渤西油田污水回注儲層損害評價研究及化學保護措施

高 波 ,王 勇 ,李 冰 ,何 偉 ,張旭東

(中海石油能源發展股份有限公司采油工程研究院,天津 300452）

渤西油田污水回注儲層損害評價研究及化學保護措施

高 波 ,王 勇 ,李 冰 ,何 偉 ,張旭東

(中海石油能源發展股份有限公司采油工程研究院,天津 300452）

在儲層特征分析和污水水質評價的基礎上,開展了渤西油田污水回注的室內評價研究。通過計算機預測、靜態結垢實驗和動態結垢實驗對污水與地層水相容性進行了研究,結果表明污水與地層水都存在不同程度的結垢。污水與儲層巖石配伍性實驗結果表明,污水對儲層滲透率存在一定的損害。損害的機理可歸結為水敏、固相顆粒堵塞等。進行儲層保護的化學方法研究,通過室內評價實驗,優選了黏土穩定劑和防垢劑,并推薦了加藥濃度。

污水回注;儲層損害;實驗研究;儲層保護

向油層注水是油田保持油層能量、穩定油井生產能力的重要措施。隨著油田注水開發的進行,特別是到了注水后期,大量的地層水隨原油一起被采出.這些被采出的地層水常被稱為污水,污水外排會造成環境污染,這樣就面臨著如何處理污水的問題。將污水處理后回注,既解決了污水的處理問題,又補充了地層的能量。雖然這是解決污水問題較為理想的方案,但許多油田的現場實踐表明,直接將污水回注到地層中存在著地層滲透性變差、注水壓力升高、吸水能力降低等嚴重的問題,這無疑說明,污水回注到儲層將造成儲層傷害[1-3]。因此研究污水的無傷害回注技術對油田生產具有重要的現實意義。通過室內模擬實驗對渤西油田污水回注進行了儲層損害評價和化學保護措施研究,為該油田以及與其相類似油田污水回注提供科學依據。

1 儲層特征與污水水質

渤西油田位于渤海西部海域,構造發育在黃驊坳陷中歧口南側的歧南斷階帶上。沙二段儲層是油田的主力油層,巖性以中細砂巖為主,儲集空間以次生孔隙為主,物性中等。黏土礦物的含量4.8%～19%,主要是伊利石、綠泥石、高嶺石和伊/蒙混層。伊利石含量20.9%～59%,伊/蒙混層含量19.6%～43%,混層比為30%。

渤西油田地層水總礦化度為7 334 mg/L,水型為重碳酸鈉型(NaHCO3）,特點是成垢陽離子含量極低,其中鈣、鎂離子含量為零,成垢陰離子主要為重碳酸根(HCO3-）、碳酸根(CO32-）及硫酸根(SO42-）。

渤西油田污水回注擬以QK17-2、QK17-3、QK18-1、QK18-2平臺的生產污水以及QK18-1綜合污水按不同比例混合作為回注污水。從歧口18-1油田采油作業平臺取得這五種污水水樣。由于所取樣品為油水混合樣,在進行水分析之前,使用BX-2型破乳劑進行水樣萃取,破乳溫度控制在60℃,獲得污水水樣。根據SY5523—2000《油氣田水分析方法》標準,對這五種污水樣品進行了檢測。結果表明,所有污水樣品的pH值為 8.0～8.5,呈弱堿性;礦化度為3 115～7 176 mg/L,水型均為重碳酸鈉(NaHCO3）型,水型與地層水的相同,見表1。

表1 污水水質評價結果Tab.1 The result of produced water quality evaluation

2 污水與地層水相容性評價

采用計算機預測、靜態結垢實驗和動態結垢實驗三種方法對污水與地層水的相容性進行了評價研究。

2.1 計算機預測

通過計算機預測可以了解混合水體的結垢趨勢及數量,指導靜態實驗的開展。根據瓦倫(Valone）和斯凱林(Skillern）提出的溶度積 Ksp值理論,推導出計算生成碳酸鈣垢數量的PTB值預測計算公式(見公式1）,綜合考慮了水體的Ca2+濃度、HCO3-濃度、pH值、離子強度、水體溫度等綜合因素,進行碳酸鈣結垢數量預測。

表2 PTB值預測標準Tab.2 The criteria of PTBforecast

經過計算機PTB值法預測,得到了QK17-2、QK17-3與QK18-1污水以不同比例混合后作為注入水與QK18-1地層水混合后的結垢趨勢及垢量,結果見表3。數據表明三種水無論以何種比例進行配比,其 PTB值均大于0,但均小于100,說明會產生少量的垢。

2.2 靜態結垢實驗

各油田污水經油水分離處理后,采用孔徑為0.45μm的混合纖維素脂濾膜過濾,去除了懸浮物及細菌。將各油田污水按比例與QK18-1地層水混合,在60℃下反應48 h,然后對反應前后的混合水進行離子檢測、計算并評價。

表3 QK17-2、QK17-3與 QK18-1混合污水與 QK18-1地層水混合PTB值法預測結垢趨勢Tab.3 The scaling trend of produced water and formation water by PTBforecast method

靜態結垢評價實驗共進行了四個配比的實驗,QK17-2、QK17-3和QK18-1之間的比例分別為 1∶1∶1、3∶1∶1、1∶3∶1、1∶1∶3,實驗結果見圖1。混合水與地層水的配伍性實驗表明,在以上幾種配比下,混合水體均產生了少量的沉淀,經過分析主要為碳酸鹽沉淀。對照預測結果,該實驗結果與預測結果非常吻合,結垢趨勢及結垢量均呈現相同的變化趨勢。

圖1 QK17-2、QK17-3與QK18-1混合污水與地層水混合后鈣鎂離子損失趨勢Fig.1 The losing trend of calcium and magnesium ion in mixture of produced water and formation water

2.3 動態結垢實驗

采用我院研發的DTJ G-2型動態結垢儀進行實驗。實驗條件為:模擬地層條件高溫高壓區,即模擬地層溫度60℃,地層壓力12 MPa;模擬地面生產條件,即常溫常壓區。將注入水與地層水按一定比例混合,流速為8 mL/min,累計實驗過水量為4 L,進行流動實驗,實驗結束后,恒重高壓區及低壓區管線及濾膜,確定高溫高壓區的結垢量及常溫常壓區的結垢量,以評價動態結垢趨勢。

實驗選擇靜態結果實驗中結垢量較少的配比(QK17-2、QK17-3 和 QK18-1 的比例為 1∶1∶3）,結果見表4。注入水與地層水混合后,垢物主要產生在高溫高壓區。

3 污水與儲層巖石配伍性評價

通過速度敏感性實驗、水敏感性評價實驗、注入水與儲層巖石配伍性等實驗,研究渤西油田污水與地層的配伍性。

選取來自油藏儲層的天然巖心高低滲透率樣品各一塊,進行水速度敏感性實驗,實驗結果見表5。結果表明,臨界流速均為3.0 mL/min,速敏損害程度弱。

選取來自儲層的天然巖心,一共四塊樣品分兩組(其中一塊滲透率高,一塊低）進行水敏實驗,第一組水敏實驗礦化度降低,第二組水敏實驗礦化度升高,實驗結果見圖2和圖3。實驗結果表明,該段儲層具有中等偏強～強的水敏感性,臨界鹽度為7 334 mg/L。

表5 地層水速敏實驗結果Tab.5 The result of formation water velocity sensitivity test

圖2 高滲透率樣品水敏評價實驗曲線Fig.2 The curve of water sensitivity test by relative high permeability core sample

圖3 低滲透率樣品水敏評價實驗曲線Fig.3 The curve of water sensitivity test by relative low permeability core sample

表6 配伍性評價實驗結果Tab.6 The result of compatibility test

注入水與儲層巖石配伍性實驗,巖樣選取來自儲層的天然巖心高低滲透率樣品各一塊,注入水的配比是:QK17-2、QK17-3和QK18-1的比例為 1∶1∶3。實驗結果見表 6。注入水與QK18-1儲層巖石不配伍,滲透率損害率為7.40%、20.62%,存在一定的儲層損害。

損害的機理可歸結為水敏、固相顆粒堵塞等。由水敏感性評價結果可以看出:該儲層水敏感性表現為中等偏強到強,臨界礦化度為7 334 mg/L,隨著礦化度的降低及升高,都發生滲透率下降,損害地層。

此外,由于幾種注入水與地層水混合后,均會產生少量垢物,垢物微粒的堵塞喉道也造成了滲透率的降低。

通過孔喉結構,由壓汞數據可知:孔喉中值半徑在0.1～9.2μm的范圍之間。高滲透率巖心在5.4～9.2μm,低滲透率巖心在0.1～0.53 μm。低滲透率巖心的孔喉普遍偏細,更容易被堵塞。

4 化學保護措施

根據室內評價結果,儲層水敏損害為中等偏強到強,注水時應添加黏土穩定劑,防止黏土水化膨脹,損害地層。BHFP-02為無機鹽和聚季銨鹽按一定比例復配的產品,既具有無機鹽的優點又具有有機陽離子聚合物的優點,在海上油田進行過現場試驗。室內進行了防膨率評價,結果見表7。濃度為4%時,防膨率接近90%。兼顧效果和經濟考慮,推薦加藥濃度為4%。

表7 黏土穩定劑評價結果Tab.7 The result of clay stabilizer evaluation

由于污水和地層水混合后會產生少量結垢,主要為碳酸鹽垢。在防垢劑篩選評價試驗中,針對性地選擇能有效抑制碳酸鹽垢的防垢劑,海上常用有機瞵酸鹽類防垢劑。采用《油田用防垢劑性能評定方法》對海上油田常用的BHF-06和BHF-07進行了室內效果評價,結果見圖4。評價結果表明,BHF-07效果好于BHF-06,在加量為20%時,阻垢率接近95%。建議加20%的BHF-07。

圖4 防垢劑評價實驗結果Fig.4 The result of scale inhibitor evaluation

5 結論

(1）通過計算機預測、靜態結垢實驗和動態結垢實驗對污水與地層水相容性進行了研究,結果表明污水與地層水都存在不同程度的結垢。

(2）污水與儲層巖石配伍性實驗結果表明,污水對儲層滲透率存在一定的損害,損害的機理可歸結為水敏、固相顆粒堵塞等。

(3）進行儲層保護的化學方法研究,通過室內評價實驗,優選了黏土穩定劑和防垢劑,建議在污水回注時添加濃度為4%的黏土穩定劑BHFP-02和濃度為20%的防垢劑BHF-07。

[1]石京平,曹維政,張曙光.馬嶺油田北三區污水回注的實驗研究[J].礦物巖石,2002,22(2）:87-90

[2]王明獻,黃立斌,汪立蓉.白音查干油田污水回注配伍性試驗與評價[J].斷塊油氣田,2005,12(2）:80-82.

[3]李連江,曾慶輝.商河油田商二區注入水與儲層配伍性研究[J].江漢石油學院學報,2003,25(1）:77-78.

Research on formation damage by produced-water reinjection in Boxi oilfield and chemical protection measures

Gao Bo,Wang Yong,Li Bing,He Wei,Zhang Xudong
(CNOOC Energy Technology&Service-Oilf ield Engineering Research Institute,Tianjin300452）

Laboratory experiment has been made for the reinjection of produced-water in Boxi oilfield based on reservoir characteristic analysis and produced water quality evaluation.According to software prediction and static and dynamic scaling test on mixture of produced-water and formation water,compatibility of produced-water and formation water was studied,and the results showed scaling occurred in both of them.Core flow test was conducted by simulating reservoir condition,the permeability of formation decreased after the reinjection of produced-water.The main causes are water sensitivity and solid plugging.The chemical method has been studied to protect from formation damage and clay stabilizer and scale inhibitor have been chose by lab test.

produced-water reinjection;formation damage;experiment study;formation protection

TE357.6

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2010.01.076

2009-11-27;改回日期:2009-12-07

高波(1979—）,男,工程師,碩士,油氣井工程專業,現從事油氣層保護技術研究及應用工作。E-mail:bobi-gao@163.com。

1008-2336(2010）01-0076-05