SZ36-1 油田注入水水质指标研究

陈华兴，庞 铭，王宇飞，方 涛，白健华，刘观军

（1.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300451；2.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452）

SZ36-1 油田二次调整项目是前期研究项目，涉及SZ36-1 油田I 期、II 期、边部、旅大5-2 等区块，随着采油的不断进行，针对不同的采油区块对注水水质指标具有不同的要求，单一的水质对不同采油区块油藏造成的伤害液有所不同，影响了油田的高效开发。目前SZ36-1 油田现场存在多平台物流集中处理以及处理后注入水多平台分注，物流关系复杂；水驱开发和化学驱开发共存的情况，注入水性质较为复杂；长期水驱、化学驱开发，储层物性相比原始条件下发生了较大变化；边部稠油区块储层物性差于主体区，对注水水质的要求有所不同，针对以上问题，需要重新研究SZ36-1油田的注水指标，从而为二次调整注水流程的改造提供参数依据。

1 实验

1.1 药剂

超细碳酸钙（3～6 μm），工业品，连云港冠苏实业有限公司；辛基酚聚氧乙烯醚（OP-10），工业品，山东淄博海杰化工有限公司；贝雷岩心；天然岩心。

1.2 实验方法

1.2.1 SZ36-1 油田水质离子分析 离子分析（见表1）。

表1 SZ36-1 油田水质离子分析

1.2.2 配伍性评价 实验评价方法：将SZ36-1 油田注入水与不同化学驱产出地层水按照不同比例进行混合，然后在65 ℃条件下恒温加热8 h，参照SY/T5329-2012 中滤膜法测定悬浮物含量的相关标准，测定不同比例混合水样反应后的悬浮垢、沉降垢和总垢质量。

1.2.3 岩心伤害实验

（1）配制地层模拟水及不同指标的污水；

（2）岩心抽空饱和地层水20 h 以上，装入岩心夹持器；

（3）在恒定流速下注入SZ36-1 油田地层水模拟水，记录注入模拟水的体积与注入压力数据；当模拟水注入压力相对平衡时，测得岩心的渗透率ki作为岩心的初始渗透率；

（4）转注不同水质指标的污水，记录注入污水的体积与注入压力的数据，当注入压力再次相对平稳时，测得岩心的渗透率kr 作为工作液驱替的渗透率。

污水对岩心渗透率伤害程度的评价方法（见图1）：用实验过程中测得的两个水相渗透率计算污水注入后模拟的渗透率损害率，公式如下：

图1 岩心伤害物理模拟实验流程

C=（1-kr/ki）*100%

式中：ki-地层水驱测岩心初始渗透率；kr-污水驱测得岩心的渗透率；C-污水对岩心渗透率的损害率。

2 实验结果与讨论

2.1 注入水与地层水的配伍性

油田注水结垢是造成储层损害的一种重要因素[1-3]，可以通过分析注入水与地层水的结垢量法[4-7]，来确定两种水混合后的配伍性。注入水分别与聚合物驱采出水、微凝胶驱采出水、活性聚合物驱采出地层水垢含量随混合水比例的变化趋势（见图2～图4），由图2可知，CEPK 注水与J18 井地层水在1:3 比例混合时，总垢实测含量均高于计算值，结垢总量80.35 mg/L，相比计算值增加7.35 mg/L，配伍程度为轻度不配伍，在其他比例混合后各垢量实测值低于计算值，配伍程度为好。

图2 J18 井地层水与CEPK 注入水混合后垢含量变化趋势

图3 D4 井地层水与CEP 注入水混合后垢含量变化趋势

图4 G52 井地层水与CEPO 注入水混合后垢含量变化趋势

D 平台目前在注为凝胶体系，注水来源主要是CEP 中心水处理平台，CEP 注入水与D 平台含微凝胶地层水按照设计任一比例混合恒温8 h，混合水产生的悬浮垢的量、沉降垢量以及总垢量都比计算值小，并且总垢增加值均为负值，说明没有新的垢样产生，由此表明，CEP 中心处理平台的注入水与微凝胶驱采出的地层水配伍性程度为好。

G52 井地层水为活性聚合物驱采出水，与CEPO中心处理平台的注入水按照不同比例混合均匀，混合水产生的三种垢量均高于理论计算值。从总垢含量中悬浮垢和沉降垢量所占比例还可以看出，沉降垢占总垢量的绝大部分，悬浮垢占比相对较少。并且随着注入水比例的增加，总垢量逐渐增加，当CEPO 注入水与G52 井产出地层水以3:1 比例混合时，总垢量大于其他比例混合的总垢量，最大值为65 mg/L。CEPO 注入水与G52 井产出地层水的比例为3:1、1:1、1:3 时，实测总垢量相比计算值的增加量在18.125～41.875 mg/L，因此CEPO 注入水与活性聚合物驱产出地层水不配伍程度为轻度不配伍。

由注入水与不同化学驱收益井采出水的配伍性评价可以发现，在加入防垢剂情况下，注入水与地层水的配伍性程度为好或者轻度不配伍。

2.2 悬浮物浓度及悬浮粒径中值岩心伤害实验

用模拟SZ36-1 油田2 500×10-3μm2渗透率储层的贝雷岩心开展单因素驱替实验。由表2 可知，当污水中悬浮物粒径中值为d=3 μm，随着悬浮物浓度的增加，驱替压力相对平稳后，岩心渗透率的损害率由6.3%上升到13.3%，损害率弱；当污水中悬浮物粒径中值为d=4 μm 时，悬浮物浓度的增加，注入水驱替压力平稳后，岩心渗透率的损害率从20%上升到27.3%，渗透率损害率基本在中等偏弱的范畴；当悬浮物的粒径中值为d=5 μm，将悬浮物浓度从15 mg/L 增加到20 mg/L，注入水驱替压力平稳后，岩心的渗透率损害率从25%上升到32.5%，渗透率损害率基本在中等偏弱的范畴。

保持悬浮物的浓度不变，以浓度为20 mg/L 为例，随着悬浮物粒径中值从3 μm 增大到5 μm，注入水驱替压力平稳后，岩心的渗透率损害率从13.3%增加到32.5%，损害率增加了大约2.5 倍。由此表明随着悬浮物粒径中值的增加，岩心渗透率损害率迅速上升（见表2，图5）。

图5 不同悬浮物浓度及粒径中值对岩心（K=2 500×10-3μm2）渗透率损害评价

表2 悬浮物粒径及浓度岩心伤害研究

因此，对于模拟东营组的（K=2 500×10-3μm2）贝雷岩心，仅对悬浮物而言，以伤害率小于30%，d≤4 μm，SS≤20 mg/L 或者d≤5 μm，SS≤15 mg/L。

2.3 含油率岩心伤害实验

乳化油滴主要通过吸附和贾敏效应的形式对地层造成损害[8-11]。例如乳化液在多孔介质中流动过程中会产生贾敏效应，从而造成油层堵塞，并且产生的贾敏效应具有一定的加合性，因此大量的液珠在地层流动时会产生更大的堵塞作用。

配制不同浓度的含油污水，通过贝雷岩心来模拟不同含油率的污水对油田储层的伤害情况（见表3）。含油污水的配制是实验的重点和难点，也是决定驱替实验成败的关键因素。为保证乳化油稳定的分散在污水中，配制含油污水时需加入一定量的乳化剂，并且在驱替实验过程中使用磁力悬浮搅拌器，保持油滴均匀的分散状态。

由表3 可知，对模拟SZ36-1 油田储层的贝雷岩心实验，当污水中含油率由20 mg/L 上升到40 mg/L，注入水驱替压力平稳后，岩心的渗透率损害率从17.8%上升至65%，岩心损害程度为弱～中等偏弱。总体而言，随着含油率的增加，渗透率损害率呈明显增大趋势。如果仅考虑含油率的伤害，且以岩心的渗透率损害率30%为限，对于模拟SZ36-1 油田储层（K=2 500×10-3μm2）的贝雷岩心，可接受的最大含油率为30 mg/L。

表3 不同含油率对模拟岩心损害评价

2.4 综合指标岩心的伤害性研究

对模拟东营组储层（K=2 500×10-3μm2）贝雷岩心综合指标筛选。由表4 悬浮颗粒粒径中值d=4 μm 和含油率Ow=30 mg/L 不变，悬浮物浓度从SS=15 mg/L 增加至20 mg/L，岩心伤害率从24.7%增加到32.1%；悬浮物浓度每增加1 mg/L 造成的渗透率损害率达1.5%。

当悬浮物浓度SS=15 mg/L 和含油率Ow=30 mg/L保持不变，悬浮物粒径中值由d=4 μm 增加到d=5 μm，对岩心的伤害率由24.7%增加到30.6%，粒径中值每增加1 μm 造成的渗透率损害率达到5.9%，大于悬浮物浓度增加造成的渗透率损害幅度。

当悬浮物粒径中值d=4 μm 和浓度SS=15 mg/L 不变或者中值d=4 μm 和浓度SS=20 mg/L 不变，含油率由Ow=30 mg/L 增加到Ow=40 mg/L 或由Ow=25 mg/L增加到Ow=30 mg/L，岩心的伤害率由24.7%增加到53%或者由26.7%增加到32.1%，含油浓度每增加1 mg/L 造成的渗透率损害率达1.1%～2.8%。低于悬浮物粒径中值引起的渗透率损害幅度，与悬浮物浓度造成渗透率损害程度相当（见表4，图6）。

图6 综合水质指标对模拟储层（K=2 500×10-3μm2）物性的贝雷岩心渗透率损害

表4 贝雷岩心综合指标伤害

综合看，随着水质各项指标的增大，注入水对模拟东营组储层物性的贝雷岩心（K=2 500×10-3μm2）的渗透率损害逐渐加大。以损害程度低于30%为限，东营组储层能接受的水质指标上限为：d≤4μm，SS≤15 mg/L，Ow ≤30 mg/L、d=4 μm，SS=20 mg/L，Ow=25 mg/L 或d≤5 μm，SS≤15 mg/L，Ow≤25 mg/L，其渗透率损害为24.7%、26.7%和26.1%。

2.5 综合指标天然岩心的验证

根据贝雷岩心的综合水质指标的筛选，以30%的岩心渗透率为标准筛选出适合SZ36-1 油田K=2 500×10-3μm2储层的注入水水质指标，由于目前现场水质的处理情况，含油处理难度较大，因此对筛选出的含油指标较大的水质指标进行验证（见表5）。

表5 天然岩心综合指标伤害

对于2 500×10-3μm2储层d=4 μm，SS=15 mg/L，Ow=30 mg/L 进行天然岩心验证，验证结果伤害率分别为18.5%（5-021F）和19.1%（1-009C），平均伤害率为18.8%，小于20%，轻度伤害。因此根据现场情况进一步放大含油率的指标进行验证，对指标d=4 μm，SS=15 mg/L，Ow=40 mg/L 进行了天然岩心验证，结果岩心伤害率为22.7%和31.8%，平均伤害率为27.5%，小于30%，因此注入水的指标可以放大到d=4 μm，SS=15 mg/L，Ow=40 mg/L。

3 结论

（1）通过SZ36-1 油田注入水与不同化学驱采出地层水的配伍性研究发现，在加入防垢研究的情况下，注入水与APP4 聚合物驱、活性聚合物驱采出地层产出水配伍程度为轻度不配伍，与微凝胶驱地层采出水的配伍程度为好，由此表明SZ36-1 油田注入水与地层水的配伍性较好。

（2）通过悬浮物的粒径中值、悬浮物浓度及不同含油率对贝雷岩心伤害性单因素实验的筛选及对综合污水水质指标的优化，确定了SZ36-1 油田2 500×10-3μm2储层可接受的指标，用天然岩心伤害实验对筛选的指标进行了验证，研究结果表明，以30%的岩心渗透率损害率为界，SZ36-1 油田2 500×10-3μm2储层可以接受的注入水水质指标为d≤4 μm，SS≤15 mg/L，Ow≤40 mg/L。