應用濁度法評價氣田水回注儲層適應性實驗

2016-06-27 00:32:21楊海博

石油地質與工程 2016年2期

楊海博

(中國石化勝利油田分公司勘探開發研究院，山東東營 257015)

應用濁度法評價氣田水回注儲層適應性實驗

楊海博

(中國石化勝利油田分公司勘探開發研究院，山東東營 257015)

摘要：油氣田污水長期回注對油層傷害很大，但因含聚污水中聚合物、固體懸浮物、原油在含聚污水中的相對含量較少，常規的實驗方法難以進行定量分析，因此引入濁度分析的方法。介紹了濁度法評價機理，以川中某氣田為例，用濁度法分析了回注污水與地層水的配伍性，實驗結果表明，濁度法為各種配方實驗的配伍性分析提供了一個簡便、準確、快捷的方法。

關鍵詞：濁度儀；濁度；注水開發；配伍性實驗

目前，在油田注水開發過程中，測量懸浮液中微量固體顆粒濃度的方法除重量法外，還有原子吸收法、濁度法等[1-3]。污水中懸浮固體顆粒濃度的測定一般采用重量法，但該方法的缺點是不能對懸浮液顆粒濃度進行快速、連續測量，而且要求懸浮顆粒粒徑不能小于0.45μm。尤其是在評價回注水與地層水的配伍性時，由于沉淀物的粒徑小于0.45μm，不能正確測定結垢含量。原子吸收法可用于測量懸浮液中微量、甚至痕量元素的含量，但是又不夠經濟。而濁度法可以綜合兩者的優點又規避其缺點，可以有效地評價配伍性的好壞。

氣田水回注在川中油氣礦應用越來越普遍，但是必須要求水質穩定，與地層水配伍不發生沉淀[4],否則對油氣層傷害很大，因此評價氣田水與地層水之間的配伍性是非常必要的。但常規方法評價含聚污水回注對巖心傷害存在以下幾個問題[5-9]：一是評價時間長，過程繁瑣；二是實驗結果不準確，不能定量評價，不夠直觀。因此，本文提出一種快速、準確評價污水傷害的新方法——濁度法。

1濁度儀的評價原理

濁度表現液體的混濁程度，它是水體透明程度的量度，可能是由微小顆粒，如淤泥、黏土、微生物及有機物等引起[10]。一個標準濁度單位簡稱為1度，單位NTU，是指1L水中含有1mgSiO2對光線透過時發生的阻礙程度，它不僅與水中懸浮物質及含量有關，還與懸浮物的形狀、大小和折射系數等有關。其計算公式為：

(1)

式中：T——光學濁度，NTU；b——光徑；K——消光系數；L——光透過懸浮液厚度；C——懸浮液質量濃度，mg/L；D——顆粒直徑，μm。

不難發現，當光徑b、消光系數K、光透過懸浮液厚度L為一定值時，某一顆粒粒徑下測得的懸浮物濁度與懸浮液濃度成正比關系。

值得注意的是，在使用濁度儀進行測量時要進行校準，做好零濁度水的標定。

2實驗條件與方法

2.1實驗儀器

2100P型濁度儀采用微處理控制操作和HACH的專利Ratio光學設計，直接以NTU單位讀數，具有很高的精確度、靈敏度和可靠性，便于隨身攜帶、野外測試。

量程：0～9.99，0～99.9，0～1000NTU；精度：讀數的±2%；分辨率在最低量程為0.01NTU；樣品要求每次15mL。

2.2實驗水樣

須家河組(T3x)、嘉二(T1j2)、長興組(P2ch)氣田產出水和珍珠沖段(J1z)地層水組成成分見表1。T3x、T1j2、P2ch為回注污水，J1z為回注層地下水，水型均為CaCl2型，其中J1z地層水Ba2+含量1 649mg/L，氣田水Ba2+含量為0。

表1　實驗水樣組成成分

2.3實驗步驟

(1) 為排除水樣雜質等的干擾，首先應將回注污水和地層水進行精細過濾；

(2) 將回注污水(T3x、T1j2、P2ch)與地層水(J1z)按照實驗設計比例充分混合，密封于試管中；

(3) 為使其充分反應，將試管置于高溫高壓反應釜，在儲層溫度、壓力條件下靜置2小時以上；

(4) 然后將試管拿出通過觀察實驗現象和測定濁度值的方法，評價回注污水與地層水之間的配伍性。

(5) 用濁度計進行濁度的測量，取2次平行樣的算術平均值作為其濁度值T。

3配伍性實驗結果

結垢是在外來流體與儲層流體不配伍時，或地層水中原有平衡遭到破壞時，流體間相互作用產生無機物沉淀或有機物沉淀，常見的無機沉淀如碳酸鈣、碳酸鍶、硫酸鋇、硫酸鈣、硫酸鍶。這些沉淀吸附在巖石表面成垢、縮小孔道、或隨液體運移堵塞流動通道，使儲層造成嚴重的損害。結垢預測參照中國石油天然氣總公司頒布的《油田水結垢趨勢預測》(SY/T0600-1997)進行。

通過觀察實驗現象、預測結垢趨勢等手段，應用濁度儀對混合水樣的濁度進行了測試，定量評價了水質配伍性。實驗結果見表2，可以看出：

(1)J1z、T3x、T1j2、P2ch單一產出污水不同程度出現了一定量的微量沉淀，但是含量很低，水質比較清澈、穩定。

(2) 對三種氣田水進行了等比例混合正交試驗，表明：T1j2+P2ch配伍性最好，水質清澈，T3x+P2ch配伍性一般，T3x+T1j2、T3x+T1j2+P2ch配伍性較差。

(3) 固定地層水(J1z)一半比例不變，改變氣田水進行等比例混合正交試驗，表明：T3x、T1j2+P2ch與地層水配伍性最好，其他組合均呈現不配伍，有大量沉淀產生。

表2　配伍性評價實驗結果

實驗過程中發現，地層水J1z與T1j2、P2ch、T3x+T1j2、T3x+P2ch、T3x+T1j2+P2ch等比例混合后，可觀察到水質明顯渾濁，有沉淀產生附于試管壁上，說明上述水質與回注層地層水不配伍。實驗結束后，往沉淀液體中加入鹽酸，發現沉淀大部分消失，表明主要成分為鈣質組分，與熱力學結垢預測結果相吻合。

回注層位珍珠沖段J1z地層水與其他層位氣藏產出污水混合后的濁度值變化對比可判斷配伍性的好與差。

圖1為氣田水正交試驗濁度值柱狀圖，可以得到，單層產出水在回注層溫度壓力下，平均濁度值為4.72NTU，水質穩定；將三種氣田水(T3x、T1j2、P2ch)等比例正交混合，T1j2+P2ch濁度值僅為3.44NTU，水質明顯好于其他三種情況,說明T1j2與P2ch配伍性最好。

圖2為地層水與氣田水配伍性實驗濁度值柱狀圖，固定回注層地層水J1z一半比例不變，改變其他三種異層產出污水(T3x、T1j2、P2ch)進行正交試驗，J1z與T3x、T1j2+P2ch等比例混合配伍性最好，濁度值小于10NTU，與其它層位產出水混合后濁度普遍偏高，其他組合情況濁度值大于382NTU，不配伍。