油田凈化污水改質解決回注水平衡的應用研究

吳迪華

中國石油新疆油田公司風城油田作業(yè)區(qū)

S 油田H 作業(yè)區(qū)目前稀油注水主力區(qū)塊為C 區(qū)塊和D 區(qū)塊，日均產(chǎn)水量3 000～7 000 m3，注水日均消耗1 500～2 000 m3，壓裂配液部分用水日均500～700 m3，注水量缺口33%～61%，富裕的采出水不能100%完全回用，需長期采用外排凈化水和階段性壓裂用水方式來緩解部分水平衡壓力。經(jīng)地質分析綜合考慮，計劃將C區(qū)塊的凈化污水一并轉輸至D區(qū)塊，但生產(chǎn)運行中主要受三方面技術難題影響：①C區(qū)塊凈化水與D區(qū)塊地層水配伍性差，易產(chǎn)生大量碳酸鈣結垢，亟需調整兩種水型中離子的化學平衡，提高自身水質穩(wěn)定性；②C區(qū)塊凈化污水轉輸D 區(qū)塊日均2 000 m3水量條件受限，需分三個階段對C區(qū)塊凈化水外輸系統(tǒng)進行工藝改造；③D區(qū)塊注水能力受限，隨著就地分水工藝投產(chǎn)，注水矛盾進一步凸顯，需調整和篩選注水井，暢通后路。2022 年為緩解稀油水平衡壓力，保障順利上產(chǎn)，亟需分階段通過新建配套處理單元、老區(qū)工藝優(yōu)化改造等措施，實現(xiàn)C區(qū)塊外輸凈化污水改質提量輸至D區(qū)塊，解決H作業(yè)區(qū)水平衡矛盾。

1 穩(wěn)定性評價

為保證后期注水穩(wěn)定性，對注水水質的要求除主要考慮含油量、懸浮固體含量、細菌含量達標外，還應重點考慮注水水質的結垢問題。為此，利用ScaleChem 軟件進行結垢預測，分別得出C 區(qū)塊凈化污水、D 區(qū)塊清水及采出水的水質穩(wěn)定性評價[1-5]結果（圖1～圖4）。

圖1 D區(qū)塊清水在25 ℃、1～400 bar下的結垢趨勢Fig.1 Scaling trend of clean water in Block D at 25 ℃and 1～400 bar

圖3 C區(qū)塊凈化污水在25 ℃、1～400 bar下的結垢趨勢Fig.3 Scaling trend of purified sewage in Block C at 25 ℃and 1～400 bar

圖4 C區(qū)塊凈化污水在45 ℃、1～400 bar下的結垢趨勢Fig.4 Scaling trend of purified sewage in Block C at 45 ℃and 1～400 bar

由ScaleChem 軟件結垢預測可知，D 區(qū)塊采出水產(chǎn)生少量的酸鈣結垢；C 區(qū)塊凈化污水穩(wěn)定性差，與油層水相混易產(chǎn)生沉淀，產(chǎn)生大量的碳酸鈣結垢，且隨著溫度的升高結垢量增加。

2 配伍性評價

2.1 C區(qū)塊凈化污水改質前

考慮將C 區(qū)塊凈化水轉注至D 區(qū)塊，利用ScaleChem 結垢預測與評估軟件，分別對C 區(qū)塊凈化污水與D區(qū)塊采出水、C區(qū)塊凈化污水與D區(qū)塊清水進行了配伍性評價[6]（圖5～圖7）。

圖5 C區(qū)塊凈化污水與D區(qū)塊采出水在25 ℃、200 bar下的結垢趨勢Fig.5 Scaling trend of purified sewage in Block C and produced water in Block D at 25 ℃and 200 bar

圖6 C區(qū)塊凈化污水與D區(qū)塊清水在25 ℃、200 bar下的結垢趨勢Fig.6 Scaling trend of purified sewage in Block C and clean water in Block D at 25 ℃and 200 bar

圖7 C區(qū)塊凈化污水與D區(qū)塊清水在25 ℃、350 bar下的結垢趨勢Fig.7 Scaling trend of purified sewage in Block C and clean water in Block D at 25 ℃and 350 bar

測算結果表明：C區(qū)塊凈化污水與D區(qū)塊清水及地層水配伍性差，易形成大量碳酸鈣結垢，且隨著溫度升高、壓力降低，結垢量增加[7-9]，主要原因是C區(qū)塊凈化污水自身的水質穩(wěn)定性差，易產(chǎn)生大量結垢，且隨溫度、壓力變化，結垢趨勢明顯；水質不配伍，D 區(qū)塊為碳酸氫鈉型水型，C 區(qū)塊為氯化鈣型水型。

2.2 C區(qū)塊凈化污水改質后

通過加入水質調控劑[10]，調整C 區(qū)塊采出水中各離子之間的化學平衡，避免碳酸根與鈣離子結合，減緩結垢趨勢，提高自身的水質穩(wěn)定性。改變兩種水型自身的水質穩(wěn)定性，碳酸鈣結垢消失，最終使水質穩(wěn)定性得到了明顯改善，滿足回注D區(qū)塊注水指標要求（圖8～圖9）。

圖8 C區(qū)塊凈化污水水質調控后與D區(qū)塊清水在25 ℃、200 bar下的結垢趨勢Fig.8 Scaling trend of purified sewage in Block C after water quality control and clean water in Block D at 25 ℃and 200 bar

測算結果表明：對C區(qū)塊凈化污水使用化學平衡調整后，碳酸鈣結垢消失，且相互之間可以以任意比例混合，不會產(chǎn)生結垢問題，可以完全配伍。

3 工藝應用與效果

3.1 現(xiàn)場工藝

結合室內實驗評價結果、現(xiàn)場實際情況踏勘，為實現(xiàn)注水水質穩(wěn)定、經(jīng)濟有效、全自動化，在D區(qū)塊清水增壓站利舊加藥罐，通過新增自動化加藥泵、管線和流量計，投加注水水質調控劑，對C區(qū)塊凈化污水進行水質調控處理，改質加藥工藝流程（圖10）。

圖10 改質加藥工藝流程Fig.10 Process flow of modification and dosing

主流程：C 區(qū)塊Q 轉油站凈化污水管輸→D 區(qū)塊高壓注水站儲水罐（400 m3×2座）→增壓泵→D區(qū)塊高壓或次高壓注水區(qū)域。

加藥流程：儲藥罐3 座（并聯(lián)）→新增2 座加藥泵→流量計→外輸增壓管線→水質監(jiān)控儀器→注水區(qū)塊。

3.2 改質后效果

C區(qū)塊凈化水為氯化鈣型水，與D區(qū)塊水（碳酸氫鈉型水）不配伍，存在碳酸鈣結垢趨勢，同時伴有腐蝕現(xiàn)象（點蝕）。現(xiàn)場篩選并使用有機膦酸鹽類和咪唑啉類藥劑進行復配，通過控制化學平衡減小化學反應推動力，解決結垢問題，并使結垢消失，且可以以任意比例混合[11-14]，滿足侵蝕性二氧化碳質量濃度大于1 mg/L，腐蝕速率小于0.076 mm/a的要求[15-16]（表1）。

表1 改質前后指標對比Tab.1 Comparison of indexes before and after modification

4 結論

本次C區(qū)塊凈化水改質回注D區(qū)塊，完成D區(qū)塊退清水的生產(chǎn)規(guī)劃，實現(xiàn)稀油水資源化利用，具有良好的推廣價值。從以上工藝研究應用及不同區(qū)塊配伍性分析，得出如下結論：

（1）通過對不同區(qū)塊水型的水質穩(wěn)定性、配伍性進行評價，加入改質劑后，碳酸鈣結垢消失，滿足任意比例摻混可行，實現(xiàn)侵蝕性二氧化碳質量濃度大于1 mg/L，腐蝕速率小于0.076 mm/a 的指標要求。

（2）通過不同區(qū)塊的水型改質并替換清水，解決水平衡矛盾，暢通后路。

（3）H作業(yè)區(qū)下半年在D區(qū)塊上產(chǎn)，預計壓裂用水量33×104m3，通過C 區(qū)塊外輸凈化水改質轉輸，可解決部分壓裂用水需求，最終實現(xiàn)一水兩用的效果。