采油注水系統規劃設計主要內容分析

袁 莉

（嘉蔭縣水務局，黑龍江嘉蔭 153200）

采油注水系統規劃設計主要內容分析

袁 莉

（嘉蔭縣水務局，黑龍江嘉蔭 153200）

在國內外油田開采中，注水系統建設與注水技術的采用，是關系油田開采壽命、提高產量與穩定產量的關鍵的一環。大慶油田從20世紀60年代的自噴產油到注水加壓，油水比從1∶1到1∶2、1∶3、1∶4……至今最高已達1∶9，也就是就采出 1t油就帶出來9t水，可見目前回注水需要多么大，文章概述了采油注水系統規劃設計的主要內容。

油田開發；注水系統；水源選擇；水處理；處理方法

0 前 言

1959年9月26日，位于黑龍江省肇州縣大同鎮附近的“松基3井”噴出了工業油流。由于正值國慶10周年前夕，時任省委第一書記的歐陽欽同志欣然倡議將大同命名為大慶，成為大慶油田與大慶市的基本標志。至此，黨中央做出了成立大慶特區，政企合一的大慶石油會戰指揮部進行開發建設大慶油田大會戰。國家從外省調集大量石油勘探隊伍進行勘探鉆井，由于當時財力、物力條件有限，城市建設以“干打擂”平房為主大片建設，城市人口驟增加之油田開采與石化工業的逐步興建，以開采地下水為主的供水源已曠日緊張。于是1972年始建嫩江北部引部工程，并于1976年峻工通水。烏北段建筑物按70a一遇設計，總干渠按50a一遇設計，最大流量50m3／s，烏南段通水流量30m3／s設計，分別引進入位于靠近大慶石化總廠的紅旗泡水庫以及位于薩區重點產油區的大慶水庫（黑魚泡），年均引水量4.65億m3，以滿足大慶油田與石化工業基地生產用水和薩區、龍鳳區城市用水。在總供水量中，就包括著油田注水。北部引嫩工程提供新鮮水，注水最多有1.2億 m3／a，近年由于油水比的加大，對其采出水進行處理回注，故新鮮水減至6000～7000m3／a，另外中部引嫩蓄入龍虎泡提供注水約1億m3以上。故本文立題對采油注水系統規劃設計內容進行分析［1］。

1 水源選擇

俯視大慶油田，最多的構造物除了城市樓房，道路建筑外，遍野就是抽油機（磕頭機），集油井和注水井。注水系統設計首要考慮的是解決注水所需的水量，即這些水從何引來。

1.1 可供選擇的水源

1.1.1 采出水

大慶油田采油是以注水增加地層壓力（水比油重，通過注水使沉積深層和藏于巖隙的油壓擠出浮于水的上層）在20世紀60—70年代，大慶油田油水比為1∶1，1∶2；1∶3；1∶4至1∶6；2013年止最高已達1∶9也就是說采1t油帶出來9t水，這些水經處理后再回注于地下，成為油田注水的主要水源［2］。

1.1.2 外引水源

大慶油田外引水源主要為嫩江。分別建有北部引嫩工程和中部引嫩擴建工程，其中部分作為補充注水水源。

在沿海油田，如松遼油田、勝利油田，注水可引用海洋、湖泊、池塘或河流得到地表水或和地表水水源相連通的淺含水井［3］。

1.2 水源選擇方面要考慮的主要問題

1.2.1 腐蝕性

采油與注水都是經過金屬管道而實施的。因此

式中：△I為使測試電極電位改變10V所用電流；△E＝10V。

1.2.2 結垢趨勢

液體都有一定的溶解度，水更是這樣，溶解度的定義為：在給定的物理條件下，溶劑中能溶解溶質的極限量。超過這個限度，這些化合物就會成為固體而沉淀。因在下列情況下便可解引起結垢：①水中含有形成溶解度很小的化合物的離子；②物理條件發生變化，或者水的組成改變，使得溶解度降低到現有濃度以下。

固體沉淀或懸浮于水中，或附在設備表面和管壁上。結成密實的垢。貯油層可能由于水中析出懸浮顆粒而發生堵塞，也可能在貯油層表面結成固體的垢，這兩種情況都是有害的。堵塞的類型不同，清除堵塞的困難程度也不一樣。

結垢往往會降低供、注水管道和油管的流量。還會引起泵的磨損或堵塞。抽油桿結垢時，還會增加抽油桿的負荷。對于各種類型加熱爐的輻射管，結垢會造成過熱，從而降低加熱爐的使用壽命。結垢的地方往往腐蝕更加嚴重。總之，生產中的許多問題都是由水垢引誘起的，因而有效地控制結垢，對任何一個高效注水設施來講都是一個首要課題。

綜上，水源選擇必須對注水是否產生結垢并對結垢趨勢進行分析評價。

1.2.3 其它需要注意的問題

1.2.3.1 水的可混性水不可有超標的腐蝕性。

自然界的金屬大部分都是金屬的氧化物或鹽類。冶煉噸金屬需要耗用大量能量。這一能量被“貯存”起來，就成為使金屬恢復原來的狀態——氧化物或鹽類所需的推動力。這就意味著，金屬與其周圍環境相比，在大多數情況下是不穩定的，有轉化為其原來較低能量狀態的自然趨勢，或叫做“腐蝕”。

腐蝕是一種電化學過程。即腐蝕過程有電流流動。為了使電流流動，必須有一推動力或電動勢和一個完整的回路。

如果可能，應測定所有水源水的腐蝕性。如不能進行精確的測定，在通知pH值溶解氣體和含鹽量情況下，可粗略推測出水的相對腐蝕性，可在現場測定。

試驗測定腐蝕計算公式為：

如果必須兩種或多種水混合使用，應該作結垢計算和可混性試驗。由于接觸范圍有限，注入水的可混性在注水方面一般不是什么問題。然而，當注入水突進到生產井時，就會出現混合問題。因此，也必須進行注入水和油層水之間的可混性試驗，確定在生產井見水后會出現些什么問題。

1.2.3.2 地層水敏度

某層地層黏土，與淡水接觸之后就膨脹，這樣，就使其滲透率和注入性降低。如果使用淡水，應該先用巖樣進行試驗，以確定是否有問題。

1.2.3.3 懸浮固體含量

和水質試驗一樣，沒有一個不會堵塞地層的懸浮固體量的絕對標準，只能通過經驗來確定。固體的濃度（mg／L）、顆粒大小分布和固體性質與組分等，都對水的堵塞趨勢有重要的影響。如果需要過濾，這些參數對選擇過濾器也有很大影響。

1.2.3.4 細菌

所有可能選用的水源都要進行細菌分析。

1.2.3.5 含油量

任何可能選來作注水用的采出水，都必須測定其含油量。水中含油一般都會導致注入降低。在地層中可能形成“乳化塞段”，而原油對某些懸浮物，如硫化鐵等是很好的膠黏劑，能很快使過濾器失效。

水中含油時可以用清潔的溶劑從水樣中萃取出油來確定，萃取出來的原油使溶劑著色，其油量用有關的特定原油配制的標準品與之比較來確定。顏色的深淺與水中萃取出的油量成正比。

2 水處理系統

2.1 處理系統類型

水處理系統一般分為兩類：即閉式和開式2種。

2.1.1 閉式系統

閉式系統是一種設計得完全隔絕氧氣的系統。由于氧氣是引起故障的主要原因之一，如果經濟方面允許，這常常是一種理想的方法。通過要求處理設備十分龐大時，就不用此法。習慣上只用于原來就不含空氣（或含極少量氧），并幾乎不用化學處理的水系統。由外面加入的東西越多，越難于把氧氣隔絕在系統之外，從飽和系統中排除氧氣在經濟上往往是不合算的。

海水注入系統對于這一規律是最大的例外，近年，大型海水注入設計越來越普遍。在海上油田和靠近海邊的陸上基地都如此。未處理的海水一般都是被氧飽和的，并且是嚴重腐蝕性的。實際上已經證明，把溶解的氧完全排除，是控制腐蝕有效的和經濟上合算的方法。

2.1.2 開式系統

在開式系統中沒有系統與氧隔絕。當需要用復雜的處理者用淡的、原來就被氧飽和的地面水作為注入水源時，最好選用開式系統。另外一個例子是當需要通氣以除掉H2S和（或）CO2時，用開式系統。

使用開式系統時，在絕大多數系統中需要內部涂敖防腐漆、內涂層、襯里或用塑料管以便經濟地控制腐蝕。

2.2 水處理設備

水處理需用大量的設備，本文僅舉以下3種：

2.2.1 懸浮固體的排除

主要設備有：①常規分層過濾器；②高速深層過濾器；③硅藻土過濾器CDE過濾器；④套筒過濾器；⑤沉降法。

2.2.2 溶解氧的排除

氧、二氧化碳或硫化氫溶解于水中后，其腐蝕性大大增強。溶解氧是大部分腐蝕問題的主要原因。排除的原理在于使水中的pH值保持中性或稍高，那么，在大部分水系統中，將很少出現腐蝕問題。

水脫氧系統方法主要有：①會提法；②真空法；③化學法；④并流氣提水的氣舉化；⑤并流氣提水管線。以上系統各有優缺點。

2.2.3 懸浮油的去除

水中含油會在注水系統中造成許多問題，因此必須把它降到最小限度。除去含油的第一步應保證處理器在合理的狀態下運行，進行全面檢驗以保證處理溫度、停留時間、破乳劑的選擇及其濃度都是最合適的。

其次檢查撇油罐的使用情況，除掉從脫水器所帶來的油。使用反向乳化破乳劑常常是有好處的。做不到這點時，用一個浮漂元件是有效的。把壓縮氣體通到特殊設計的容器底部，上升的氣泡能幫助油滴上升到表面。

為了有效地完成任務，常常需要各單元聯合使用，并監視系統情況，以便及時處理。

3 對采油注水通常的處理方法

3.1 地面水

地面淡水處理可以用開式的，也可以用閉式的處理系統，這取決于水質評價中可能出現的問題。對海水用開式系統處理時，腐蝕太嚴重，在注入前必須脫氧，其處理工藝流程如圖1、圖2所示。

圖1 開式系統

圖2 閉式系統

3.2 地下水

大多數地下水最好用閉式系統處理，由于氧的污染通常會產生某些極難辦的腐蝕和堵塞問題。閉式系統還能使水中溶解的CO2和（或）H2S的損失減低。結垢的可能性隨著這些氣體從溶液中逸出而增加。

相反，采用開式系統處理采出水是理想的，如果：

1）需要從水中排除H2S和（或）CO2。

2）需要基本上除去懸浮固體和油類。

3）最好在注入之前把水穩定一下，在地面水池中從水中沉淀出水質。

4）采出水和地面水必須混合時。

處理地下水的開式和閉式系統的典型流各一如圖 3、圖4。

圖3 開式系統

圖4 閉式系統

4 注水檢查與系統分析

在注水系統建成而且開始注水后，應立即設立系統的監測方案，并指派相關單位人員及時進行監控，如發現問題可及時糾正，以避免造成不應有的損失。

［1］大慶市政府協文史資料研究委員會.大慶油田的發現（大慶文史資料第一輯）［M］.哈爾濱：黑龍江人民出版社，1987：53－57.

［2］黑龍江省水利勘測設計院.嫩江北部引嫩工程初步設計報告［R］.哈爾濱：黑龍江省水利勘測設計院，1973.

［3］［英］查理斯C·帕托，大慶油田用科學研究設計院.油田水處理工藝［M］.北京：石油工業出版社，1979：63－69.

TE39

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1007－7596（2014）08－0088－03

2014－06－10

袁莉（1974－），女，遼寧沈陽人，工程師。