绥中36-1油田注入水悬浮物特征及控制措施＊

陈华兴唐洪明,2赵 峰刘义刚高建崇

(1.西南石油大学资源与环境学院; 2.油气藏地质及开发工程国家重点实验室; 3.中海石油(中国)有限公司天津分公司)

绥中36-1油田注入水悬浮物特征及控制措施＊

陈华兴1唐洪明1,2赵 峰1刘义刚3高建崇3

(1.西南石油大学资源与环境学院; 2.油气藏地质及开发工程国家重点实验室; 3.中海石油(中国)有限公司天津分公司)

对绥中36-1油田注入水悬浮物化学组分及悬浮物含量沿流程变化特征进行了分析。该油田注入水悬浮物含量沿流程明显增加,悬浮物主要为有机物及非晶质无机组分,无机组分以腐蚀产物、碳酸盐垢及地层细小泥砂为主。在此基础上,提出了加强防腐研究工作、对水处理系统进行调整、实施清污分注和改进加药系统等控制措施。

绥中36-1油田 注入水 悬浮物 组分分析 控制措施

油田注入水中的悬浮物可能会损害地层[1],粒径较小的悬浮物能进入岩石孔隙内部,堵塞孔喉形成深部损害,粒径相对较大的物质在岩石表面和浅表部位附着、桥堵,降低岩石表层渗透率,因此有效控制注入水悬浮物对油田开发至关重要。绥中36-1油田是中国近海目前已投入开发的最大的稠油油田,分I期和II期进行滚动开发,其中I期注水开发采用清污混合回注的模式,生产污水经CEP平台综合处理达标后由注水增压泵向下级平台,即I期A平台和J平台(经A-J海管至J平台)供水,到达下级平台后与平台水源井采出的清水混合注入地层。现场监测数据显示,下级平台注入水悬浮物含量经常超标,影响到注水量和酸化有效期,导致水井增注有限,地层亏空较大。目前,有关注入水固体悬浮物的研究主要集中于其对油气储层的损害方面[2-4],缺乏对悬浮物化学组成的实验分析及对悬浮物控制措施的系统研究。笔者利用X′Pert PRO粉末X-射线衍射仪、XL-30电镜能谱扫描仪分析了绥中36-1油田注入水悬浮物化学组成,并结合悬浮物含量变化规律,研究了控制该油田注入水悬浮物的措施。本文研究结果可为类似油田注水水质稳定技术研究与实践提供参考。

1 悬浮物含量变化特征

采用 SY/T5329标准推荐的滤膜过滤法对2005—2008年间绥中36-1油田CEP平台、A平台、J平台注水泵出口注入水悬浮物含量进行了测定,结果如图1所示。从图1可以看出:仅CEP平台部分水样悬浮物含量符合注水控制标准(≤5.0mg/L);注入水经海管到达下级平台时悬浮物含量明显增加,经海管至A平台后悬浮物含量平均每升增大2～6 mg,再经A-J海管至J平台后悬浮物含量进一步增大,相对A平台平均每升增加4～11mg,说明水质沿注水流程变差。现场调研认为,这是多因素综合作用的结果:①注水管线的腐蚀,且腐蚀产物进入流程;②部分药剂效率沿流程降低;③各平台井口保护滤器反洗频率低,罐内腐蚀污染严重,井口保护滤器在很大程度上已丧失过滤功能;④清污水之间不配伍而产生沉淀,增加了注入水悬浮物的含量。从图1中还可以看出,各平台悬浮物含量存在波动,这主要是由现场加药不均所致。

图1 绥中36-1油田注入水主要流程悬浮物含量变化曲线

2 悬浮物组分特征

将现场测定完悬浮物含量的滤膜在60℃下烘干,发现绥中36-1油田CEP平台污水滤膜上的悬浮物呈灰白色,而A和J平台井口污水滤膜上悬浮物颜色为浅灰黑色或土褐色,即流程越远,悬浮物颜色越深。对A平台注水管汇精细过滤滤膜进行电镜扫描,发现滤膜上的悬浮物绝大多数为隐晶质物质,呈絮团状、云朵状、细粒状等形态(图2)。

对该油田CEP、A、J平台污水滤膜上悬浮物组分直接进行X-衍射分析,结果表明,有90%的滤膜其上的悬浮物衍射峰不明显或者没有衍射峰,由此推断,滤膜上悬浮物的组分为有机物或非晶质无机组分,晶质无机组分含量低,超出衍射仪定量精度;少量滤膜悬浮物衍射曲线出现石英、长石等矿物的特征峰,为地层出砂、污水处理不完全的结果;偶尔有滤膜悬浮物出现大量的低镁方解石等碳酸盐岩,为阻垢剂加药不均、注入水结垢所致。值得注意的是,滤膜悬浮物有时检测到纤维状的坡缕石和滑石等(图3),这是由于过滤设备纤维滤层被反冲洗破坏所致。

图2 绥中36-1油田A平台注水管汇滤膜悬浮物电镜照片

图3 绥中36-1油田A、J平台注水泵出口管汇处注入水悬浮物衍射曲线

由于利用X-衍射无法区分悬浮物中有机物与非晶质无机组分并进行更深入的分析,因此将污水精细过滤滤膜经过500℃高温焚烧,去除悬浮物中的有机物质后再对剩余无机组分(包括非晶质组分、晶质组分)进行了能谱分析(表1),结果表明悬浮物无机组分主要元素是O、Fe、S、Ca、P、Si,其中:O、Si来自地层岩石矿物;Ca除少数来自地层岩石矿物外,绝大部分来自回注污水结垢产物;S、Fe为管道腐蚀产物(尤其是Fe),CEP平台、A平台、J平台注入水悬浮物中 Fe元素平均含量依次为6.44%、13.03%、19.45%,说明注水悬浮物含量沿流程增加主要是由于管道腐蚀导致的;另外,无机组分S、P元素变化规律与 Fe元素一致,说明微生物腐蚀作用较为明显。

综合电镜、X-衍射、能谱分析数据认为,绥中36-1油田注入水中悬浮物主要为有机物质及非晶质无机组分,晶质无机组分含量较低(无机组分主要为铁的氧化物、氢氧化物和硫化物等腐蚀产物),其次为注入水产生的碳酸盐垢(CaCO3)、注入水中所含的某些微生物(如硫酸盐还原菌、铁细菌等)及其代谢产物、来自地层的细小泥砂以及由于温度、压力变化而产生的不稳定盐类,偶见纤维状的滑石和坡缕石(是水处理设备滤料损坏的直接证据)。这些悬浮物易与注入水中的乳化油形成粘性的絮团状、云朵状物质,常规酸难以将其溶解,进入储层会快速沉积并堵塞孔隙喉道,如果不经控制或控制措施不得当将会严重损害储层,造成永久性伤害。

表1 绥中36-1油田注入水悬浮物无机组分能谱分析原子百分比

3 悬浮物控制措施

3.1 加强防腐研究工作,降低腐蚀对水质的影响

结垢和腐蚀是目前造成绥中36-1油田注入水水质恶化的重要原因,现场已检测到一定量的硫酸盐还原菌、H2S及溶解CO2。为了定量评价腐蚀对注入水悬浮物含量的影响,从矿场取回CEP—A平台间污水,利用高温高压反应釜进行了污水自身腐蚀实验和向污水中通入腐蚀性气体(CO2、H2S)的腐蚀实验。实验前先通入高纯氮除氧,然后加入一定浓度的腐蚀性气体(污水自身腐蚀实验没有这一步骤),再加温加压至现场注水流程的温压值,实验72h。腐蚀实验数据(表2)显示,腐蚀后水样中悬浮物含量成倍增加,亚铁离子含量也明显增加,说明腐蚀对水质影响十分显著。

表2 腐蚀对绥中36-1油田注水悬浮物的影响(60℃条件下)

注入水中含有一定量的钙、镁离子,存在CO2时易生成碳酸盐垢,与腐蚀产物FeCO3一起沉积在井管和设备表面,缩小井管有效截面,增大管壁粗糙度,使结蜡、结沥青和起泡等问题更为严重;H2S在水中易和亚铁离子形成FeS胶体颗粒,该物质若沉积在管道内壁形成强电偶会使管线更易腐蚀,若进入注水流程则易吸附油污,导致悬浮物含量和粒径中值均增大,一旦进入储层则会造成堵塞。

管道腐蚀后污染水质是一个普遍性的问题,如何预防腐蚀污染水质也是一个世界性难题,但通过开展水质指标监控、腐蚀监测、结垢监测等工作,从流程、药剂两个主要环节控制腐蚀、结垢的发生或恶化,加强治理,就能够将腐蚀对注入水水质污染的程度降到最低。

3.2 污水处理系统的调整与管理

定期对污水处理设备进行检测,严控上游污水水质,是控制绥中36-1油田注入水水质的有效措施1)唐洪明,刘义刚.SZ36-1油田水质指标体系建立及优化.2009.。对绥中36-1油田CEP平台的核桃壳过滤器中的滤料进行更换,可确保注入水含油率和悬浮物含量符合规定要求,降低二次污染。另外,将部分水处理设备实行串联使用,也可有效去除注入水中的悬浮物。

绥中36-1油田污水处理系统的循环方式为内循环,所有处理废液无法外排,只能再次进入污水处理系统,这会导致注入水悬浮物含量急剧增加,造成海管注水压力升高、井口注水量下降和注水压力上升,尤其是存在纤维状滑石、坡缕石时还极易堵塞井下配水器水嘴和储层喉道,造成注水量骤降和注水压力突升等异常情况。因此,有必要加强对反冲洗水缓冲罐内部油泥和核桃壳反洗污水的过滤或者将反洗污水外排进入其它管线,避免淤积物进入注水流程。另外,加大子平台注水细滤器的反洗压力及反洗水量,也可有效去除细滤器内的悬浮固体,避免细滤器被污染失去作用而使大量悬浮物进入储层造成伤害。

3.3 实施清污分注或对清水进行除铁

绥中36-1油田现场水质监测表明,清污混合水悬浮物浓度远比单一清水、单一污水悬浮物浓度高,说明清污不配伍,主要原因是:①清水中 Mg2+、Ca2+离子含量分别为206.7、613.2mg/L,污水中HCO3-、CO32-离子含量分别为516.6、192.0mg/L,清污混合注水为结碳酸盐垢创造了条件;②清水中Fe2+离子含量大于 2mg/L,污水中含一定量的S2-,二者混合将产生 FeS沉淀。因此,现场注水清污混合后未经过滤直接进入储层是导致目前注水困难的主要原因之一。

表3为绥中36-1油田不同比例清污混合水悬浮物含量变化情况,可以看出:①清水除铁后清污混合水悬浮物含量明显降低;②悬浮物含量实测值比清污水配伍时按清污混合比例计算得到的悬浮物含量值大(未除铁)。因此,清污合注时对清水除铁或实施清污分注均可有效降低注入水悬浮物含量。

表3 绥中36-1油田不同比例清污混合水悬浮物含量变化(清水中Fe2+含量为11 mg/L) (mg/L)

3.4 改进加药系统

绥中36-1油田注入水悬浮物含量变化特征表明药剂加药不均匀会导致注入水悬浮物含量的波动,因此应改进加药系统,保证药剂能够持续、均匀加到污水中,从而尽可能减小人为因素造成的水质波动。另外,该油田注入水悬浮物中 Fe元素含量沿流程呈上升趋势,说明缓蚀剂和阻垢剂等药剂的缓蚀和阻垢效率在海管输运过程中有所下降,因此有必要改变投药点或者加强药剂间的相容性研究。

4 结论与认识

(1)绥中36-1油田Ⅰ期平台注入水从CEP平台流经海管到达下级平台时固悬物含量增加,是海管腐蚀、部分药剂效率降低、平台井口保护滤器在很大程度上丧失过滤功能及清水污水不配伍等引起的。

(2)绥中36-1油田注入水悬浮物组分分析表明,悬浮物主要为有机物及非晶质无机组分,去掉有机物后,悬浮物中无机组分以腐蚀产物、碳酸盐垢以及地层细小泥砂为主,偶见因水处理设备纤维滤层损坏产生的纤维状的坡缕石和滑石。

(3)绥中36-1油田注入水悬浮物含量控制措施包括:①加强防腐研究工作,降低腐蚀对水质的影响;②加强污水处理设备的定期检查以及对反冲洗污水的过滤;③实施清污分注或对清水除铁;④改进加药系统,保证水处理药剂能够被连续、均匀地加到污水中。

[1] 王自力,唐洪明.SZ36-1油田注水开发中后期储层保护技术研究[D].成都:西南石油大学,2008.

[2] 蒋建方,胡恩安,赵强,等.水中悬浮固体颗粒对储层损害研究[J].石油钻采工艺,2001,23(1):54-56.

[3] 黄立新,张光明.固相颗粒封堵孔隙喉道的机理研究[J].江汉石油学院学报,1999,21(2):41-43.

[4] 袁林,谢葵,时维才.注入水悬浮固体含量对低渗油藏的敏感性研究[J].钻采工艺,2005,28(5):108-109.

(编辑:杨 滨)

Abstract:The chemical composition of suspended matters in injected water and their content changes along the flow lines are analyzed in SZ36-1oilfield, and it is found that the contents of suspended matters in injected water increase obviously with the extending of flow lines,and that the suspended matters consist mainly of organic substance and amorphous inorganic constituent,with the latter dominated by corrosion product,carbonate filth and fine-sized clay and sands.Consequently,severalcontrolmeasures are proposed,such as strengthening anti-corrosion research,adjusting the water treatment system,injecting clear and discharge water separately and improving the medicine system.

Key words:SZ36-1oilfield;injected water;suspended matter;composition analysis;control measure

Suspended matters in injected water and their controls in SZ36-1 oilfield

Chen Huaxing1Tang Hongming1,2Zhao Feng1Liu Yigang3Gao Jianchong3
(1.School of Resources and Environment,Southwest Petroleum University,Chengdu,610500;
2.State Key L aboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Ex ploitation,Chengdu,610500;
3.Tianjin B ranch of CNOOC Ltd.,Tianjin,300452)

2009-09-29 改回日期:2009-12-23

＊国家863计划子课题“旅大10-1油田含聚污水处理及混注技术研究”(2007AA090701-5)、国家科技重大专项“海上稠油油藏注入水综合治理技术”(2008ZX05024-002-11)部分研究成果。

陈华兴,男,西南石油大学在读硕士研究生,主要从事储层微观分析及保护技术研究。地址:四川省成都市新都区西南石油大学国家重点实验室207室(邮编:610500)。电话:028-83032806。E-mail:chenhuaxing88@163.com。