油田净化污水改质解决回注水平衡的应用研究

吴迪华

中国石油新疆油田公司风城油田作业区

S 油田H 作业区目前稀油注水主力区块为C 区块和D 区块，日均产水量3 000～7 000 m3，注水日均消耗1 500～2 000 m3，压裂配液部分用水日均500～700 m3，注水量缺口33%～61%，富裕的采出水不能100%完全回用，需长期采用外排净化水和阶段性压裂用水方式来缓解部分水平衡压力。经地质分析综合考虑，计划将C区块的净化污水一并转输至D区块，但生产运行中主要受三方面技术难题影响：①C区块净化水与D区块地层水配伍性差，易产生大量碳酸钙结垢，亟需调整两种水型中离子的化学平衡，提高自身水质稳定性；②C区块净化污水转输D 区块日均2 000 m3水量条件受限，需分三个阶段对C区块净化水外输系统进行工艺改造；③D区块注水能力受限，随着就地分水工艺投产，注水矛盾进一步凸显，需调整和筛选注水井，畅通后路。2022 年为缓解稀油水平衡压力，保障顺利上产，亟需分阶段通过新建配套处理单元、老区工艺优化改造等措施，实现C区块外输净化污水改质提量输至D区块，解决H作业区水平衡矛盾。

1 稳定性评价

为保证后期注水稳定性，对注水水质的要求除主要考虑含油量、悬浮固体含量、细菌含量达标外，还应重点考虑注水水质的结垢问题。为此，利用ScaleChem 软件进行结垢预测，分别得出C 区块净化污水、D 区块清水及采出水的水质稳定性评价[1-5]结果（图1～图4）。

图1 D区块清水在25 ℃、1～400 bar下的结垢趋势Fig.1 Scaling trend of clean water in Block D at 25 ℃and 1～400 bar

图3 C区块净化污水在25 ℃、1～400 bar下的结垢趋势Fig.3 Scaling trend of purified sewage in Block C at 25 ℃and 1～400 bar

图4 C区块净化污水在45 ℃、1～400 bar下的结垢趋势Fig.4 Scaling trend of purified sewage in Block C at 45 ℃and 1～400 bar

由ScaleChem 软件结垢预测可知，D 区块采出水产生少量的酸钙结垢；C 区块净化污水稳定性差，与油层水相混易产生沉淀，产生大量的碳酸钙结垢，且随着温度的升高结垢量增加。

2 配伍性评价

2.1 C区块净化污水改质前

考虑将C 区块净化水转注至D 区块，利用ScaleChem 结垢预测与评估软件，分别对C 区块净化污水与D区块采出水、C区块净化污水与D区块清水进行了配伍性评价[6]（图5～图7）。

图5 C区块净化污水与D区块采出水在25 ℃、200 bar下的结垢趋势Fig.5 Scaling trend of purified sewage in Block C and produced water in Block D at 25 ℃and 200 bar

图6 C区块净化污水与D区块清水在25 ℃、200 bar下的结垢趋势Fig.6 Scaling trend of purified sewage in Block C and clean water in Block D at 25 ℃and 200 bar

图7 C区块净化污水与D区块清水在25 ℃、350 bar下的结垢趋势Fig.7 Scaling trend of purified sewage in Block C and clean water in Block D at 25 ℃and 350 bar

测算结果表明：C区块净化污水与D区块清水及地层水配伍性差，易形成大量碳酸钙结垢，且随着温度升高、压力降低，结垢量增加[7-9]，主要原因是C区块净化污水自身的水质稳定性差，易产生大量结垢，且随温度、压力变化，结垢趋势明显；水质不配伍，D 区块为碳酸氢钠型水型，C 区块为氯化钙型水型。

2.2 C区块净化污水改质后

通过加入水质调控剂[10]，调整C 区块采出水中各离子之间的化学平衡，避免碳酸根与钙离子结合，减缓结垢趋势，提高自身的水质稳定性。改变两种水型自身的水质稳定性，碳酸钙结垢消失，最终使水质稳定性得到了明显改善，满足回注D区块注水指标要求（图8～图9）。

图8 C区块净化污水水质调控后与D区块清水在25 ℃、200 bar下的结垢趋势Fig.8 Scaling trend of purified sewage in Block C after water quality control and clean water in Block D at 25 ℃and 200 bar

测算结果表明：对C区块净化污水使用化学平衡调整后，碳酸钙结垢消失，且相互之间可以以任意比例混合，不会产生结垢问题，可以完全配伍。

3 工艺应用与效果

3.1 现场工艺

结合室内实验评价结果、现场实际情况踏勘，为实现注水水质稳定、经济有效、全自动化，在D区块清水增压站利旧加药罐，通过新增自动化加药泵、管线和流量计，投加注水水质调控剂，对C区块净化污水进行水质调控处理，改质加药工艺流程（图10）。

图10 改质加药工艺流程Fig.10 Process flow of modification and dosing

主流程：C 区块Q 转油站净化污水管输→D 区块高压注水站储水罐（400 m3×2座）→增压泵→D区块高压或次高压注水区域。

加药流程：储药罐3 座（并联）→新增2 座加药泵→流量计→外输增压管线→水质监控仪器→注水区块。

3.2 改质后效果

C区块净化水为氯化钙型水，与D区块水（碳酸氢钠型水）不配伍，存在碳酸钙结垢趋势，同时伴有腐蚀现象（点蚀）。现场筛选并使用有机膦酸盐类和咪唑啉类药剂进行复配，通过控制化学平衡减小化学反应推动力，解决结垢问题，并使结垢消失，且可以以任意比例混合[11-14]，满足侵蚀性二氧化碳质量浓度大于1 mg/L，腐蚀速率小于0.076 mm/a的要求[15-16]（表1）。

表1 改质前后指标对比Tab.1 Comparison of indexes before and after modification

4 结论

本次C区块净化水改质回注D区块，完成D区块退清水的生产规划，实现稀油水资源化利用，具有良好的推广价值。从以上工艺研究应用及不同区块配伍性分析，得出如下结论：

（1）通过对不同区块水型的水质稳定性、配伍性进行评价，加入改质剂后，碳酸钙结垢消失，满足任意比例掺混可行，实现侵蚀性二氧化碳质量浓度大于1 mg/L，腐蚀速率小于0.076 mm/a 的指标要求。

（2）通过不同区块的水型改质并替换清水，解决水平衡矛盾，畅通后路。

（3）H作业区下半年在D区块上产，预计压裂用水量33×104m3，通过C 区块外输净化水改质转输，可解决部分压裂用水需求，最终实现一水两用的效果。