典型海相油田注水分析及工藝措施研究

陳國泉

摘??????要：塔里木某油田注水開發區塊在開采過程中，由于儲層非均質性強、注水水質礦化度高、水質不穩定以及沿線注水二次污染等多方面的原因，已經出現了許多井組地層污染和堵塞，造成注水壓力增高甚至注不進水的現象，嚴重影響注水開發效果。為確保注好水、注夠水，通過注水中懸浮沉淀物化學分析，得出沉淀物中主要包括四氧化三鐵和三氧化二鐵的混合物。根據污水沉淀原理，得出溶解氧超標，水中溶解的鐵離子與氧發生沉淀反應，造成水質極不穩定;通過工藝評價，找出注水處理中存在的缺陷，及時開展三個階段的工藝及管理優化，現場應用水質站內外輸達標率從82.07%達到96.88%，井口達標率從56.25%達到了98.92 %。

關??鍵??詞：注水;二次污染;化學分析;溶解氧;沉淀反應;注水處理工藝;現場應用

中圖分類號：TQ 085???????文獻標識碼：?A ??????文章編號：?1671-0460（2019）11-2604-04

Study on Water Injection Analysis and Technical

Measures in Typical Offshore Oil Fields

???CHEN Guo-quan

（PetroChina Liaohe Oilfield Branch West Oilfield Project Management Department， Liaoning Panjin 124010，?China）

Abstract： Many well formations of the water injection development block of an oil field in Tarim have been polluted and blocked during exploitation because of strong reservoir heterogeneity， high salinity of injected water， unstable water quality and secondary pollution of injected water along the line， which has resulted in water injection pressure increase or even failure in water injection， and poor development effect. In order to ensure the quality and amount of water injection， in-depth basic research was conducted. Through the chemical analysis of suspended sediment in injected water， based on the principle of sewage sedimentation， the evaluation of injected water treatment process and the optimization of different stages were carried out. The field application has achieved good results. The rate of delivery in water quality stations increased from 82.07% to 96.88%， and the wellhead compliance rate increased from 56.25% to 98.92%.

Key words： Water flooding; Secondary pollution; Chemical analysis; Dissolved oxygen; Precipitation reaction; injected water treatment process ; On-site application

塔里木某油田注水有三個特點，第一個特點是注水現狀屬于“三多一高”，停注井多，注不進井多，管線刺漏多，注水壓力高，造成這種現象的原因是注水不合格，導致處理設備及注水管線腐蝕結垢，嚴重的造成地層堵塞，注水質量不達標注不進水而影響地層能量的補充和油田開發效果。第二個特點是塔中水質不穩定，注水中鐵離子含量高。第三個特點是注水管線易結垢，附著在管壁上的沉淀物造成沿線水質二次污染，導致聯合站出來的合格水經過管線到達井口時懸浮物含量及粒徑中值等參數嚴重超標從而影響注水效果^[1-4]。

1 ?研究內容

1.1 ?注水水質跟蹤監測及測試

從統計的大量數據來看，沿線水質懸浮物含量及粒徑中值呈現逐級變差的現象（見圖1），合格的聯合站外輸水到達注水井口時懸浮物超標嚴重^[5]，粒徑中值的變化趨勢與懸浮物含量的變化趨勢一致（見圖2）。

為了進一步弄清楚懸浮物的成分，從現場收集了管線及注水中的懸浮沉淀物，開展紅外測試法及X衍射分析法對沉淀物進行成分及形態分析。通過兩種分析方法得出，分析紅外譜圖在波長1 000和700 cm^-1處Fe-O結構顯示明顯，分別在3 406 cm^-1顯示OH，1 375、2 914、2 853 cm^-1顯示–CH₂-CH₃，1 421、1 550、1 641 cm^-1顯示-COOH。從X衍射分析沉淀物中含有存在四氧化三鐵以及三氧化二鐵的成分。

進一步對注水沿線的水質進行總鐵和溶解氧的測試，從測試的結果可以看出（見圖3），沿線的總鐵含量均超過了9 mg/L，而溶解氧的含量平均為0.8 mg/L，遠遠超過了該油田注水標準要求的小于0.04 mg/L。鐵離子遇溶解氧易生成鐵氧化合物發生沉淀現象，造成水質不穩定，導致懸浮物含量和粒徑中值超標，已經出現了許多井組地層污染和堵塞，造成注水壓力增高甚至注不進水的現象，嚴重影響注水開發效果。

1.2 ?基礎研究階段優化

針對在注水開發中突顯出來的問題，對污水處理技術及注水井管理進行了多次的優化階段。

第一階段：2016年5月至2017年1月，開展隔氧除鐵技術改進。

第二階段：2017年2月至2017年5月，優化污水處理工藝中加藥位置。

第三階段：2017年6月至2018年7月，改進注水管線質量及開展配套措施。

1.2.1 ?第一階段

查找溶解氧超標原因，利用化學方法降低污水中鐵含量。通過對污水處理工藝的各個環節（見圖4）進行一一排除，最終確定兩個節點會造成污水中氧含量超標，一個來源是從曬水池長期暴露在空氣中的污水直接進入事故罐導致氧含量增加，另一個來源是懸浮污泥處理凈化器（SSF）頂端不密閉，污水直接和空氣接觸，導致氧氣融入水中造成溶解氧超標。

優化措施：一是將曬水池來水不接入系統，二是對SSF凈化器頂端進行密閉處理。密閉隔氧工藝主要有氮氣密閉、浮床式密閉、天然氣調壓密閉、浮油層密閉等幾種。通過優缺點的比較（見表1），最終確定氮氣密閉隔氧為最佳方案。

通過兩個措施的優化，站內污水溶解氧降低到了0.1 mg/L以下，平均降低率達到95.52%（見表2）。

同時在系統中加入除鐵劑等化學方法去除高含量的鐵離子，但是該油田水質的特殊性導致加入弱酸性的除鐵劑以后管線和設備腐蝕嚴重，因此該措施不適應此污水處理系統。

1.2.2 ?第二階段

為了最大程度上降低污水中無機物質在設備中沉積結垢，增加阻垢劑和緩蝕劑等措施降低結垢，但從管線打開處可以明顯看出，阻垢劑未起到明顯的作用。通過對懸浮污泥處理凈化器（SSF）的原理進行分析，該設備是將污水“三級處理”合并在一個凈化器罐體里，主要包括物化工藝和SSF污水凈化器兩大部分。由懸浮污泥過濾層、污泥收集桶、污泥濃縮室、集水槽、進水管、出水管、排泥管等部分組成（見圖5）。通過污水自身形成的污泥過濾層進行過濾水質，該過濾層不僅將懸浮物、含油等機雜物質過濾掉，同時將加入的各種化學藥劑一并濾掉，導致阻垢劑、緩蝕劑等藥劑不能通過而降低了阻垢和緩釋的效果^[6]。

改變加藥位置，將加藥位置移至凈化器后端，達標外輸的污水到達井口時，發現注水水質比加藥位置改變之前更差（見圖6），因此及時停止加藥，水質有所好轉，但仍然不穩定。通過室內試驗模擬加藥后垢樣的狀態，發現在正常注水溫度下，將管線中的垢樣放入正常比例的阻垢緩釋劑溶液中，2 h后垢樣慢慢溶釋并懸浮在溶液中（見圖7）。說明阻垢緩蝕劑對垢樣有很強的溶釋作用，證明了阻垢緩蝕劑在保持注水穩定的同時對管線中長久積累的垢樣也會溶釋。

1.2.3 ?第三階段

通過室內試驗及現場現象，對注水主干線酸洗，同時對單井管線進行更換，換成結垢附著更低同時防腐性能更佳的柔性復合管。（見圖8）。

連續跟蹤檢測水質中懸浮物含量及粒徑中值等指標，正常注水期間，水質波動很小，達標的外輸水在井口仍然達標，但是在注水過程中發生注-停-注沖刷管線時，水質波動很大（見圖9），主要原因是站內停泵檢修使泵壓改變、管線刺漏、井下測試停注、改變注水量等因素導致注水管線中的水發生流動-靜止-流動的運動，對注水管線和井筒造成沖刷作用，從而將管壁上的新生成的結垢物帶入水中造成管線二次污染，最終進入井下堵塞注入層。因此設計了一套針對水質二次污染、注水發生啟停時專用的井口過濾器^[7]（見圖10），它作為最后一道截留懸浮物的保障措施，將有效地解決污水經長距離管道輸送后造成的超標問題。

2 ?現場應用

通過對多項措施綜合優化的現場應用，對該油田注水井開展為期1年的水質及注水情況跟蹤分析，水質從站內外輸到井口達標率超過了96%（見表3），注水量全年保持配注量達標，注水油壓保持穩定，綜合效果應用良好。

3 ?結?論

（1）分析塔里木某油田水質不穩定的根本原因，應用隔氧技術及藥劑優化保證了入井流體的可靠性，為注好水奠定了基礎。

（2）根據現狀選擇配套措施，穩定注水中的鐵離子、控制沿線注水二次污染以及增加地面管線最后一道攔截過濾等措施是提高該油田注水效果的關鍵。

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