綏中36-1油田注入水懸浮物特征及控制措施＊

陳華興唐洪明,2趙 峰劉義剛高建崇

(1.西南石油大學資源與環境學院; 2.油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室; 3.中海石油(中國)有限公司天津分公司)

綏中36-1油田注入水懸浮物特征及控制措施＊

陳華興1唐洪明1,2趙 峰1劉義剛3高建崇3

(1.西南石油大學資源與環境學院; 2.油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室; 3.中海石油(中國)有限公司天津分公司)

對綏中36-1油田注入水懸浮物化學組分及懸浮物含量沿流程變化特征進行了分析。該油田注入水懸浮物含量沿流程明顯增加,懸浮物主要為有機物及非晶質無機組分,無機組分以腐蝕產物、碳酸鹽垢及地層細小泥砂為主。在此基礎上,提出了加強防腐研究工作、對水處理系統進行調整、實施清污分注和改進加藥系統等控制措施。

綏中36-1油田 注入水 懸浮物 組分分析 控制措施

油田注入水中的懸浮物可能會損害地層[1],粒徑較小的懸浮物能進入巖石孔隙內部,堵塞孔喉形成深部損害,粒徑相對較大的物質在巖石表面和淺表部位附著、橋堵,降低巖石表層滲透率,因此有效控制注入水懸浮物對油田開發至關重要。綏中36-1油田是中國近海目前已投入開發的最大的稠油油田,分I期和II期進行滾動開發,其中I期注水開發采用清污混合回注的模式,生產污水經CEP平臺綜合處理達標后由注水增壓泵向下級平臺,即I期A平臺和J平臺(經A-J海管至J平臺)供水,到達下級平臺后與平臺水源井采出的清水混合注入地層。現場監測數據顯示,下級平臺注入水懸浮物含量經常超標,影響到注水量和酸化有效期,導致水井增注有限,地層虧空較大。目前,有關注入水固體懸浮物的研究主要集中于其對油氣儲層的損害方面[2-4],缺乏對懸浮物化學組成的實驗分析及對懸浮物控制措施的系統研究。筆者利用X′Pert PRO粉末X-射線衍射儀、XL-30電鏡能譜掃描儀分析了綏中36-1油田注入水懸浮物化學組成,并結合懸浮物含量變化規律,研究了控制該油田注入水懸浮物的措施。本文研究結果可為類似油田注水水質穩定技術研究與實踐提供參考。

1 懸浮物含量變化特征

采用 SY/T5329標準推薦的濾膜過濾法對2005—2008年間綏中36-1油田CEP平臺、A平臺、J平臺注水泵出口注入水懸浮物含量進行了測定,結果如圖1所示。從圖1可以看出:僅CEP平臺部分水樣懸浮物含量符合注水控制標準(≤5.0mg/L);注入水經海管到達下級平臺時懸浮物含量明顯增加,經海管至A平臺后懸浮物含量平均每升增大2～6 mg,再經A-J海管至J平臺后懸浮物含量進一步增大,相對A平臺平均每升增加4～11mg,說明水質沿注水流程變差。現場調研認為,這是多因素綜合作用的結果:①注水管線的腐蝕,且腐蝕產物進入流程;②部分藥劑效率沿流程降低;③各平臺井口保護濾器反洗頻率低,罐內腐蝕污染嚴重,井口保護濾器在很大程度上已喪失過濾功能;④清污水之間不配伍而產生沉淀,增加了注入水懸浮物的含量。從圖1中還可以看出,各平臺懸浮物含量存在波動,這主要是由現場加藥不均所致。

圖1 綏中36-1油田注入水主要流程懸浮物含量變化曲線

2 懸浮物組分特征

將現場測定完懸浮物含量的濾膜在60℃下烘干,發現綏中36-1油田CEP平臺污水濾膜上的懸浮物呈灰白色,而A和J平臺井口污水濾膜上懸浮物顏色為淺灰黑色或土褐色,即流程越遠,懸浮物顏色越深。對A平臺注水管匯精細過濾濾膜進行電鏡掃描,發現濾膜上的懸浮物絕大多數為隱晶質物質,呈絮團狀、云朵狀、細粒狀等形態(圖2)。

對該油田CEP、A、J平臺污水濾膜上懸浮物組分直接進行X-衍射分析,結果表明,有90%的濾膜其上的懸浮物衍射峰不明顯或者沒有衍射峰,由此推斷,濾膜上懸浮物的組分為有機物或非晶質無機組分,晶質無機組分含量低,超出衍射儀定量精度;少量濾膜懸浮物衍射曲線出現石英、長石等礦物的特征峰,為地層出砂、污水處理不完全的結果;偶爾有濾膜懸浮物出現大量的低鎂方解石等碳酸鹽巖,為阻垢劑加藥不均、注入水結垢所致。值得注意的是,濾膜懸浮物有時檢測到纖維狀的坡縷石和滑石等(圖3),這是由于過濾設備纖維濾層被反沖洗破壞所致。

圖2 綏中36-1油田A平臺注水管匯濾膜懸浮物電鏡照片

圖3 綏中36-1油田A、J平臺注水泵出口管匯處注入水懸浮物衍射曲線

由于利用X-衍射無法區分懸浮物中有機物與非晶質無機組分并進行更深入的分析,因此將污水精細過濾濾膜經過500℃高溫焚燒,去除懸浮物中的有機物質后再對剩余無機組分(包括非晶質組分、晶質組分)進行了能譜分析(表1),結果表明懸浮物無機組分主要元素是O、Fe、S、Ca、P、Si,其中:O、Si來自地層巖石礦物;Ca除少數來自地層巖石礦物外,絕大部分來自回注污水結垢產物;S、Fe為管道腐蝕產物(尤其是Fe),CEP平臺、A平臺、J平臺注入水懸浮物中 Fe元素平均含量依次為6.44%、13.03%、19.45%,說明注水懸浮物含量沿流程增加主要是由于管道腐蝕導致的;另外,無機組分S、P元素變化規律與 Fe元素一致,說明微生物腐蝕作用較為明顯。

綜合電鏡、X-衍射、能譜分析數據認為,綏中36-1油田注入水中懸浮物主要為有機物質及非晶質無機組分,晶質無機組分含量較低(無機組分主要為鐵的氧化物、氫氧化物和硫化物等腐蝕產物),其次為注入水產生的碳酸鹽垢(CaCO3)、注入水中所含的某些微生物(如硫酸鹽還原菌、鐵細菌等)及其代謝產物、來自地層的細小泥砂以及由于溫度、壓力變化而產生的不穩定鹽類,偶見纖維狀的滑石和坡縷石(是水處理設備濾料損壞的直接證據)。這些懸浮物易與注入水中的乳化油形成粘性的絮團狀、云朵狀物質,常規酸難以將其溶解,進入儲層會快速沉積并堵塞孔隙喉道,如果不經控制或控制措施不得當將會嚴重損害儲層,造成永久性傷害。

表1 綏中36-1油田注入水懸浮物無機組分能譜分析原子百分比

3 懸浮物控制措施

3.1 加強防腐研究工作,降低腐蝕對水質的影響

結垢和腐蝕是目前造成綏中36-1油田注入水水質惡化的重要原因,現場已檢測到一定量的硫酸鹽還原菌、H2S及溶解CO2。為了定量評價腐蝕對注入水懸浮物含量的影響,從礦場取回CEP—A平臺間污水,利用高溫高壓反應釜進行了污水自身腐蝕實驗和向污水中通入腐蝕性氣體(CO2、H2S)的腐蝕實驗。實驗前先通入高純氮除氧,然后加入一定濃度的腐蝕性氣體(污水自身腐蝕實驗沒有這一步驟),再加溫加壓至現場注水流程的溫壓值,實驗72h。腐蝕實驗數據(表2)顯示,腐蝕后水樣中懸浮物含量成倍增加,亞鐵離子含量也明顯增加,說明腐蝕對水質影響十分顯著。

表2 腐蝕對綏中36-1油田注水懸浮物的影響(60℃條件下)

注入水中含有一定量的鈣、鎂離子,存在CO2時易生成碳酸鹽垢,與腐蝕產物FeCO3一起沉積在井管和設備表面,縮小井管有效截面,增大管壁粗糙度,使結蠟、結瀝青和起泡等問題更為嚴重;H2S在水中易和亞鐵離子形成FeS膠體顆粒,該物質若沉積在管道內壁形成強電偶會使管線更易腐蝕,若進入注水流程則易吸附油污,導致懸浮物含量和粒徑中值均增大,一旦進入儲層則會造成堵塞。

管道腐蝕后污染水質是一個普遍性的問題,如何預防腐蝕污染水質也是一個世界性難題,但通過開展水質指標監控、腐蝕監測、結垢監測等工作,從流程、藥劑兩個主要環節控制腐蝕、結垢的發生或惡化,加強治理,就能夠將腐蝕對注入水水質污染的程度降到最低。

3.2 污水處理系統的調整與管理

定期對污水處理設備進行檢測,嚴控上游污水水質,是控制綏中36-1油田注入水水質的有效措施1)唐洪明,劉義剛.SZ36-1油田水質指標體系建立及優化.2009.。對綏中36-1油田CEP平臺的核桃殼過濾器中的濾料進行更換,可確保注入水含油率和懸浮物含量符合規定要求,降低二次污染。另外,將部分水處理設備實行串聯使用,也可有效去除注入水中的懸浮物。

綏中36-1油田污水處理系統的循環方式為內循環,所有處理廢液無法外排,只能再次進入污水處理系統,這會導致注入水懸浮物含量急劇增加,造成海管注水壓力升高、井口注水量下降和注水壓力上升,尤其是存在纖維狀滑石、坡縷石時還極易堵塞井下配水器水嘴和儲層喉道,造成注水量驟降和注水壓力突升等異常情況。因此,有必要加強對反沖洗水緩沖罐內部油泥和核桃殼反洗污水的過濾或者將反洗污水外排進入其它管線,避免淤積物進入注水流程。另外,加大子平臺注水細濾器的反洗壓力及反洗水量,也可有效去除細濾器內的懸浮固體,避免細濾器被污染失去作用而使大量懸浮物進入儲層造成傷害。

3.3 實施清污分注或對清水進行除鐵

綏中36-1油田現場水質監測表明,清污混合水懸浮物濃度遠比單一清水、單一污水懸浮物濃度高,說明清污不配伍,主要原因是:①清水中 Mg2+、Ca2+離子含量分別為206.7、613.2mg/L,污水中HCO3-、CO32-離子含量分別為516.6、192.0mg/L,清污混合注水為結碳酸鹽垢創造了條件;②清水中Fe2+離子含量大于 2mg/L,污水中含一定量的S2-,二者混合將產生 FeS沉淀。因此,現場注水清污混合后未經過濾直接進入儲層是導致目前注水困難的主要原因之一。

表3為綏中36-1油田不同比例清污混合水懸浮物含量變化情況,可以看出:①清水除鐵后清污混合水懸浮物含量明顯降低;②懸浮物含量實測值比清污水配伍時按清污混合比例計算得到的懸浮物含量值大(未除鐵)。因此,清污合注時對清水除鐵或實施清污分注均可有效降低注入水懸浮物含量。

表3 綏中36-1油田不同比例清污混合水懸浮物含量變化(清水中Fe2+含量為11 mg/L) (mg/L)

3.4 改進加藥系統

綏中36-1油田注入水懸浮物含量變化特征表明藥劑加藥不均勻會導致注入水懸浮物含量的波動,因此應改進加藥系統,保證藥劑能夠持續、均勻加到污水中,從而盡可能減小人為因素造成的水質波動。另外,該油田注入水懸浮物中 Fe元素含量沿流程呈上升趨勢,說明緩蝕劑和阻垢劑等藥劑的緩蝕和阻垢效率在海管輸運過程中有所下降,因此有必要改變投藥點或者加強藥劑間的相容性研究。

4 結論與認識

(1)綏中36-1油田Ⅰ期平臺注入水從CEP平臺流經海管到達下級平臺時固懸物含量增加,是海管腐蝕、部分藥劑效率降低、平臺井口保護濾器在很大程度上喪失過濾功能及清水污水不配伍等引起的。

(2)綏中36-1油田注入水懸浮物組分分析表明,懸浮物主要為有機物及非晶質無機組分,去掉有機物后,懸浮物中無機組分以腐蝕產物、碳酸鹽垢以及地層細小泥砂為主,偶見因水處理設備纖維濾層損壞產生的纖維狀的坡縷石和滑石。

(3)綏中36-1油田注入水懸浮物含量控制措施包括:①加強防腐研究工作,降低腐蝕對水質的影響;②加強污水處理設備的定期檢查以及對反沖洗污水的過濾;③實施清污分注或對清水除鐵;④改進加藥系統,保證水處理藥劑能夠被連續、均勻地加到污水中。

[1] 王自力,唐洪明.SZ36-1油田注水開發中后期儲層保護技術研究[D].成都:西南石油大學,2008.

[2] 蔣建方,胡恩安,趙強,等.水中懸浮固體顆粒對儲層損害研究[J].石油鉆采工藝,2001,23(1):54-56.

[3] 黃立新,張光明.固相顆粒封堵孔隙喉道的機理研究[J].江漢石油學院學報,1999,21(2):41-43.

[4] 袁林,謝葵,時維才.注入水懸浮固體含量對低滲油藏的敏感性研究[J].鉆采工藝,2005,28(5):108-109.

(編輯:楊 濱)

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

＊國家863計劃子課題“旅大10-1油田含聚污水處理及混注技術研究”(2007AA090701-5)、國家科技重大專項“海上稠油油藏注入水綜合治理技術”(2008ZX05024-002-11)部分研究成果。

陳華興,男,西南石油大學在讀碩士研究生,主要從事儲層微觀分析及保護技術研究。地址:四川省成都市新都區西南石油大學國家重點實驗室207室(郵編:610500)。電話:028-83032806。E-mail:chenhuaxing88@163.com。