氣田水回注方式研究

張鵬飛

（四川科宏石油天然氣工程有限公司，四川成都 610000）

氣田生產過程中，對氣田水的處理主要有回注法、膜法、綜合利用法等，其中回注法的應用最常見。在氣田水回注方法SY/T 6596—2004中，明確規定了氣田水回注井、回注層的要求[1]。隨著氣田生產技術的進步，氣田水回注工藝也應該不斷改進，切實滿足水處理要求。

1 氣田水回注流程和常見問題

1.1 回注流程

氣田水回注，就是將氣井產生的氣田水，重新注入地層的過程。回注過程中，為了防止形成環境問題，對回注層的要求如下：①優先選擇廢棄井、枯竭井；②結合水文地質條件，回注后不會污染淡水層；③儲存空間足夠，能滿足長期回注要求；④上下隔層不竄漏，連貫性好，沒有斷層、出露點；⑤吸滲能力強，不會引起回注水外泄、外注；⑥回注層的巖性和地層水配伍性好，不會形成沉淀、堵塞現象。一般情況下，氣田水回注流程是：收集氣田水→沉淀除油→加入藥劑→二次沉淀→儲存→回注。

其中，沉淀和二次沉淀處理，主要是改善氣田水的質量，滿足回注標準：①水質穩定，和地層水混合后不會沉淀；②回注水不會促使黏土礦物懸浮、膨脹；③回注水的懸浮物、油、有機淤泥、乳化液含量均達標；④對注水設施的腐蝕性小；⑤與回注巖層、地層水的配伍性好。回注作業時，設備主要是離心泵或柱塞泵，前者的排量大、壓力小，后者的壓力高、回注量小，應該根據實際工況進行選擇，提高綜合效益。

1.2 常見問題

氣田開采過程中，隨著氣田水增多，回注站的工作量也在增加，加重了機泵負荷，實際作業中就可能出現一些問題，總結如下：

第一，機泵發生故障。回注泵在使用時，長期接觸氣田水，會導致內部元件腐蝕、損壞，常見故障有機封漏水、盤根漏水等。機泵發生故障后，必須對泵體拆開，分離電機和泵，維修后重新安裝。多次拆裝維修后，會導致電機轉動軸、機泵轉動軸不同心，繼而引起軸承損壞。如果機泵元件的出廠質量差，那么后期運行中的故障就會增多，提高了維修率。

第二，回注設施腐蝕。注水管線在設計時，均采用耐腐蝕方案，但隨著使用時間延長，管線壁厚發生腐蝕，集中在管線下部、彎頭、焊縫等部位[2]。在控制閥上，井口閘閥容易出現閥桿外漏、閘板脫落、控制閥失能等問題。針對這些故障，即使進行維修，也會降低工作性能。

第三，蒸汽影響環境。維修過程中，機泵盤根漏水、管線泄漏等問題，導致氣田水積聚在站場內，氣田水揮發出的氣體會影響環境。

2 氣田水加壓回注的設想和實現方式

2.1 設想

結合實踐可知，氣田水回注作業中，對設備造成的腐蝕非常嚴重，增加了維修工作量。為了解決這個問題，可嘗試加壓回注工藝，要點包括三個方面：

第一，減少動設備數量。動設備的密封點多，這是發生泄漏的一個主要原因。回注作業中，機泵要降溫、潤滑處理，因此潤滑油要經常補充[3]。如果動設備發生故障，就要更換零部件，一來更換的零部件質量和原件的質量有差異，二來因停工會影響生產。因此，減少動設備的數量，才能從根本上解決這一問題。第二，設備少接觸氣田水。氣田水具有較強的腐蝕性，設備和氣田水長期接觸，就會引起腐蝕問題。選用設備時，對設備內表面進行防腐處理，減少設備和氣田水的接觸面積、接觸時間，就能保護設備性能。第三，方便運行和維修。加壓回注系統的運行，應該方便運行和維修，降低人力成本，提高運行效率。

基于以上三個條件，可以從高含硫氣井氣田的水處理工作吸取經驗，在回注過程中使用壓力容器。氣田水回注時，將化學藥劑、沉淀氣田水，倒進壓力容器中，以天然氣或壓縮空氣為動力，加壓到一定壓力，促使氣田水回注到地層。如此作業，一方面能減少設備和密封點的數量，另一方面氣田水和設備的接觸減少，可以保護設備，降低維修成本。

2.2 實現方式

第一，選擇壓力容器。參考高含硫氣井氣田的作業，氣田水回注壓力容器可以選擇閃蒸罐，其容積在20m3以上，設計壓力約為1.0MPa，且內表面進行防腐蝕處理。針對使用時間達到10a的閃蒸罐進行檢測，結果顯示性能依然滿足使用條件。另外，根據高含硫氣井的特點，也可以選擇抗腐蝕性的玻璃鋼罐，在氣田生產現場，玻璃鋼罐可用來存放氣田水[4]。

第二，選擇回注氣源。回注氣源有兩種選擇：一是井站燃料氣。回注站自用的燃料氣，供氣壓力一般為0.3MPa，供氣管網內的壓力為2.5MPa，機泵回注壓力為0.6MPa。對此，提高燃料氣供氣系統的壓力，可以滿足回注要求。二是壓縮空氣。使用壓縮空氣作為氣源，應選擇合適的空氣壓縮機，壓縮空氣和氣田水接觸，能防止設備腐蝕，有利于壓縮機使用和維修。

第三，自動化控制。以排污系統為例，使用液位高度控制開關，能動態監測容器壓力值，通過回注次數準確計算容積，實現精確計量、遠程控制的目標。如果整個回注系統均實現自動化，就能顯著降低人力成本。

第四，回注管線耐腐蝕處理。為了解決回注管線的腐蝕問題，應選擇耐腐蝕的管材，并對管道內表面進行防腐處理，或者使用玻璃材質的管線[5]。

3 工程實例分析

3.1 工程概況

以國內某油氣田為例，共計注水井1 000多口，井下作業每年400井次，每井次產生氣田水160m3。注水井泄壓方式有兩種：一是在井口連接管線，將氣田水排放至排污池，但會污染周圍環境；二是使用罐車運輸至指定地點回注，缺點是作業不連續，不僅延長了泄壓時間，還會增加運輸成本。

3.2 回注裝置

結合該油氣田的生產情況，決定采用高壓氣田水回注方案。裝置組成包括沉降罐、過濾器、喂水泵、柱塞泵、連接閥、高壓軟管等，同時配置壓力表、流量計等，保證運行穩定性。該回注方案中，首先對氣田水進行沉降、除雜、過濾，然后經注水管線進入加壓配水間，最后回注至配水間或注水井。總結技術特點如下：①注水井的泄壓速度快，能縮短放壓周期；②氣田水處理后就地回注，節省了運輸費用；③回注裝置的體積小、結構簡單，方便現場組裝；④回注作業工藝簡單，有利于現場操作。

3.3 工藝試驗

針對回注作業中的問題，采用三種工藝進行對比。

第一，回注鄰井。氣田水經沉降除雜過濾后，利用柱塞泵加壓輸送至配水間，然后使用分水器回注到配水間的其他注水井。試驗顯示，注水壓力和設計值一致，注水量為3.0～3.5m3/h，能滿足現場施工要求，但受到泄壓井放噴量、鄰井配注量的限制。

第二，回注流程。氣田水沉降除雜過濾后，利用柱塞泵加壓輸送至配水間，然后使用分水器回注到閥組來水流程。試驗顯示，注水壓力提高，注水量為3.0～3.5m3/h，能滿足現場施工要求，但同閥組的注水井要停注。

第三，回注鄰井和流程。對前兩種方案相結合，氣田水沉降除雜過濾后，利用柱塞泵加壓輸送至配水間，一部分回注到其他注水井，一部分回注到閥組來水流程。試驗顯示，注水壓力達到18MPa，注水量為3.0～3.5m3/h，能滿足現場施工要求；而且不受泄壓井放噴量、鄰井配注量的限制，解決了同閥組的注水井停注問題。

4 結語

綜上所述，氣田生產過程中，氣田水回注是一個關鍵環節，隨著運行時間延長，容易出現多種問題，例如機泵故障、回注設施腐蝕、蒸汽影響環境等。介紹了加壓回注方案的應用，結合工程實例探討了工藝改進方法，結果表明：將氣田水同時回注鄰井和流程，既能滿足現場施工要求，又能解決工藝問題。