江漢油田清改污對生產(chǎn)的影響

劉清云，劉 磊，羅 躍，肖 文，夏志剛，劉翩翩，鄭 苗

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）資源學(xué)院，湖北 武漢430074；2.長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州434023；3.江漢油田江漢采油廠，湖北 潛江433100）

江漢油田主要采用注水開發(fā)的方式，王場油田注水系統(tǒng)是該油田最大的注水系統(tǒng)[1］，王一站前期向井網(wǎng)注入清水，后改注從油井產(chǎn)液中分離出的污水以補(bǔ)充地層能量，既節(jié)約了清水費(fèi)用，又降低了電耗[2］。改注污水一年后，注入水輸送管道內(nèi)水體結(jié)垢、發(fā)黑、發(fā)臭，管道腐蝕嚴(yán)重，部分注水井泵入壓力過高，甚至停泵，嚴(yán)重影響油田生產(chǎn)。作者對江漢油田王場區(qū)塊清改污系統(tǒng)沿程水質(zhì)進(jìn)行分析，并對水質(zhì)惡化原因進(jìn)行解釋，探討了清改污對油田生產(chǎn)的影響。

1 王場油田開發(fā)現(xiàn)狀

王場油田位于江漢油田潛江凹陷北部，主體部分為一長軸背斜構(gòu)造，是在鹽巖流動的非構(gòu)造應(yīng)力與側(cè)應(yīng)力擠壓共同作用下形成的鹽背斜儲油構(gòu)造。儲集層主要屬于陸源碎屑砂巖儲層，砂巖陸源碎屑成分以石英和長石為主，巖屑僅占12.6%～20.5%。粘土礦物由單一的伊利石、綠泥石組成，其平均含量分別為80.9%和19.1%，不含或少含伊／蒙混層礦物[3］。注入水容易引起粘土礦物的水化膨脹，降低油層的滲透率。

王場油田油層物性差別很大，由淺到深油層物性呈現(xiàn)由好到差的明顯規(guī)律，油層平均孔隙度14%～28%，滲透率400～2208mD，地層壓力8.05～37.25 MPa，壓力系數(shù)1.06～1.23MPa·（100m）－1，地層溫度47～122℃，地溫梯度3℃·（100m）－1。原油屬于石蠟基原油，其物性具有深層好、淺層差的特點(diǎn)[4］。污水中高含量的成垢離子、鐵離子和細(xì)菌容易堵塞地層，造成地層滲透率降低。

2 注水沿程水樣、垢樣分析

王場油田王一站到王二站再到各個井點(diǎn)輸水管線內(nèi)水質(zhì)惡化嚴(yán)重，水體發(fā)黑發(fā)臭，嚴(yán)重影響注水。參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY／T 5329－94中碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法對注水沿程水樣、垢樣進(jìn)行分析。

2.1 水樣分析

江漢油田清改污系統(tǒng)水樣、分析結(jié)果如表1 所示。

表1 江漢油田水樣分析結(jié)果／mg·L－1Tab.1 Analysis result of water samples in Jianghan Oilfield／mg·L－1

由表1 可知，注入水中Ca2＋、Mg2＋和SRB含量較高，注水管道水樣Ca2＋含量在350mg·L－1以上，Mg2＋含量在25mg·L－1以上，且Ca2＋、Mg2＋含量因沿程管線結(jié)垢逐漸降低。水樣中Fe3＋含量低于0.30 mg·L－1，且因腐蝕逐漸升高。不同站點(diǎn)水中S2－含量相差較大，SRB含量因注水系統(tǒng)密閉也明顯升高。

2.2 垢樣分析

江漢油田清改污系統(tǒng)輸水管道內(nèi)垢樣分析結(jié)果如表2 所示。

表2 江漢油田垢樣分析結(jié)果／%Tab.2 Analysis result of scale samples in Jianghan Oilfield／%

由表2 可知，管垢主要由硫化亞鐵、氧化鐵、碳酸鈣、碳酸鎂、油污和泥沙組成，以鈣鎂垢和鐵銹為主。其中鈣鎂垢主要是注水中的Ca2＋、Mg2＋遇到不配伍陰離子而形成，鐵銹主要是由于SRB惡性繁殖產(chǎn)生硫化物腐蝕管道而形成。

3 注入水地層適應(yīng)性評價

清水礦化度低，注入清水可能引起地層粘土礦物水化膨脹[5］，降低地層滲透率，影響生產(chǎn)。而污水產(chǎn)于地層，與地層具有良好的配伍性[6］，有利于粘土礦物的穩(wěn)定。但惡化后的污水回注地層將引起地層的損害，導(dǎo)致地層滲透率降低，嚴(yán)重時將直接堵塞地層，造成注水井注入困難。

3.1 水質(zhì)膨脹性評價

參照SY／T 5971－94中注水用粘土穩(wěn)定劑性能評價方法，使用NP－01型頁巖膨脹儀及英國評價土在室溫下對清水、王西斜7－3B和王一場過濾器出口水樣進(jìn)行膨脹性評價，結(jié)果如圖1所示。

圖1 室溫下注入水線性膨脹曲線Fig.1 Linear expansion curves of injection water at room temperature

由圖1可知，清水的線性膨脹量為140.56%，王西斜7－3B注入水的線性膨脹量為63.17%，王一場過濾器出口水線性膨脹量為50.71%。污水的抑制性比清水好，主要原因是注入水中含有可抑制粘土膨脹的K＋、Na＋、Ca2＋等陽離子。

3.2 注入水巖心堵塞評價

參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY／T 5358－2002中單相工作液評價方法，分別對王西斜7－3B注入水進(jìn)行了不同滲透率（K）巖心的堵塞規(guī)律（滲透率保留率、壓力）評價，結(jié)果如圖2所示。

圖2 注入水對不同滲透率人造巖心堵塞規(guī)律Fig.2 Clogging law of injection water for artificial cores with different permeabilities

由圖2可知：隨著驅(qū)替實(shí)驗(yàn)注入水量的增加，壓力明顯增大、滲透率保留率明顯下降。注入水量為50 PV時，壓力增大1.36～2.34倍、滲透率保留率為92.36%～95.26%；注入水量為60PV后，滲透率保留率、壓力都趨于平穩(wěn)；注入水量為100PV時，壓力增大1.42～2.61倍、滲透率保留率為91.50%～94.03%。且滲透率越小的巖心堵塞越明顯，損害也越嚴(yán)重。

4 水質(zhì)惡化機(jī)理原因分析

注入清水時，水質(zhì)沒有發(fā)生明顯的惡化，原因在于清水中缺乏營養(yǎng)物質(zhì)，不利于細(xì)菌的代謝繁殖，水質(zhì)惡化速度慢。改注污水后，由于污水油含量、細(xì)菌含量、懸浮物含量和成垢離子含量均較高[7］，為厭氧性細(xì)菌提供了良好的繁殖條件，導(dǎo)致SRB惡性增殖，產(chǎn)生的硫化氫與管道反應(yīng)生成硫化亞鐵，以硫化亞鐵為晶核又進(jìn)一步形成鈣鎂垢和鐵銹，而管道的結(jié)垢和腐蝕又為SRB的生長和繁殖提供良好的繁殖場所，進(jìn)一步加劇腐蝕，形成惡性循環(huán)，堵塞破壞管道，水質(zhì)嚴(yán)重惡化。

油層是一個嚴(yán)格密閉的厭氧環(huán)境，適合SRB的生長和繁殖，隨注入水注入地層的SRB會使地層水產(chǎn)生大量H2S[8］，即使是含硫酸鹽少的水體也能維持SRB正常的生長繁殖需要。SRB的代謝產(chǎn)物和腐蝕沉積物隨水流注入地層后會堵塞孔道。此外，污水注入地層結(jié)垢、Fe3＋沉降、SRB繁殖代謝等現(xiàn)象也將使油藏滲透率嚴(yán)重下降，導(dǎo)致注水井泵入壓力升高，甚至停泵，最終影響油田的生產(chǎn)。

5 結(jié)論

（1）江漢油田王場區(qū)塊水中 Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋和SRB含量較高，其中Ca2＋、Mg2＋因沿程管線結(jié)垢逐漸降低，F(xiàn)e3＋因腐蝕逐漸升高，SRB含量因注水系統(tǒng)密閉也明顯升高，垢樣的主要成分是鈣鎂垢和鐵銹。

（2）江漢油田王場區(qū)塊水質(zhì)惡化的主要原因是污水的結(jié)垢、Fe3＋沉降及SRB細(xì)菌惡性增殖等。

（3）污水的抑制性比清水好，但污水回注油層后因結(jié)垢、Fe3＋沉降及SRB繁殖代謝而導(dǎo)致油層滲透率下降比較明顯。

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