典型海相油田注水分析及工艺措施研究

陈国泉

摘      要：塔里木某油田注水开发区块在开采过程中，由于储层非均质性强、注水水质矿化度高、水质不稳定以及沿线注水二次污染等多方面的原因，已经出现了许多井组地层污染和堵塞，造成注水压力增高甚至注不进水的现象，严重影响注水开发效果。为确保注好水、注够水，通过注水中悬浮沉淀物化学分析，得出沉淀物中主要包括四氧化三铁和三氧化二铁的混合物。根据污水沉淀原理，得出溶解氧超标，水中溶解的铁离子与氧发生沉淀反应，造成水质极不稳定;通过工艺评价，找出注水处理中存在的缺陷，及时开展三个阶段的工艺及管理优化，现场应用水质站内外输达标率从82.07%达到96.88%，井口达标率从56.25%达到了98.92 %。

关  键  词：注水;二次污染;化学分析;溶解氧;沉淀反应;注水处理工艺;现场应用

中图分类号：TQ 085       文献标识码： A       文章编号： 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点，第一个特点是注水现状属于“三多一高”，停注井多，注不进井多，管线刺漏多，注水压力高，造成这种现象的原因是注水不合格，导致处理设备及注水管线腐蚀结垢，严重的造成地层堵塞，注水质量不达标注不进水而影响地层能量的补充和油田开发效果。第二个特点是塔中水质不稳定，注水中铁离子含量高。第三个特点是注水管线易结垢，附着在管壁上的沉淀物造成沿线水质二次污染，导致联合站出来的合格水经过管线到达井口时悬浮物含量及粒径中值等参数严重超标从而影响注水效果^[1-4]。

1  研究内容

1.1  注水水质跟踪监测及测试

从统计的大量数据来看，沿线水质悬浮物含量及粒径中值呈现逐级变差的现象（见图1），合格的联合站外输水到达注水井口时悬浮物超标严重^[5]，粒径中值的变化趋势与悬浮物含量的变化趋势一致（见图2）。

为了进一步弄清楚悬浮物的成分，从现场收集了管线及注水中的悬浮沉淀物，开展红外测试法及X衍射分析法对沉淀物进行成分及形态分析。通过两种分析方法得出，分析红外谱图在波长1 000和700 cm^-1处Fe-O结构显示明显，分别在3 406 cm^-1显示OH，1 375、2 914、2 853 cm^-1显示–CH₂-CH₃，1 421、1 550、1 641 cm^-1显示-COOH。从X衍射分析沉淀物中含有存在四氧化三铁以及三氧化二铁的成分。

进一步对注水沿线的水质进行总铁和溶解氧的测试，从测试的结果可以看出（见图3），沿线的总铁含量均超过了9 mg/L，而溶解氧的含量平均为0.8 mg/L，远远超过了该油田注水标准要求的小于0.04 mg/L。铁离子遇溶解氧易生成铁氧化合物发生沉淀现象，造成水质不稳定，导致悬浮物含量和粒径中值超标，已经出现了许多井组地层污染和堵塞，造成注水压力增高甚至注不进水的现象，严重影响注水开发效果。

1.2  基础研究阶段优化

针对在注水开发中突显出来的问题，对污水处理技术及注水井管理进行了多次的优化阶段。

第一阶段：2016年5月至2017年1月，开展隔氧除铁技术改进。

第二阶段：2017年2月至2017年5月，优化污水处理工艺中加药位置。

第三阶段：2017年6月至2018年7月，改进注水管线质量及开展配套措施。

1.2.1  第一阶段

查找溶解氧超标原因，利用化学方法降低污水中铁含量。通过对污水处理工艺的各个环节（见图4）进行一一排除，最终确定两个节点会造成污水中氧含量超标，一个来源是从晒水池长期暴露在空气中的污水直接进入事故罐导致氧含量增加，另一个来源是悬浮污泥处理净化器（SSF）顶端不密闭，污水直接和空气接触，导致氧气融入水中造成溶解氧超标。

优化措施：一是将晒水池来水不接入系统，二是对SSF净化器顶端进行密闭处理。密闭隔氧工艺主要有氮气密闭、浮床式密闭、天然气调压密闭、浮油层密闭等几种。通过优缺点的比较（见表1），最终确定氮气密闭隔氧为最佳方案。

通过两个措施的优化，站内污水溶解氧降低到了0.1 mg/L以下，平均降低率达到95.52%（见表2）。

同时在系统中加入除铁剂等化学方法去除高含量的铁离子，但是该油田水质的特殊性导致加入弱酸性的除铁剂以后管线和设备腐蚀严重，因此该措施不适应此污水处理系统。

1.2.2  第二阶段

为了最大程度上降低污水中无机物质在设备中沉积结垢，增加阻垢剂和缓蚀剂等措施降低结垢，但从管线打开处可以明显看出，阻垢剂未起到明显的作用。通过对悬浮污泥处理净化器（SSF）的原理进行分析，该设备是将污水“三级处理”合并在一个净化器罐体里，主要包括物化工艺和SSF污水净化器两大部分。由悬浮污泥过滤层、污泥收集桶、污泥浓缩室、集水槽、进水管、出水管、排泥管等部分组成（见图5）。通过污水自身形成的污泥过滤层进行过滤水质，该过滤层不仅将悬浮物、含油等机杂物质过滤掉，同时将加入的各种化学药剂一并滤掉，导致阻垢剂、缓蚀剂等药剂不能通过而降低了阻垢和缓释的效果^[6]。

改变加药位置，将加药位置移至净化器后端，达标外输的污水到达井口时，发现注水水质比加药位置改变之前更差（见图6），因此及时停止加药，水质有所好转，但仍然不稳定。通过室内试验模拟加药后垢样的状态，发現在正常注水温度下，将管线中的垢样放入正常比例的阻垢缓释剂溶液中，2 h后垢样慢慢溶释并悬浮在溶液中（见图7）。说明阻垢缓蚀剂对垢样有很强的溶释作用，证明了阻垢缓蚀剂在保持注水稳定的同时对管线中长久积累的垢样也会溶释。

1.2.3  第三阶段

通过室内试验及现场现象，对注水主干线酸洗，同时对单井管线进行更换，换成结垢附着更低同时防腐性能更佳的柔性复合管。（见图8）。

连续跟踪检测水质中悬浮物含量及粒径中值等指标，正常注水期间，水质波动很小，达标的外输水在井口仍然达标，但是在注水过程中发生注-停-注冲刷管线时，水质波动很大（见图9），主要原因是站内停泵检修使泵压改变、管线刺漏、井下测试停注、改变注水量等因素导致注水管线中的水发生流动-静止-流动的运动，对注水管线和井筒造成冲刷作用，从而将管壁上的新生成的结垢物带入水中造成管线二次污染，最终进入井下堵塞注入层。因此设计了一套针对水质二次污染、注水发生启停时专用的井口过滤器^[7]（见图10），它作为最后一道截留悬浮物的保障措施，将有效地解决污水经长距离管道输送后造成的超标问题。

2  现场应用

通过对多项措施综合优化的现场应用，对该油田注水井开展为期1年的水质及注水情况跟踪分析，水质从站内外输到井口达标率超过了96%（见表3），注水量全年保持配注量达标，注水油压保持稳定，综合效果应用良好。

3  结 论

（1）分析塔里木某油田水质不稳定的根本原因，应用隔氧技术及药剂优化保证了入井流体的可靠性，为注好水奠定了基础。

（2）根据现状选择配套措施，稳定注水中的铁离子、控制沿线注水二次污染以及增加地面管线最后一道拦截过滤等措施是提高该油田注水效果的关键。

参考文献：

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