注水開發過程中水質二次污染原因及解決方法

武偉男

摘 要：本文通過對注水開發過程中二次污染問題的研究，經檢測水體中懸浮固體及各種離子、細菌，發現造成二次污染的主要原因是鈣鎂結垢、管線腐蝕和細菌滋生等。分析了造成二次污染的物質組成以及產生的過程，提出了相應的防護措施，即定期清理管線、投加殺菌劑和管線防腐的方法。

關鍵詞：注水開發 二次污染 防護

中圖分類號：TE357.6 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（a）-0129-02

注水開發是目前油田開發的主要方式，大慶油田絕大部分區塊均采用注水開發方式。經過凈化處理后油田采出水或開采地下水利用高壓泵回注地層彌補地層壓力，同時攜帶油流出，提高采收率。為了保證注水的可持續性以及地層的可利用性，必須保證注水水質達標。由于各油田或區塊油藏孔隙結構和喉道直徑不同，其相應的滲透率也不相同，注入水水質不同。盡管各地區油田注水水質標準差異很大，但都要符合注水水質的基本要求[1]。本文以大慶某油田注水站為例，通過分析二次污染污染物成分及其變化規律，來確定相應的解決方法，為以后注水開發提供科學依據[2]。

1 注水開發二次污染原因分析

通過分析水樣中金屬離子、陰離子、細菌、pH、油含量及濾后懸浮固體成分，判斷污染水樣的組成成分。其中著重分析懸浮固體的成分，是因為懸浮固體是造成污染的主要物質。由于測定含油污水中懸浮固體采用濾膜過濾，而水中含有一定的油，會對測定結果產生干擾，通常采用過濾后用汽油（石油醚）清洗方式提高懸浮固體測定準確性。經測定結果得到，懸浮固體主要組成分為兩部分，即有機物和無機物。有機物主要是油和細菌，無機物主要是可溶和不可溶成分，計算了懸浮固體中油含量、細菌含量、無機成分中酸溶物和酸不溶物含量，結果見圖1。

從圖中可見，在懸浮固體組成中，有機成分大約占了43%，無機成分大約占了57%，其中有45%可溶性成分，不溶性物質大約占了12%。同時通過掃描電鏡檢測懸浮固體具體成分，最終發現無機成分是造成懸浮固體增加的主要原因[3]，具體結果如下。

（1）鈣鎂離子沉積結垢。

對水中各離子含量進行了測定，采用飽和指數法對鈣鎂離子結垢趨勢進行了預測。根據行標SY/T0600-1997推薦的方法，計算飽和指數SI，然后進行判斷，數據分析：

其中：K為由水中離子強度u決定的修正值。u由下式計算得到：

u

為各離子濃度，mol/L；

為各離子價數。

為濃度（mol/L）負對數：

為溶液中總堿度負對數：

根據最后計算結果，若SI>0，有結垢趨勢。對實驗過程中測定的數據進行測算，結果見表1。從結果可見，樣品中各個節點的SI指數均大于0，在1～2之間，說明具有形成碳酸鈣的趨勢，管線有結垢可能。

碳酸鈣鎂垢形成主要是水中的CO2（游離碳酸）嚴格地與CO32-中的CO2（固定碳酸）保持平衡，當溫度升高或壓力降低時，CO2即可從水中逸出，為使上述平衡得以保持，溶解在水中的Ca（HCO3）2開始分解[4]，即：

以補充水中的CO2（游離碳酸）。導致其反應發生主要條件是有以下幾個：

當溶液中CO2度增加時，反應向左移動，CaCO3垢沉淀減少，相反，CO2濃度降低時，CaCO3和MgCO3垢沉淀增加。在兩相系統中，由于溶液中的CO2濃度隨系統的壓力或氣體中CO2濃度的增加而增加，因此系統壓力降低或氣體中CO2濃度降低時，CaCO3和MgCO3垢沉淀增加。溫度升高，CaCO3和MgCO3溶解度減小，沉淀增加。在地面上不結垢的水，注入到井底后由于溫度升高則有可能結垢；pH值較高時會產生更多的沉淀。而對于注水系統來說，污水經過高壓泵注入地下，在管線流動過程中壓力有所降低，導致CO2濃度降低時，CaCO3和MgCO3垢沉淀增加。

（2）腐蝕問題。

鐵是影響懸浮固體含量的另一個因素，從電鏡掃描結果可見，沖洗水中鐵含量最高。其次是硅、鋁、鋇、鈣、鎂等成分，可見干線已經有了腐蝕，但是正常運行條件下懸浮固體中鐵含量增加不明顯，說明正常運行條件下腐蝕形成的鐵不能被水流沖刷下來，形成了沉積[5]。

其次是鐵細菌。也是一種好氧細菌，就算在含氧量小于0.5mg/L的系統中也能夠生長，一般酸性環境對其發育有利。它造成的危害可以分為以下幾個方面：第一，將水中的二價鐵氧化成三價鐵，形成顆粒性沉淀。第二，水中溫度、pH、壓力等變化也可造成腐蝕，使懸浮固體中鐵含量升高。這就是鐵含量增加的原因[6]。

（3）細菌和其他增量。

油田污水具有一定溫度，pH接近中性，水中含油，有機物含量高，因此細菌容易滋生。

由于無法準確計算細菌重量，因此將其與其他未預見干擾放在一起比較，其對懸浮固體增量貢獻為19.77%。導致懸浮固體增量各類物質含量如圖2所示。

從圖2中可見，懸浮固體增加量中貢獻最大的為可溶性離子成分，其次油影響也較大，細菌增長也會導致懸浮固體含量升高。酸不溶物由于有沉積過程，移動緩慢，到達井口時間長，影響相對較小[7]。

2 二次污染控制方法研究

2.1 對于油和不溶性沉積物處理方法

油在管線中是一個累積過程，其在流動過程中從水中溢出移至管線上吸附在管線內壁上，在累積到一定程度后，在水力作用下表層油脫附下來重新進入管線，而在管線內壁上油層會越來越厚。隨著沖洗時間的延長，到達井口的油和懸浮固體含量都在升高。說明沖洗干線能夠在一定程度上解決管線二次污染問題[8]。

2.2 結垢問題對應的調控方法

對于水質結垢問題，通過化學和物理手段，對回注的污水進行離子的調控，以此達到改善注入水水質，降低出現大量鹽類垢風險的目的。物理防垢技術就是利用超聲波和電磁波作用于成垢晶核上，這些被聲磁電作用過的垢的晶核在水中就將保持彌散或膠體的形式，在后繼碰到管線表面時，也很難再長大形成垢。這種方法可以和注水泵、電動潛油泵以及油水聚集的管線處結合使用[9]。endprint

2.3 細菌的解決方法

目前檢測結果顯示，從注水站出口至注水井井口，由于水質適合細菌滋生，因此其細菌數量都有不同程度增加，細菌滋生增加管線腐蝕，導致懸浮固體含量增加，而細菌本身也是顆粒，也對懸浮固體增加具有貢獻。在細菌增量中細菌總量增加明顯，因此必須篩選光譜的殺菌劑，提高殺菌效果，同時提高殺菌劑在體系中的用量，保證其進入井口之前水中有一定的殘值保證其在管線中效果[10]。

3 結論

（1）該區塊存在水質二次污染問題，即隨著處理后水在管線運移距離增加，水中懸浮固體含量在升高，水質二次污染明顯，井口注水水質難以達標。（2）造成懸浮固體增加原因主要在于有機和無機成分含量增加，有機主要是重質油在水中的累積，細菌在水中生長；無機成分主要是可溶性鈣鎂離子發生化學反應導致生成不溶物，管線腐蝕導致鐵含量增加形成鐵物質沉積，酸不溶性物質在管線中逐步累積等。（3）建議采用定期清洗管線、投加高效殺菌劑以及防止管線腐蝕辦法控制懸浮固體含量增加。

參考文獻

[1] 楊建華，高才松，馬新民，等.管線化學清洗硫化氫抑制劑的研究與應用[J].海洋石油，2003，23（4）：44-46.

[2] 吳紅軍，張鐵鍇，王寶輝，等.油田回注水水質惡化原因及機理分析[J].油氣田地面工程，2005，24（1）：25-27.

[3] 李金林，齊建華，劉中民.國外油田采出水回注處理工程介紹[J].給水排水，2005，34（6）：52-55.

[4] 劉鐵軍，李秋燕，杜際平.淺談油田回注水[J].淺談油田回注水，2005，25（4）：209.

[5] 油田采出水處理設計手冊[M].北京：中國石化出版社，2005.

[6] 何國健，楊旭.低滲透油田注水開發注水水質問題研究[J].能源與環境，2005（2）：45-47.

[7] 劉維震.關于油田注水水質標準及水質評價的探討[J].石油工業技術督，2003，19（7）：3-6.

[8] 王春英，張瑞.工程機械的防腐蝕設計與工藝[J].建筑機械化，2009（9）：41-44.

[9] 何業東，李曉剛，黃伯云.材料腐蝕及防護[M].3版.長沙：中南大學出版社，2009：177-201.

[10] 葉康民.金屬腐蝕及防護概論[M].3版.北京：高等教育出版社，1993：116-121.endprint