氣田水回注方式研究

張鵬飛

（四川科宏石油天然氣工程有限公司，四川成都 610000）

氣田生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)氣田水的處理主要有回注法、膜法、綜合利用法等，其中回注法的應(yīng)用最常見(jiàn)。在氣田水回注方法SY/T 6596—2004中，明確規(guī)定了氣田水回注井、回注層的要求[1]。隨著氣田生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，氣田水回注工藝也應(yīng)該不斷改進(jìn)，切實(shí)滿(mǎn)足水處理要求。

1 氣田水回注流程和常見(jiàn)問(wèn)題

1.1 回注流程

氣田水回注，就是將氣井產(chǎn)生的氣田水，重新注入地層的過(guò)程?；刈⑦^(guò)程中，為了防止形成環(huán)境問(wèn)題，對(duì)回注層的要求如下：①優(yōu)先選擇廢棄井、枯竭井；②結(jié)合水文地質(zhì)條件，回注后不會(huì)污染淡水層；③儲(chǔ)存空間足夠，能滿(mǎn)足長(zhǎng)期回注要求；④上下隔層不竄漏，連貫性好，沒(méi)有斷層、出露點(diǎn)；⑤吸滲能力強(qiáng)，不會(huì)引起回注水外泄、外注；⑥回注層的巖性和地層水配伍性好，不會(huì)形成沉淀、堵塞現(xiàn)象。一般情況下，氣田水回注流程是：收集氣田水→沉淀除油→加入藥劑→二次沉淀→儲(chǔ)存→回注。

其中，沉淀和二次沉淀處理，主要是改善氣田水的質(zhì)量，滿(mǎn)足回注標(biāo)準(zhǔn)：①水質(zhì)穩(wěn)定，和地層水混合后不會(huì)沉淀；②回注水不會(huì)促使黏土礦物懸浮、膨脹；③回注水的懸浮物、油、有機(jī)淤泥、乳化液含量均達(dá)標(biāo)；④對(duì)注水設(shè)施的腐蝕性??；⑤與回注巖層、地層水的配伍性好?；刈⒆鳂I(yè)時(shí)，設(shè)備主要是離心泵或柱塞泵，前者的排量大、壓力小，后者的壓力高、回注量小，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行選擇，提高綜合效益。

1.2 常見(jiàn)問(wèn)題

氣田開(kāi)采過(guò)程中，隨著氣田水增多，回注站的工作量也在增加，加重了機(jī)泵負(fù)荷，實(shí)際作業(yè)中就可能出現(xiàn)一些問(wèn)題，總結(jié)如下：

第一，機(jī)泵發(fā)生故障?；刈⒈迷谑褂脮r(shí)，長(zhǎng)期接觸氣田水，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部元件腐蝕、損壞，常見(jiàn)故障有機(jī)封漏水、盤(pán)根漏水等。機(jī)泵發(fā)生故障后，必須對(duì)泵體拆開(kāi)，分離電機(jī)和泵，維修后重新安裝。多次拆裝維修后，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸、機(jī)泵轉(zhuǎn)動(dòng)軸不同心，繼而引起軸承損壞。如果機(jī)泵元件的出廠(chǎng)質(zhì)量差，那么后期運(yùn)行中的故障就會(huì)增多，提高了維修率。

第二，回注設(shè)施腐蝕。注水管線(xiàn)在設(shè)計(jì)時(shí)，均采用耐腐蝕方案，但隨著使用時(shí)間延長(zhǎng)，管線(xiàn)壁厚發(fā)生腐蝕，集中在管線(xiàn)下部、彎頭、焊縫等部位[2]。在控制閥上，井口閘閥容易出現(xiàn)閥桿外漏、閘板脫落、控制閥失能等問(wèn)題。針對(duì)這些故障，即使進(jìn)行維修，也會(huì)降低工作性能。

第三，蒸汽影響環(huán)境。維修過(guò)程中，機(jī)泵盤(pán)根漏水、管線(xiàn)泄漏等問(wèn)題，導(dǎo)致氣田水積聚在站場(chǎng)內(nèi)，氣田水揮發(fā)出的氣體會(huì)影響環(huán)境。

2 氣田水加壓回注的設(shè)想和實(shí)現(xiàn)方式

2.1 設(shè)想

結(jié)合實(shí)踐可知，氣田水回注作業(yè)中，對(duì)設(shè)備造成的腐蝕非常嚴(yán)重，增加了維修工作量。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可嘗試加壓回注工藝，要點(diǎn)包括三個(gè)方面：

第一，減少動(dòng)設(shè)備數(shù)量。動(dòng)設(shè)備的密封點(diǎn)多，這是發(fā)生泄漏的一個(gè)主要原因?；刈⒆鳂I(yè)中，機(jī)泵要降溫、潤(rùn)滑處理，因此潤(rùn)滑油要經(jīng)常補(bǔ)充[3]。如果動(dòng)設(shè)備發(fā)生故障，就要更換零部件，一來(lái)更換的零部件質(zhì)量和原件的質(zhì)量有差異，二來(lái)因停工會(huì)影響生產(chǎn)。因此，減少動(dòng)設(shè)備的數(shù)量，才能從根本上解決這一問(wèn)題。第二，設(shè)備少接觸氣田水。氣田水具有較強(qiáng)的腐蝕性，設(shè)備和氣田水長(zhǎng)期接觸，就會(huì)引起腐蝕問(wèn)題。選用設(shè)備時(shí)，對(duì)設(shè)備內(nèi)表面進(jìn)行防腐處理，減少設(shè)備和氣田水的接觸面積、接觸時(shí)間，就能保護(hù)設(shè)備性能。第三，方便運(yùn)行和維修。加壓回注系統(tǒng)的運(yùn)行，應(yīng)該方便運(yùn)行和維修，降低人力成本，提高運(yùn)行效率。

基于以上三個(gè)條件，可以從高含硫氣井氣田的水處理工作吸取經(jīng)驗(yàn)，在回注過(guò)程中使用壓力容器。氣田水回注時(shí)，將化學(xué)藥劑、沉淀氣田水，倒進(jìn)壓力容器中，以天然氣或壓縮空氣為動(dòng)力，加壓到一定壓力，促使氣田水回注到地層。如此作業(yè)，一方面能減少設(shè)備和密封點(diǎn)的數(shù)量，另一方面氣田水和設(shè)備的接觸減少，可以保護(hù)設(shè)備，降低維修成本。

2.2 實(shí)現(xiàn)方式

第一，選擇壓力容器。參考高含硫氣井氣田的作業(yè)，氣田水回注壓力容器可以選擇閃蒸罐，其容積在20m3以上，設(shè)計(jì)壓力約為1.0MPa，且內(nèi)表面進(jìn)行防腐蝕處理。針對(duì)使用時(shí)間達(dá)到10a的閃蒸罐進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示性能依然滿(mǎn)足使用條件。另外，根據(jù)高含硫氣井的特點(diǎn)，也可以選擇抗腐蝕性的玻璃鋼罐，在氣田生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，玻璃鋼罐可用來(lái)存放氣田水[4]。

第二，選擇回注氣源?；刈庠从袃煞N選擇：一是井站燃料氣?；刈⒄咀杂玫娜剂蠚?，供氣壓力一般為0.3MPa，供氣管網(wǎng)內(nèi)的壓力為2.5MPa，機(jī)泵回注壓力為0.6MPa。對(duì)此，提高燃料氣供氣系統(tǒng)的壓力，可以滿(mǎn)足回注要求。二是壓縮空氣。使用壓縮空氣作為氣源，應(yīng)選擇合適的空氣壓縮機(jī)，壓縮空氣和氣田水接觸，能防止設(shè)備腐蝕，有利于壓縮機(jī)使用和維修。

第三，自動(dòng)化控制。以排污系統(tǒng)為例，使用液位高度控制開(kāi)關(guān)，能動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)容器壓力值，通過(guò)回注次數(shù)準(zhǔn)確計(jì)算容積，實(shí)現(xiàn)精確計(jì)量、遠(yuǎn)程控制的目標(biāo)。如果整個(gè)回注系統(tǒng)均實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，就能顯著降低人力成本。

第四，回注管線(xiàn)耐腐蝕處理。為了解決回注管線(xiàn)的腐蝕問(wèn)題，應(yīng)選擇耐腐蝕的管材，并對(duì)管道內(nèi)表面進(jìn)行防腐處理，或者使用玻璃材質(zhì)的管線(xiàn)[5]。

3 工程實(shí)例分析

3.1 工程概況

以國(guó)內(nèi)某油氣田為例，共計(jì)注水井1 000多口，井下作業(yè)每年400井次，每井次產(chǎn)生氣田水160m3。注水井泄壓方式有兩種：一是在井口連接管線(xiàn)，將氣田水排放至排污池，但會(huì)污染周?chē)h(huán)境；二是使用罐車(chē)運(yùn)輸至指定地點(diǎn)回注，缺點(diǎn)是作業(yè)不連續(xù)，不僅延長(zhǎng)了泄壓時(shí)間，還會(huì)增加運(yùn)輸成本。

3.2 回注裝置

結(jié)合該油氣田的生產(chǎn)情況，決定采用高壓氣田水回注方案。裝置組成包括沉降罐、過(guò)濾器、喂水泵、柱塞泵、連接閥、高壓軟管等，同時(shí)配置壓力表、流量計(jì)等，保證運(yùn)行穩(wěn)定性。該回注方案中，首先對(duì)氣田水進(jìn)行沉降、除雜、過(guò)濾，然后經(jīng)注水管線(xiàn)進(jìn)入加壓配水間，最后回注至配水間或注水井。總結(jié)技術(shù)特點(diǎn)如下：①注水井的泄壓速度快，能縮短放壓周期；②氣田水處理后就地回注，節(jié)省了運(yùn)輸費(fèi)用；③回注裝置的體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便現(xiàn)場(chǎng)組裝；④回注作業(yè)工藝簡(jiǎn)單，有利于現(xiàn)場(chǎng)操作。

3.3 工藝試驗(yàn)

針對(duì)回注作業(yè)中的問(wèn)題，采用三種工藝進(jìn)行對(duì)比。

第一，回注鄰井。氣田水經(jīng)沉降除雜過(guò)濾后，利用柱塞泵加壓輸送至配水間，然后使用分水器回注到配水間的其他注水井。試驗(yàn)顯示，注水壓力和設(shè)計(jì)值一致，注水量為3.0～3.5m3/h，能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工要求，但受到泄壓井放噴量、鄰井配注量的限制。

第二，回注流程。氣田水沉降除雜過(guò)濾后，利用柱塞泵加壓輸送至配水間，然后使用分水器回注到閥組來(lái)水流程。試驗(yàn)顯示，注水壓力提高，注水量為3.0～3.5m3/h，能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工要求，但同閥組的注水井要停注。

第三，回注鄰井和流程。對(duì)前兩種方案相結(jié)合，氣田水沉降除雜過(guò)濾后，利用柱塞泵加壓輸送至配水間，一部分回注到其他注水井，一部分回注到閥組來(lái)水流程。試驗(yàn)顯示，注水壓力達(dá)到18MPa，注水量為3.0～3.5m3/h，能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工要求；而且不受泄壓井放噴量、鄰井配注量的限制，解決了同閥組的注水井停注問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，氣田生產(chǎn)過(guò)程中，氣田水回注是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，隨著運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)，容易出現(xiàn)多種問(wèn)題，例如機(jī)泵故障、回注設(shè)施腐蝕、蒸汽影響環(huán)境等。介紹了加壓回注方案的應(yīng)用，結(jié)合工程實(shí)例探討了工藝改進(jìn)方法，結(jié)果表明：將氣田水同時(shí)回注鄰井和流程，既能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工要求，又能解決工藝問(wèn)題。