫化铁碳酸铁钙、铁氧化物 酸不溶物 普通3519628602888910734含聚l658279124445234724消除有机垢堵塞的方法：高分子芳烃化合物的溶剂溶解沉淀物 ;分散剂阻止微粒的形

51、成 ;脱蜡剂(表面活性物质 )可破坏石蜡沉淀的形成 ,阻止其重新聚结 ;结晶改良剂 (聚合物)能改变石蜡结晶的生长速度 ,可抑制石蜡沉淀的出现 ;化学添加剂和苯类混合物可抑制沥青质沉淀 ;也可用热水或热油反洗清蜡。3.2.23.2.2 物理作用形成聚合物胶团物理作用形成聚合物胶团有机堵有机堵有机垢堵具体体现在以下 2个方面:在油管、射孔孔眼或地层中 ,由于温度或压力的变化 ,使得重烃馏分不溶于原油并开始结晶而沉淀出的石蜡或沥青质 ,堵塞了孔隙孔道 ,大大降低了油水渗透率。一般地,含蜡量高、原油粘度大、渗透性差、含水低、产液量低、具有出砂史、西安石油大学毕业论文19井底温度、压力变化大的油层易发

52、生油堵。在生产中表现为产液量缓慢或很快降低,关井后或作业后井开不起来。现场抽取1口含聚污水注入井的水井返排物进行化验 组分分析：返排物的主要成分是粘土与杂质、聚丙烯酰胺、硫化物和碳酸盐类（见表3-6）表 3-6返排物的主要成分 项目聚丙烯 酰胺粘土与 杂质 硫化 铁碳酸 铁碳酸 镁碳酸 钙氧化钠与氧化钾油及有机质其他 项含量 5 5317 143 217 216 018 687 2461 526胶团结构分析；在水井返排物中分离出聚合物胶团，采用仪器逐层剥离进行结构分析。分析表明：聚丙烯酰胺残骸形成胶团，胶团中间有胶核。胶核成份主要是硫化物、氧化铁、油及有机质等杂质，外层缠绕着聚丙烯酰胺残骸 (

53、见3-1图)。图 3-1 聚合物胶团结构分析示意图为了明确聚合物胶团堵塞地层的过程，依据以上化验结果，在实验室内模拟喇嘛甸油田地层条件，进行聚合物、硫化铁(2+、3+)和油层岩石的配伍性研究。 5天后观察到黄色悬浮物和絮状沉淀生成。这是由于硫化铁是油润湿性物质，聚合物可以将其与污泥杂质等粘合在一起形成胶团，附着在管壁和岩石上，降低了地层渗透率。当含聚污水流经复杂的孔隙结构时不断生成堵塞物，滞留在窄喉道处，加剧了多孔介质渗透率降低的现象，最终堵塞地层（图 3-2）。在窄孔喉处滞留. 在滞留点水动力西安石油大学毕业论文20图 3-2 聚合物胶团堵塞机理示意图通过对含聚污水注入井水质、水井返排物及管

54、柱垢样化验分析得出地层堵塞原因是受物理和化学共同作用的结果，以垢堵和胶团堵两种形式同时存在，是有机和无机的复合堵塞。消除无机垢堵塞的方法：铁垢,例如硫化亚铁(FeS)或氧化铁(Fe2O3),可用盐酸加上还原剂(异抗坏血酸)及螯合剂(氮川三乙酸(NTA)、乙二胺四乙酸(EDTA)、柠檬酸或乙酸)即可溶解掉这类垢,且可防止副产物(例如氢氧化铁和元素硫)的再沉淀。氯化物垢,常表现为氯化钠(NaCl),主要是由于盐浓度高于其临界饱和浓度而析出的晶体。这类垢用清水或弱酸(盐酸、醋酸等)即可溶解掉。硅质垢,这类垢常呈很细小结晶状的玉髓沉淀物或呈非晶蛋白石,用土酸即可溶解掉。氢氧化物垢,属这类垢的有氢氧化镁

55、(Mg(OH)2或氢氧化钙(Ca(OH)2),用盐酸或任何能充分降低 pH 值且不使钙或镁沉淀的酸即可消除。第第 4 4 章含聚污水注水井解堵机理及解堵剂研制章含聚污水注水井解堵机理及解堵剂研制4.14.1 含聚污水注水井化学解堵机理含聚污水注水井化学解堵机理4.1.14.1.1 络合作用络合作用络合作用对重金属离子吸附的影响机理比较复杂,其机制可归为电性效应、桥镇合效应和其它效应、配位体的种类、配位体与重金属离子浓度比及各自的浓度、重金属离子的种类、吸附体的性质、介质的 PH 恒等因家均与这种荷性质(电性、电价)与络合后的络合物的电荷性质不同从而影响重金屑离子因静电作用而被吸附的过程，以电性

56、效应为主要机制而影响重金属离子吸附的配位体一般不被吸附(如 Cl一般不被负电表面吸附)或与吸附表面的结合力较弱这类配位体不能在吸附表面和重金员离子之间起桥镀合作用络合物的价数一般都低于重金属离子原有的价数甚至带有负电荷，加二价重金属离子和 Cl一离子可形成 MCl一、MCl3一百等络台物对带负电的吸财表面(如大部分的层状铝硅酸西安石油大学毕业论文21盐矿穆表面和有机胶体表面)对于盐酸来说，酸敏性矿物主要为含铁高的一类矿物，随着它们与盐酸发生反应，溶液的 PH 值逐渐增大，酸化后析出的 Fe3+和 Si4+会生成 Fe（OH)3沉淀或 SiO2,凝胶体，堵塞喉道。同时，由于稳定原油乳化剂的影响及

57、微粒的运移和桥堵，酸化砂岩地层会伴随释放出细小的微粒和地层坍塌现象，这对孔喉的疏通也有一定的负面影响。对于氢氟酸来说，酸敏矿物主要为方解石、白云石、钙长石、沸石等含钙高的矿物，它们会与氢氟酸反应生成 CaF2沉淀和 SiO2,凝胶体，也会堵塞喉道。 为有效地控制 Fe(0H)3。的生成，需要在解堵药剂中加入酸性沉淀抑制剂，该剂与 Fe3+的络合能力比 OH-与Fe3+的络合能力强，优先和 Fe3+形成稳定络离子，从而避免了 Fe(0H)3，的沉淀生成。同时因抑制剂呈弱酸性而发生水解，抑制了 Fe(0H)3，沉淀生成，疏通了喉道，有效地进行解堵增注。4.1.24.1.2 氧化降解有机质氧化降解有

58、机质 由于细菌粘液、始井液体系中的有机物、有机凝冻胶的影响，目前油水井的硬化效果不太理想，因此引进了一种新的油层污染解堵剂ClO2体系。通过室内试致评价了解诸ClO2体系对有机聚合物、调剖化堵所用凝冻胶体系的降解、降粘作用和对咖、SM等的余商效果。在合理选井的基础上，将该体系投入矿场使用，效果良好，为解除油层污染提供了一条新途径对上述问题，ClO2解堵体系均可不同程度地解决。该体系由 ClO2、稳定刑、激化剂、绥蚀剂等多种化学药剂配制而成。ClO2气体分子中台有奇数电子，具有很高的化学活泼性，其中的 Cl 是+4 价，具有强烈夺取电子的倾向，可以打开分子链及苯环，对有机物及细菌起降解作用，使其

59、粘度大幅度下降，流动性变好，从而解除油层堵塞；它与阳离子反应生成可 FeS 溶性铁盐，可防止 Fe3+二次沉淀堵塞地层。许多氧化剂如二氧化氯、过氧化钠、高锰酸钾、过硫酸铵、次氯酸钠等对聚丙烯酰胺均具有氧化降解作用，但解堵效果不同，为此我们进行了室内模拟实验，实验结果表4-3 不同氧化剂对聚丙烯酰胺联体的溶解情况氧化剂ClO2(NH4)2SO4Na2O2KMn04NaClO时间(h)2448484848现象全部溶解大部分溶解部分溶解部分溶解部分溶解从以上数据看出，二氧化氯的解堵效果最好，对聚丙烯酰胺的溶解能力西安石油大学毕业论文22较强，所以我们选择了该剂作为解堵主剂进行解堵。由于盐酸可以大大的

60、加快溶解速度，所以二氧化氯与盐酸一起协同作用，可以有效的提高解堵能力。 二氧化氯降解聚丙烯酰胺的机理是： ClO2具有很强的氧化性， 解除地层中的聚合物污染（它可氧化聚丙烯酰胺残体使之成为小分子聚丙烯酰胺）、杀灭微生物、清除硫化亚铁垢等不同的地层污染；酸液主要处理地层矿物等无机堵塞物。两种药剂协同作用，优势互补，从而全面彻底的解除地层中的多种污染，全面的提高了酸化的综合效果PAM+ClO2s-PAM5FeS+9ClO2+2H2O5Fe3+5SO42+9Cl-+4H+ PAM、FeS一旦被氧化生成可溶性的盐类，污垢或堵塞物中的其它成分就失去了在管道或岩石上的附着能力而很容易被带出。优点：13小时