采油注水系统规划设计主要内容分析

袁 莉

（嘉荫县水务局，黑龙江嘉荫 153200）

采油注水系统规划设计主要内容分析

袁 莉

（嘉荫县水务局，黑龙江嘉荫 153200）

在国内外油田开采中，注水系统建设与注水技术的采用，是关系油田开采寿命、提高产量与稳定产量的关键的一环。大庆油田从20世纪60年代的自喷产油到注水加压，油水比从1∶1到1∶2、1∶3、1∶4……至今最高已达1∶9，也就是就采出 1t油就带出来9t水，可见目前回注水需要多么大，文章概述了采油注水系统规划设计的主要内容。

油田开发；注水系统；水源选择；水处理；处理方法

0 前 言

1959年9月26日，位于黑龙江省肇州县大同镇附近的“松基3井”喷出了工业油流。由于正值国庆10周年前夕，时任省委第一书记的欧阳钦同志欣然倡议将大同命名为大庆，成为大庆油田与大庆市的基本标志。至此，党中央做出了成立大庆特区，政企合一的大庆石油会战指挥部进行开发建设大庆油田大会战。国家从外省调集大量石油勘探队伍进行勘探钻井，由于当时财力、物力条件有限，城市建设以“干打擂”平房为主大片建设，城市人口骤增加之油田开采与石化工业的逐步兴建，以开采地下水为主的供水源已旷日紧张。于是1972年始建嫩江北部引部工程，并于1976年峻工通水。乌北段建筑物按70a一遇设计，总干渠按50a一遇设计，最大流量50m3／s，乌南段通水流量30m3／s设计，分别引进入位于靠近大庆石化总厂的红旗泡水库以及位于萨区重点产油区的大庆水库（黑鱼泡），年均引水量4.65亿m3，以满足大庆油田与石化工业基地生产用水和萨区、龙凤区城市用水。在总供水量中，就包括着油田注水。北部引嫩工程提供新鲜水，注水最多有1.2亿 m3／a，近年由于油水比的加大，对其采出水进行处理回注，故新鲜水减至6000～7000m3／a，另外中部引嫩蓄入龙虎泡提供注水约1亿m3以上。故本文立题对采油注水系统规划设计内容进行分析［1］。

1 水源选择

俯视大庆油田，最多的构造物除了城市楼房，道路建筑外，遍野就是抽油机（磕头机），集油井和注水井。注水系统设计首要考虑的是解决注水所需的水量，即这些水从何引来。

1.1 可供选择的水源

1.1.1 采出水

大庆油田采油是以注水增加地层压力（水比油重，通过注水使沉积深层和藏于岩隙的油压挤出浮于水的上层）在20世纪60—70年代，大庆油田油水比为1∶1，1∶2；1∶3；1∶4至1∶6；2013年止最高已达1∶9也就是说采1t油带出来9t水，这些水经处理后再回注于地下，成为油田注水的主要水源［2］。

1.1.2 外引水源

大庆油田外引水源主要为嫩江。分别建有北部引嫩工程和中部引嫩扩建工程，其中部分作为补充注水水源。

在沿海油田，如松辽油田、胜利油田，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连通的浅含水井［3］。

1.2 水源选择方面要考虑的主要问题

1.2.1 腐蚀性

采油与注水都是经过金属管道而实施的。因此

式中：△I为使测试电极电位改变10V所用电流；△E＝10V。

1.2.2 结垢趋势

液体都有一定的溶解度，水更是这样，溶解度的定义为：在给定的物理条件下，溶剂中能溶解溶质的极限量。超过这个限度，这些化合物就会成为固体而沉淀。因在下列情况下便可解引起结垢：①水中含有形成溶解度很小的化合物的离子；②物理条件发生变化，或者水的组成改变，使得溶解度降低到现有浓度以下。

固体沉淀或悬浮于水中，或附在设备表面和管壁上。结成密实的垢。贮油层可能由于水中析出悬浮颗粒而发生堵塞，也可能在贮油层表面结成固体的垢，这两种情况都是有害的。堵塞的类型不同，清除堵塞的困难程度也不一样。

结垢往往会降低供、注水管道和油管的流量。还会引起泵的磨损或堵塞。抽油杆结垢时，还会增加抽油杆的负荷。对于各种类型加热炉的辐射管，结垢会造成过热，从而降低加热炉的使用寿命。结垢的地方往往腐蚀更加严重。总之，生产中的许多问题都是由水垢引诱起的，因而有效地控制结垢，对任何一个高效注水设施来讲都是一个首要课题。

综上，水源选择必须对注水是否产生结垢并对结垢趋势进行分析评价。

1.2.3 其它需要注意的问题

1.2.3.1 水的可混性水不可有超标的腐蚀性。

自然界的金属大部分都是金属的氧化物或盐类。冶炼吨金属需要耗用大量能量。这一能量被“贮存”起来，就成为使金属恢复原来的状态——氧化物或盐类所需的推动力。这就意味着，金属与其周围环境相比，在大多数情况下是不稳定的，有转化为其原来较低能量状态的自然趋势，或叫做“腐蚀”。

腐蚀是一种电化学过程。即腐蚀过程有电流流动。为了使电流流动，必须有一推动力或电动势和一个完整的回路。

如果可能，应测定所有水源水的腐蚀性。如不能进行精确的测定，在通知pH值溶解气体和含盐量情况下，可粗略推测出水的相对腐蚀性，可在现场测定。

试验测定腐蚀计算公式为：

如果必须两种或多种水混合使用，应该作结垢计算和可混性试验。由于接触范围有限，注入水的可混性在注水方面一般不是什么问题。然而，当注入水突进到生产井时，就会出现混合问题。因此，也必须进行注入水和油层水之间的可混性试验，确定在生产井见水后会出现些什么问题。

1.2.3.2 地层水敏度

某层地层黏土，与淡水接触之后就膨胀，这样，就使其渗透率和注入性降低。如果使用淡水，应该先用岩样进行试验，以确定是否有问题。

1.2.3.3 悬浮固体含量

和水质试验一样，没有一个不会堵塞地层的悬浮固体量的绝对标准，只能通过经验来确定。固体的浓度（mg／L）、颗粒大小分布和固体性质与组分等，都对水的堵塞趋势有重要的影响。如果需要过滤，这些参数对选择过滤器也有很大影响。

1.2.3.4 细菌

所有可能选用的水源都要进行细菌分析。

1.2.3.5 含油量

任何可能选来作注水用的采出水，都必须测定其含油量。水中含油一般都会导致注入降低。在地层中可能形成“乳化塞段”，而原油对某些悬浮物，如硫化铁等是很好的胶黏剂，能很快使过滤器失效。

水中含油时可以用清洁的溶剂从水样中萃取出油来确定，萃取出来的原油使溶剂着色，其油量用有关的特定原油配制的标准品与之比较来确定。颜色的深浅与水中萃取出的油量成正比。

2 水处理系统

2.1 处理系统类型

水处理系统一般分为两类：即闭式和开式2种。

2.1.1 闭式系统

闭式系统是一种设计得完全隔绝氧气的系统。由于氧气是引起故障的主要原因之一，如果经济方面允许，这常常是一种理想的方法。通过要求处理设备十分庞大时，就不用此法。习惯上只用于原来就不含空气（或含极少量氧），并几乎不用化学处理的水系统。由外面加入的东西越多，越难于把氧气隔绝在系统之外，从饱和系统中排除氧气在经济上往往是不合算的。

海水注入系统对于这一规律是最大的例外，近年，大型海水注入设计越来越普遍。在海上油田和靠近海边的陆上基地都如此。未处理的海水一般都是被氧饱和的，并且是严重腐蚀性的。实际上已经证明，把溶解的氧完全排除，是控制腐蚀有效的和经济上合算的方法。

2.1.2 开式系统

在开式系统中没有系统与氧隔绝。当需要用复杂的处理者用淡的、原来就被氧饱和的地面水作为注入水源时，最好选用开式系统。另外一个例子是当需要通气以除掉H2S和（或）CO2时，用开式系统。

使用开式系统时，在绝大多数系统中需要内部涂敖防腐漆、内涂层、衬里或用塑料管以便经济地控制腐蚀。

2.2 水处理设备

水处理需用大量的设备，本文仅举以下3种：

2.2.1 悬浮固体的排除

主要设备有：①常规分层过滤器；②高速深层过滤器；③硅藻土过滤器CDE过滤器；④套筒过滤器；⑤沉降法。

2.2.2 溶解氧的排除

氧、二氧化碳或硫化氢溶解于水中后，其腐蚀性大大增强。溶解氧是大部分腐蚀问题的主要原因。排除的原理在于使水中的pH值保持中性或稍高，那么，在大部分水系统中，将很少出现腐蚀问题。

水脱氧系统方法主要有：①会提法；②真空法；③化学法；④并流气提水的气举化；⑤并流气提水管线。以上系统各有优缺点。

2.2.3 悬浮油的去除

水中含油会在注水系统中造成许多问题，因此必须把它降到最小限度。除去含油的第一步应保证处理器在合理的状态下运行，进行全面检验以保证处理温度、停留时间、破乳剂的选择及其浓度都是最合适的。

其次检查撇油罐的使用情况，除掉从脱水器所带来的油。使用反向乳化破乳剂常常是有好处的。做不到这点时，用一个浮漂元件是有效的。把压缩气体通到特殊设计的容器底部，上升的气泡能帮助油滴上升到表面。

为了有效地完成任务，常常需要各单元联合使用，并监视系统情况，以便及时处理。

3 对采油注水通常的处理方法

3.1 地面水

地面淡水处理可以用开式的，也可以用闭式的处理系统，这取决于水质评价中可能出现的问题。对海水用开式系统处理时，腐蚀太严重，在注入前必须脱氧，其处理工艺流程如图1、图2所示。

图1 开式系统

图2 闭式系统

3.2 地下水

大多数地下水最好用闭式系统处理，由于氧的污染通常会产生某些极难办的腐蚀和堵塞问题。闭式系统还能使水中溶解的CO2和（或）H2S的损失减低。结垢的可能性随着这些气体从溶液中逸出而增加。

相反，采用开式系统处理采出水是理想的，如果：

1）需要从水中排除H2S和（或）CO2。

2）需要基本上除去悬浮固体和油类。

3）最好在注入之前把水稳定一下，在地面水池中从水中沉淀出水质。

4）采出水和地面水必须混合时。

处理地下水的开式和闭式系统的典型流各一如图 3、图4。

图3 开式系统

图4 闭式系统

4 注水检查与系统分析

在注水系统建成而且开始注水后，应立即设立系统的监测方案，并指派相关单位人员及时进行监控，如发现问题可及时纠正，以避免造成不应有的损失。

［1］大庆市政府协文史资料研究委员会.大庆油田的发现（大庆文史资料第一辑）［M］.哈尔滨：黑龙江人民出版社，1987：53－57.

［2］黑龙江省水利勘测设计院.嫩江北部引嫩工程初步设计报告［R］.哈尔滨：黑龙江省水利勘测设计院，1973.

［3］［英］查理斯C·帕托，大庆油田用科学研究设计院.油田水处理工艺［M］.北京：石油工业出版社，1979：63－69.

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2014－06－10

袁莉（1974－），女，辽宁沈阳人，工程师。