勝利油田牛25區塊注入水處置技術研究

劉廣東，段 凡，李美蓉，王偉林，姜東波，黃 銀

（1.中國石化勝利油田東勝精攻石油開發股份集團有限公司，山東東營257015；2.中國石油大學（華東）理學院）

牛莊油田牛25區塊位于東營凹陷牛莊洼陷西南部，油藏類型為中孔、低滲、常溫、異常高壓巖性油藏，其儲層特征決定了在注水開發中更容易受到傷害且傷害程度較深。針對牛25區塊注入水懸浮固體含量高、高礦化度加速腐蝕和含有大量生垢離子等問題，通過分析水樣中常規離子的變化評價注入水與地層水的結垢狀況［1-2］，確定其結垢趨勢；通過巖心氣測滲透率的測定，推薦適合該儲層的注入水水質指標；通過對懸浮固體的處理和各種藥劑（防膨劑、緩蝕劑、防垢劑）類型和加量的優化，綜合評價各種水處置技術措施［3-5］，保證現場的可注入性。

1 礦物成分和不同水質分析

1.1 儲層礦物成分分析

取具有代表性的牛41井巖石進行全巖礦物和粘土礦物分析，分析溫度23 ℃，濕度50% RH，結果見表1和表2。

表1 全巖礦物分析結果 %

表2 粘土礦物樣品分析結果 %

從中可以看出，地層中砂巖骨架顆粒主要是石英、斜長石、鉀長石，膠結物多為粘土和方解石，骨架結構占94%，粘土礦物含量占5%。粘土礦物主要為高嶺石，它屬硅鋁酸鹽礦物，具有兩層構造，由于其晶間結構不緊密，是一種速敏礦物，在液流的沖刷下易遷移，堵塞油層喉道。另外，粘土礦物含有低滲透油層中普遍存在的伊／蒙間層礦物。伊利石對油層的損害機理是：孔隙中伊利石的片狀或絲狀微晶能把孔隙分割成許多微孔，從而降低油層的滲透率。蒙脫石具有很高的吸水膨脹性，當遇到淡水時極易發生水化膨脹，堵塞孔隙喉道［6］。因此該水質中應添加防膨劑。

1.2 不同水質分析

1.2.1 水質分析及結垢預測

取牛25區塊的清水和污水，在60℃下，用酸度計測pH 值，并計算鈣硬度和總硬度，結果見表3。

表3 牛25不同水質各項指標分析結果

從表3中可以看出，牛25區塊清水礦化度小，污水礦化度大，均呈弱堿性，水型均為CaCl2型。根據表3計算各項指數，預測牛25清水和污水結垢趨勢，結果見表4。從中可看出，牛25清水易腐蝕，牛25污水易結垢，且會造成腐蝕，故對低滲透油田的開采極為不利［7］，因此，在水質進行處理時需添加緩蝕劑和防垢劑。

表4 60 ℃時各指數以及結垢性預測情況

1.2.2 不同水質結垢測定

60 ℃下，測定牛25清水和污水鈣鎂含量隨放置時間的變化情況。實驗結果表明，牛25清水5天內鈣鎂含量不變，不結垢，而牛25污水結垢嚴重，與前面的結垢預測結果一致。

1.2.3 牛25清水和污水的配伍性

60 ℃下，將牛25清水和污水按不同比例混合，對其結垢趨勢進行總結，并考察地層水、回注水的配伍性，結果見圖1。從圖1 中可看出，當牛25 污水與清水比例為2∶1時，在第5天失鈣鎂率最大；該區塊清污混注的比例對鈣鎂結垢趨勢影響［8］不明顯，但由于污水水質較差，應該采取水質處理措施，篩選適用的防垢劑。

圖1 不同清污水混配的失鈣鎂率

1.2.4 注入水質標準的確定及比較

測定牛41井巖心的氣測滲透率，結果見表5。從表5看出，牛41井五塊巖心的平均氣測滲透率為22.88×10-3μm2，屬于一般低 滲透油 層。根據SY5329-94 碎屑巖油藏水質指標及分析方法，對氣測滲透率＜0.1μm2的新開發油藏，注水開發水質應執行A1級標準，因此該區塊注入水的水質要達到A1 級標準。將牛25 注入水與A1 級標準比較，結果見表6。從中可看出，注入水的pH 值、懸浮固體含量和侵蝕性二氧化碳不達標，應對其進行相應的處理。

表5 牛41井巖心的氣測滲透率

表6 牛25注入水與水質A1級標準比較

2 水中懸浮物的處理

分別測定清水、污水、處理后污水、污水與清水1∶1混合水樣以及經過巖心驅替實驗后水樣中的懸浮物固體的直徑中值。

實驗結果表明，污水的懸浮固體直徑中值最大，為615 nm，并且未過濾的污水中含有肉眼能夠看見的懸浮物顆粒；經過微孔濾膜過濾后的污水中未見到懸浮固體，直徑中值減小到230 nm；清水的懸浮固體直徑中值為130 nm，混合水的懸浮物顆粒直徑為230 nm，該值符合A1 級水質處理標準，該水對牛41井巖心進行驅替實驗后，懸浮物顆粒直徑中值變為34 nm，說明部分顆粒大的懸浮物固體堵塞在巖心孔隙中，對巖心滲透率造成傷害，故需進行過濾處理。

測定牛41井巖心的滲透率，進行巖心傷害評價實驗［9］，結果表明：由于污水懸浮固體含量多，直徑中值大，對液測滲透率的損害率高達96%，而經過處理后的混合水對液測滲透率的損害率為23%，這是由于混合水中的懸浮固體含量少，顆粒直徑中值遠小于污水。因此，必須對污水進行精細過濾處理后方可用于回注。

3 水質處理劑的篩選

3.1 防膨劑的篩選結果

測定不同防膨劑的防膨率，結果見圖2。從圖2看出，相同濃度下，防膨劑1的防膨性能好，其最佳質量分數為2%，防膨率為86.3%。因此，可用于該區塊水處理防膨劑。

圖2 不同防膨劑的防膨性質比較

3.2 緩蝕劑的篩選結果

通過電化學工作站，采用極化曲線法，分別對污水、污水與清水為1∶1的混合水對N80鋼片及混合水中加入50 mg／L 不同緩蝕劑的腐蝕速率和緩蝕效率進行測量，結果見表7。

表7 不同緩蝕劑的腐蝕速率以及緩蝕效率

從表7中可看出，污水的腐蝕速率最大，經過處理的混合水腐蝕率大大降低，根據行業標準規定：清污混合水的腐蝕速率＜0.076 mm／a，故不需要添加緩蝕劑。

對污水進行緩蝕劑篩選，結果表明緩蝕劑1效果最好，因此，對污水中加入不同濃度緩蝕劑1時的腐蝕速率及緩蝕效率進行測定，結果見表8。

表8 緩蝕劑1緩蝕性能評價

從表8看出，污水中加入緩蝕劑后腐蝕速率大大降低，其最佳濃度為30 mg／L，緩蝕率可達96%，可用于該區塊水質處理用緩蝕劑。

3.3 防垢劑的篩選結果

篩選防垢劑類型及使用濃度，結果見圖3。從圖3看出，相同濃度下，防垢劑4的防垢性能最好；當其濃度為20 mg／L 時，防垢率最大為89.8%，因此可用于該區塊水處理防垢劑。

圖3 不同防垢劑的防垢性能比較情況

4 結論與認識

（1）未處理污水對液測滲透率的損害率高達96%，而經過微孔濾膜過濾處理后的損害率降為23%，處理效果明顯。

（2）針對牛25區塊注入水易結垢、易腐蝕及儲層巖心易水化膨脹的問題，優選出適用的各種藥劑，降低了對儲層的傷害，保證了注水開發的效果。

（3）對各種儲層傷害因素進行定量分析，以期對儲層的保護措施更有效。

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