耿83區納濾脫硫酸根技術應用及效果簡評

羅恒，王彬，薛虎正，莊騰騰，賀彤彤，王小寧

（中國石油長慶油田分公司第九采油廠，寧夏銀川750006）

耿83區納濾脫硫酸根技術應用及效果簡評

羅恒，王彬，薛虎正，莊騰騰，賀彤彤，王小寧

（中國石油長慶油田分公司第九采油廠，寧夏銀川750006）

注入水與地層水不配伍易形成硫酸鋇鍶垢堵塞地層是導致耿83區油藏注水壓力不斷上升的主要原因，本文重點介紹了納濾脫硫設備工藝流程及技術原理，通過在耿83區姬十一注的配套試驗，有效的改善了注入水水質，從源頭上降低了注入水中的SO42-濃度，緩解了注水地層的結垢問題及注水壓力上升速率，使注水井吸水剖面厚度得到增加，達到提高水驅效率的目的。

地層結垢；硫酸鋇鍶；壓力上升速率；超濾；納濾；吸水剖面

1　耿83　區地層結垢原因分析

耿83區油藏屬于姬塬油田，姬塬油田地層水水型主要為CaCl2型，礦化度普遍較高，最高可達到110 000 mg/L，尤其長4+5、長6地層水中普遍含有高濃度的鋇鍶成垢離子（Ba2+/Sr2+）；而清水注入水為洛河組地層水，水型為Na2SO4型，礦化度為3 500 mg/L左右，其中SO42-濃度達到1 760 mg/L，注入水與地層水存在嚴重的硫酸鋇鍶結垢趨勢，這是造成注水壓力逐年升高的主要原因（見表1，圖1）。

通過監測耿83區清水注水井與采出水回注井4年的壓力變化情況，可看出注清水井壓力上升速率為1.05 MPa/a，采出水回注井壓力上升速率0.55 MPa/a，采出水與地層水水型配伍性較好，結垢速率相對較緩，注水壓力呈減緩的趨勢，因此為了解決地層結垢難題，減緩地層注水壓力上升速度，從地面水質凈化工藝出發，有必要引進了納濾脫硫酸根技術。

表1　耿83區注入水與地層水水質數據表

圖1　耿83區注水井壓力上升曲線

2　納濾脫硫酸根技術原理

2.1納濾水處理設備工藝流程

納濾脫硫酸根水處理工藝主要由預處理、納濾和后處理單元三部分組成：預處理單元（活性炭過濾器+超濾系統），原水經過預過濾后，再經過超濾系統進一步去除生水中殘留的機械雜質，過濾精度0.002 μm～0.1 μm，質量可靠；納濾單元（納濾膜過濾系統），納濾（NF）膜是在壓力驅動下，有選擇性的截流價位高、半徑大的離子，但允許水和低價位、低半徑的離子鹽透過，該系統特點是主要截留2價以上離子，對SO42-有較強的針對性，注入水經納濾處理后硫酸根離子去除率高，過濾精度0.001 μm；后處理單元（輔助加藥及清洗系統）（見圖2）。

圖2　納濾水處理工藝流程圖

2.2納濾水處理設備原理

2.2.1超濾工作原理及特點超濾是一種流體切向流動和壓力驅動的過濾過程，并按相對分子質量大小來分離水中顆粒，要過濾的水經由超濾給水泵加壓后輸入膜組件中，由于膜內外的壓力差，溶解物質和比膜孔徑小的物質能作為透過液透過濾膜，不能透過濾膜的物質將被截留下來濃縮于排放液中。因此產水（透過液）將含有水、離子和小分子物質，而膠體物質、顆粒、細菌、病毒和原生動物將被膜去除。

過濾膜采用中空纖維膜一種很薄的聚合材料，由聚砜PS，聚酯PE，聚醚砜PES，PVDF或聚丙烯腈（PAN）等制成并帶有非對稱的微孔結構。不對稱超濾膜擁有一層極光滑極薄（0.1 μm）的孔徑在0.002 μm到0.1 μm間的內表面，此內表面由孔徑大到15 μm的非對稱結構海面體支撐結構支撐。這種小孔徑光滑膜表面與較大孔徑支撐材料的結合使得過濾微小顆粒的流動阻力很小并不易堵塞。

如果欲分離的雜質在膜上過多沉積，會導致難溶性鹽沉積或形成部分覆蓋層，引起壓力上升和處理量下降的問題，因此需采用超濾產水進行反洗，但反洗后仍有部分覆蓋物堆積在中空纖維正向入水側無法徹底清除，需要進行快沖，它的特點是正向流壓力低，流量大，沖擊力強，容易將被反洗時松動的固形垢類物質從膜表面沖刷掉，向膜件的濃水出口排出，以提高系統的水利用率和系統工作穩定性。

2.2.2納濾工作原理及特點納濾作為反滲透的一種具體方式，主要原理是在濃溶液一側施加一個大于滲透壓的壓力時，溶劑的流動方向將與原來的滲透方向相反，開始從濃溶液向稀溶液一側流動，是一種在壓力驅動下，借助于半透膜的選擇截留作用將溶液中的溶質與溶劑分開的分離方法。該設備使用的NF納濾膜主要采用無相變的物理方法去除大分子的SO42-，依靠給水泵水壓作為動力，具有能耗低、、化學試劑用量小、產水穩定的特點，它主要由高壓泵、反滲透滑架、控制儀表及相關壓力管道等組合而成。

為了使納濾裝置達到給定的回收率，同時保持水在裝置內的每個組件中處于大致相同的流動狀態，必須將裝置內的組件分為多段錐形排列，段內并聯，段間并聯，該設備采用一級二段的組合模式。

3　納濾脫硫設備試驗效果簡評

針對注入水與地層水不配伍結垢堵塞地層導致注水壓力上升的問題，在耿83區姬十一注引進了納濾脫硫設備，從源頭解決注入水水質問題，設計規模納濾水處理量為2 500 m3/d，濃水回灌量為500 m3/d，供應注水井99口，設計回灌井2口。

3.1減少硫酸根離子濃度通過對姬十一注納濾脫硫設備各級水質離子進行檢測，硫酸根離子脫除率達到97%，可以有效地減少注入水中的SO42-濃度，同時對其他大分子離子如Ca2+、Mg2+也有一定的去除作用，處理后水型由NaSO4型轉變為CaCl2型，減緩了地層結垢問題，對油藏儲層具有較好的保護作用（見表2）。

表2　姬十一注納濾脫硫水質檢測表

3.2減緩注水壓力上升速率

通過48口可對比井2011.01-2014.11注水壓力變化情況進行分析，在納濾脫硫設備投用4個月后注水壓力上升速率由0.074 MPa/月下降到0.056 MPa/月，壓力上升趨勢小幅變緩，由于監測時間較短，效果仍需進一步跟蹤。

3.3提高吸水厚度

通過3口納濾投用后具有可對比性的注水井吸水剖面數據分析，其中2口井吸水剖面厚度平均增加了1 m，水驅儲量動用程度增加了7%，吸水剖面及水驅效率得到了改善，剩余1口井由于欠注導致吸水剖面變差（見表3）。

表3　對比井吸水剖面變化情況

4　結論與認識

（1）耿83區油藏注入水與地層水型不配伍易形成硫酸鋇鍶垢堵塞地層是注水壓力不斷上升的主要原因。

（2）注入水通過納濾脫硫技術處理后脫硫率能達到97%，能夠有效地減緩地層結垢及壓力上升速率。

（3）通過納濾脫硫處理后的注入水能夠對注水井吸水剖面起到改善的作用，從而提高水驅儲量動用程度。

（4）目前該設備投運時間僅為4個月尚無法形成有效的評價結果，仍需繼續監測。但針對前期因地層結垢導致注水壓力上升的油藏，在配套納濾脫硫技術改善注入水水質的基礎上，可配合投加清垢劑或解堵劑，對深部堵塞地層起到解堵的作用，從而達到長期穩定注水壓力的目的。

［1］葉慶全，冀寶發，王健新，等.油氣田開發地質［M］.北京：石油工業出版社，1999.

［2］付美龍，唐善法，黃俊英.油田應用化學［M］.武漢：武漢大學出版社，2005.

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.06.031

TE358.5

B

1673-5285（2015）06-0115-03

2015－05-04

羅恒，男（1987－），2009年7月畢業于重慶科技學院，石油工程，工學學士，現為長慶油田第九采油廠地質研究所采油助理工程師。