低滲透油田回注地層水處理工藝技術優化

易愛文 毛濃利

（延長油田股份有限公司杏子川采油廠）

油田區塊開發采出原油的含水率已達70%～80%，部分井區甚至超過90%，油水分離后會產生大量的含油污水。 近年來，油田產出污水是油田注入水的重要來源，為油田產量提升做出了很大貢獻［1］。延長油田注水水質要求雖有自行標準，但由于技術條件和管理水平有限，注水開發中逐漸暴露的問題是： 注入水中的雜質、 總鐵含量、污油、細菌、化學離子、溶解氧及硫化氫等指標都比清水中的含量高；油管腐蝕穿孔進而影響分層注水效果；腐蝕結垢嚴重，造成注入壓力升高、測試調配遇阻等。 這些問題在近幾年尤其嚴重，已成為影響油田注水的主要因素［2，3］。 因此，在分析低滲透油田注水開發的注水水質達標管理過程中，有必要進一步從污水處理工藝系統進行深入細致的研究。 目前，國內外普遍采用除油和過濾兩級處理的含油污水處理工藝方法［4～6］。對于滲透性好的油層， 污水經除油和一級過濾后即可回注，而對于低滲透油層，則要進行二級或三級過濾［7］。延長油田大部分油藏呈現典型的“低滲、特低滲”特征，部分地區滲透率甚至在1mD 以下，常規的三級過濾處理很難滿足油田注入水質的要求。

目前，精細注水已成為低滲透油田開發工作中最為經濟有效的方式，注水水質作為影響開發指標的重要因素顯得尤為重要。 注水水質的好壞不僅影響注水工藝系統的效率，更影響油藏的開發的指標和效果。 水質較差會對管線和井筒造成腐蝕、結垢，增加油田開發運行成本。 筆者結合研究區塊污水處理工藝現狀，分析了部分注水水質未能達標的問題及其原因。 提出了3 項提升注水水質的方法：一是前端增加沉降池，延長污水沉降時間；二是井口增加二級精細過濾，防止管道污垢二次污染；三是結合配伍性實驗，優化加藥制度體系。

1 前端增加沉降池

經長期實踐發現，原有三級沉降池起不到沉降除油作用， 大量含油污水進入水處理設備后，污泥和乳化油富集在精細過濾裝置表面（纖維球或者燒結管），損壞精細過濾設備，造成了嚴重的經濟損失。 為克服現有技術的不足，結合常規污水處理工藝和油層產出水特征，提出了改進的三級沉降池污水處理撬配套工程方案，即在原有基礎上發明并應用了一種油田污水自動隔油除砂沉降池，如圖1 所示。

自動隔油除砂沉降池（5.0m×13.0m×4.0m）主要由卸水池 （5.0m×1.0m）、 隔油沉砂池 （5.0m×10.0m）和凈水收集池（5.0m×2.0m）組成。 具體工藝過程為： 油田污水先通過卸水池緩沖來水沖擊， 經沉降池穩流從中部斜孔進入隔油沉砂池，在重力作用下泥砂沿沉砂池斜底進入集泥池，污油經擋油板阻擋上浮，污水經溢流堰進入凈水收集池。 其中，污泥由集泥池安裝的污泥提升泵定期清理；污油由收油管線進入集油池；污水由污水提升泵提升繼續流入后續水處理設備。 另外，凈水收集池中安裝有高、低液位報警裝置，控制污水提升泵的啟停，實現自動化。

圖1 油田污水自動隔油除砂沉降池示意圖

通過優化沉降池工藝流程和結構，將三級沉降環節分離，同時配套自動除油、除砂設備，可延長含油污水的沉降時間， 改善除油和沉砂的功能，確保節點處理水質達標，提高整體污水處理的效果［8］。

2 二級精細過濾

經水處理設備凈化后的污水通過長距離管線運輸至注水井后，即可發揮油田注水開發的作用，既能提升地層壓力，又能增加開發效率。 但由于管線運輸距離過長， 溫度等環境條件改變，導致處理后的凈化污水的水質變差。 運輸管道內細菌大量繁殖，尤其是硫酸鹽產物較多，致使凈化污水的懸浮物增多，管線結垢和腐蝕加劇，最終造成地下油層的喉道堵塞、部分中低滲透層的吸水能力變差及注水產液結構失調等結果［9］。 這與注水開發的最初目的相違背，也是不綠色且不可持續的。 為了改變這一被動局面，提出注水井口增加二級精細過濾，事實證明注水井井口精細過濾技術是解決二次污染問題的有效途徑［10］。

通過對傳統三級過濾系統加以改進，在原系統之前新增預處理工藝，之后新增井口高壓精細過濾工藝，形成一種簡單、高效的油田產出水五級處理系統（圖2）。 該系統包括預處理沉降池1、氣浮裝置2、粗過濾設備3、精細過濾設備4 和井口高壓精細過濾器5。 預處理沉降池通過加藥和充分的物理沉降， 能將油田產出水中的泥沙、懸浮物、污水和原油較好地分離。 而井口高壓精細過濾器能對凈水罐和注水管線來水實施精細過濾，有效防止處理后的凈水在儲存和輸送過程中受到二次污染而造成對地層的傷害。

油田產出水五級處理系統中，在粗過濾設備后增加精細過濾設備和井口高壓精細過濾器，即形成二級井口精細過濾（圖2 中第4、5 部分）。 其中， 精細過濾設備中的的若干精細過濾器4-1 為改性PE 精細過濾器，一般是多臺并聯使用，并聯的設備數量由系統的處理規模確定，精細過濾器4-1 內填充的過濾介質4-2 是由多根平行排列的改性PE 燒結管組成的， 可以除去微小的油滴和細小的懸浮物，精細過濾之后的污水基本可以達到低滲透油田的注入水質標準；經精細過濾設備4 處理合格的污水經管線和閥門被輸送到凈水罐6 儲存， 然后通過柱塞式注水泵7 加壓后進入注水管線，進入井口高壓精細過濾器5，該過濾器的過濾介質是致密的金屬網濾芯管5-2， 能夠對注入水實施精細過濾，最后將精細過濾后的水通過注水井口閥門5-5 和注水管柱5-6 注入地層。 經推廣應用發現，二級精細過濾對注水開發效果起著決定性的作用，大幅提升了油田開發的效率。

3 加藥制度體系優化

圖2 油田產出水五級處理系統示意圖

與高滲透油田相比，延長油田大部分低滲透油田孔喉小、滲透率低且儲層非均質性強，一旦注入水與儲層巖石或流體不配伍，會導致儲層受到傷害，影響油田開采能力。 因此，必須確定注入水與儲層巖石或流體的配伍性，合理確定注水水源及其水質處理措施［11］。 為此，對部分注水區塊的采出水或水源進行了配伍性實驗對比，配伍性實驗結果不僅能夠為后期注水或混合回注提供實驗依據，同時可以作為配注水加藥體系制定的基礎依據，這對低滲透油田注水開發具有一定的指導意義。

3.1 配伍性實驗結果

本次配伍性實驗分別選取了6 個采油隊的不同層位采出水或水源為樣本， 首先通過分析SW-639 阻垢劑的濃度對阻垢率的影響， 進行了為期19h 的實驗來確定阻垢劑最優加入量，實驗結果見表1。

表1 不同阻垢劑的阻垢率分析

分析表明，SW-639 阻垢劑加入量為50mg/L時，阻垢率最大，達到98.4%。 因此，SW-639 阻垢劑的最佳加入量為50mg/L。

首先，分別檢測所取配伍性實驗水樣的水型和礦化度，并記錄鈣鎂離子的含量；其次，不加阻垢劑，按不同混合比例對水樣進行混合，混合均勻后放水浴鍋內培養，將每個水樣取兩份，分別按20、30、40、50、60mg/L 投加比例加入阻垢劑，再按不加阻垢劑時的混合比例對水樣進行混合，混合均勻后放水浴鍋內培養，48h 后滴定其中鈣鎂離子的含量，并做記錄；最后，計算靜置前和靜置后水樣的總硬度，根據靜置前后水樣的總硬度算出鈣鎂離子得失率， 并根據鈣鎂離子的得失率，得出配伍性是否良好。 實驗結果見表2。

由表2 可以看出， 阻垢劑在不同投加比例下，鈣鎂得失率均有明顯改善，且阻垢蝕劑投加比例在50mg/L 時，阻垢效果良好。 在阻垢劑對水質改變效果不明顯時，通過調整水源比例來改善配伍性，即可達到回注要求。 配伍性實驗結果表明，科學高效注水有依據，原有注水方案可靠性也得到論證。

3.2 注水站點加藥標準體系制定

根據油田注水站點各污水的來水情況進行現場配伍性實驗， 結合實驗室燒杯實驗結果，針對絮凝劑、除鐵劑、除硫劑、殺菌劑、助凝劑和阻垢劑6 種藥劑，分區塊、分季節且分地層制定了2018 年各污水站點新的完整加藥標準 （均以每處理10m3污水為標準制定加藥量）體系。以采油 4 隊注水區塊為例，其具體加藥標準見表3。

表2 配伍性實驗結果

表3 采油4 隊加藥標準 kg

根據加藥經驗，各站點在加藥時應注意加藥次序為：除硫劑/除鐵劑、絮凝劑、助凝劑、阻垢劑、殺菌劑，pH 調節劑（堿性）根據處理后水的pH 值化驗結果適量添加。 所有標準溶液配比為：助凝劑按3‰溶液濃度配比， 其他藥劑均按10%溶液濃度配比。 還應注意的是：一般冬季的加藥量相比夏季有所減少，實際應根據每天的來水情況或每次化驗結果適當調整相關藥劑的加藥比例，確保水質達標。

4 實踐效果

通過實踐，總結出注水水質提升的主要手段為：

a. 開展水處理系統定期清污的工作，對水處理系統的沉降罐和凈水罐、注水系統的恒流配水器和高壓井口精細過濾器定期清理，清水處理系統每年至少清理一次，污水處理系統每年至少清理兩次，為水質達標提供技術支撐；

b. 進一步完善水處理加藥制度和水質監測流程，針對全廠各注水站（特別是污水站）的來水特點，制定相應加藥方案，制定了《注入水質監測管理標準》、《注水系統藥劑投加標準》及《各區塊注水站點加藥方案》等，為水質達標提供制度保障；

c. 完善10 座基層化驗室標準化建設， 配齊人員、設備和藥品，進行全部13 項水質指標的檢測，形成“執行加藥、水質監測、調整加藥”的良性循環，且采油廠中心化驗室創新性地開展了原油物性化驗工作，對各區塊原油進行粘度、密度等項目化驗，為水質達標進一步奠定了良好基礎。

某站點水處理系統通過以上工藝升級改建后，無論處理效果還是處理成本，均取得了一定的技術效益和經濟效益（表4）。

表4 站點改建前后的部分水質數據表

5 結束語

為進一步提高油田水質達標率，從技術層面上提出了一種油田污水自動隔油除砂沉降池和一種油田產出水五級處理系統，并獲得了技術專利的認可；在管理制度方面，提出新的加藥制度體系，并推廣注入水質節點控制法，實施“三段式”水質管理法，分別對來水、污水處理站和井口實行逐級監測污水處理設備運行狀況和污水處理效果，實現了水質監測的精細化。

通過這幾年的注水運行，延長油田逐漸形成了依據水質科學加藥、污水沉降池定期清污和水處理濾料定期更換的工作制度，實現了加藥有方案、水質有監測且水處理系統定期維護的良性循環，注入水質合格率不斷提高，從2013 年初不足50%提升到現在85%以上，不僅解決了注水水質未達標的問題，也為低滲透油田注水水質達標技術的實施提供了參考依據。