對(duì)油田注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法的探討

馬文衡 王 永 劉麗敏 趙董艷 徐超慧 偉 娜

中國石油華北油田分公司 采油工藝研究院 （河北 任丘 062552）

對(duì)油田注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法的探討

馬文衡 王 永 劉麗敏 趙董艷 徐超慧 偉 娜

中國石油華北油田分公司 采油工藝研究院 （河北 任丘 062552）

結(jié)合油田注水水質(zhì)監(jiān)測的現(xiàn)場和實(shí)驗(yàn)室工作對(duì)SY/T 5329-94《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》中水質(zhì)指標(biāo)和分析方法進(jìn)行探討。主要討論了懸浮固體、顆粒粒徑中值、含油量、坑蝕、細(xì)菌等項(xiàng)目的指標(biāo)和分析方法。對(duì)注水水質(zhì)指標(biāo)及其分析方法的修訂提出了一些建議。

油田注水 水質(zhì)指標(biāo) 分析方法

油田注水開采是采油生產(chǎn)的一種重要方式。在我國不僅二次采油普遍采用，有很多油田從開始開采就采用注水方式。

注入油層的水主要有兩大部分，一是取自水源的水；二是開采油、氣時(shí)由地層采出的采出水。當(dāng)這些水注入地層后，是否會(huì)對(duì)地層產(chǎn)生傷害，影響油氣的正常生產(chǎn)就成為關(guān)注的重點(diǎn)。研究注入水的水質(zhì)指標(biāo)是否適合所開發(fā)的油藏地質(zhì)特點(diǎn)關(guān)系到油氣正常生產(chǎn)，是降低運(yùn)行成本，提高經(jīng)濟(jì)效益的重要內(nèi)容之一。

國內(nèi)外油氣工作者對(duì)注入水水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究和注水實(shí)踐，取得了豐富的經(jīng)驗(yàn)。美國石油學(xué)會(huì)（API）在20世紀(jì)50年代就制定了“用濾膜方法確定地下注入水水質(zhì)”的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)方法。我國也結(jié)合國內(nèi)外的注水實(shí)踐和研究成果在20世紀(jì)90年代修訂了 “碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法”，形成SY/T 5329-94版作為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[1]。這一標(biāo)準(zhǔn)對(duì)我國油氣生產(chǎn)中的注水水質(zhì)進(jìn)行了規(guī)范，為推動(dòng)注水技術(shù)進(jìn)步和注水水質(zhì)的提高起到了重要作用。隨著研究的深入，一些新的經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，應(yīng)該體現(xiàn)在注水實(shí)踐中,這就要求對(duì)原有的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂。

1 關(guān)于注水水質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)名詞術(shù)語

1.1 懸浮固體（SS）

按SY/T 5329-94的定義為：用0.45μm濾膜過濾水時(shí)膜上的載留物，經(jīng)汽油或石油醚洗滌后的殘留物。

“油田水分析方法”SY/T 5523-2006《油田水分析方法》推薦的測定方法，一是GB/T 11901《水質(zhì)懸浮物的測定 重量法》，用0.45μm濾膜過濾水、膜上截留物為SS。沒有用汽油或石油醚洗滌一步。二是按NACE TM 0173-2005的定義[2]，懸浮固體定義同GB/T 11901。此標(biāo)準(zhǔn)是API推薦的油田水分析方法。兩種差別只在于水中油是否計(jì)入懸浮固體內(nèi)。SS測試目的是檢查堵塞地層的孔隙通道的物質(zhì)。油和固體類物質(zhì)都有堵塞的作用。油田采出水過濾時(shí)在濾膜上截留物主要是鐵的硫化物及其氧化物、碳酸鹽和硫酸鹽的沉淀物、砂和硅、油類物質(zhì)、石蠟類和瀝青以及生物類物質(zhì)，這些物質(zhì)都應(yīng)一并計(jì)算在SS內(nèi)更為合理。因?yàn)槭灱盀r青類物質(zhì)堵塞時(shí)用酸化辦法無法解堵，其危害作用更大。有機(jī)溶劑洗掉的主要有膠體顆粒的原油、蠟、瀝青等，與檢驗(yàn)SS的目的相悖。

1.2 懸浮顆粒粒徑中值

SY/T 5329-94的名詞術(shù)語中定義為“水中顆粒的累積體積占顆?？傮w積的50%時(shí)的顆粒直徑”。

這一定義在使用不同顆粒度分析儀時(shí)會(huì)得出不確定的值。例如，使用庫爾特計(jì)數(shù)器時(shí)，由于每一種小孔管都有一特定的測定范圍，所以一種水用不同的小孔管測試時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果。不僅如此，SS分別為0.4mg/L和2.3mg/L的水用粒度分析儀測定其粒徑中值，結(jié)果SS為0.4mg/L的水的粒徑中值大于2.3mg/L的水的值[3]。

1.3 水中含油量

水中含油量是采出水中一項(xiàng)重要指標(biāo)，對(duì)于一般注水這項(xiàng)指標(biāo)意義不大，但如果采用工業(yè)廢水或某些水作為注水水源，此項(xiàng)指標(biāo)很有意義。對(duì)于采出水回注更是一項(xiàng)重要指標(biāo)。

水中含油有游離狀態(tài)——油水成明顯的兩相狀態(tài)；乳化狀態(tài)——油以微小油滴狀態(tài)較穩(wěn)定地懸浮于水中，無明顯相界面（實(shí)際上是兩相體系）；溶解狀態(tài)——以分子形式存在于水中。另外，采出水中像蠟等也會(huì)當(dāng)成“油”而被測量。有時(shí)蠟呈固體顆粒狀態(tài)。由于“油”是一種混合物，而不是單質(zhì)，所以測定“含油量”與測試目的及方法密切相關(guān)。如果要測定固體顆粒和乳化狀態(tài)的“油”注水時(shí)對(duì)地層的傷害，可以在測定SS時(shí)從濾膜上截留物中用有機(jī)溶劑洗滌，定義洗滌掉的量為“含油量”。不過石油醚和汽油對(duì)蠟和瀝青等溶解效果較差，可用氯仿或四氯化碳等。如果要知道油類物質(zhì)對(duì)水的污染狀況，可以用氯仿等有機(jī)溶劑對(duì)水樣進(jìn)行萃取，用紅外分光儀測定水中油含量[4,5]，但不應(yīng)該使用石油醚或汽油作為溶劑，因?yàn)檩腿⌒Ч缓谩?/p>

1.4 均勻腐蝕和坑蝕

在注水工程中，均勻腐蝕和坑蝕都會(huì)對(duì)生產(chǎn)管道和設(shè)備產(chǎn)生危害。同樣的平均腐蝕速度，當(dāng)主要是由均勻腐蝕造成的，對(duì)系統(tǒng)有一定危害。但如果主要是坑蝕造成的，危害會(huì)很大。按腐蝕測試方法對(duì)坑蝕的定義為“局部腐蝕結(jié)果形成蝕坑”[6]。

在現(xiàn)場注水井口掛片測定腐蝕速度時(shí)，曾發(fā)現(xiàn)有的掛片兩個(gè)最大表面上有一面產(chǎn)生了較為嚴(yán)重的腐蝕，而另一個(gè)大面仍然較為光亮。產(chǎn)生腐蝕的地方不是一個(gè)點(diǎn)，是一個(gè)較大面積，而且面積內(nèi)不平。這種腐蝕可能稱為“局部腐蝕”更確切。如果能明確描述腐蝕狀況并能定量其腐蝕速度，對(duì)腐蝕控制會(huì)更有意義?！翱游g”的定義更明確、準(zhǔn)確，建議使用“坑蝕”替換“點(diǎn)蝕”。

2 關(guān)于注水水質(zhì)指標(biāo)

2.1 懸浮固體含量

如果考慮到水中固體類物質(zhì) （也包括結(jié)晶的蠟顆粒和膠質(zhì)瀝青固體物）和乳化狀態(tài)的小油滴對(duì)地層的堵塞都有一定的作用,可以用0.45μm濾膜截留物的量作為懸浮固體含量數(shù)值。這時(shí)可能使測定結(jié)果高于SY/T 5329-94表1中的數(shù)值，但這一數(shù)據(jù)更符合測試目的,更能說明注入水對(duì)地層的危害情況。

2.2 含油量

如果用氯仿沖洗濾膜截留物，得到可能引起地層堵塞的有機(jī)物（包括乳化油、蠟、膠質(zhì)瀝青等），這一含油量不包括可溶解的油和可以透過0.45μm膜的油，對(duì)分析判斷引起地層堵塞的原因有重要作用。但這一數(shù)值可能比用GB/T 16488-1996和ASTM D3921-2003兩種方法給出的數(shù)值（水中含油量）低。當(dāng)為了考察水被石油類物質(zhì)污染時(shí)，則應(yīng)采用溶劑萃取水測定油的方法。

2.3 粒徑中值

測定水中懸浮固體顆粒直徑分布時(shí)，水中的乳化油、蠟和膠質(zhì)瀝青顆粒等都不應(yīng)該（或不能）在測前進(jìn)行分離。所測數(shù)值包括了這些物質(zhì)。由于粒徑中值的測定不完善性，可改用體積平均直徑作為衡量顆粒粒徑的指標(biāo)，也可以采用所測的水體積中含SS的總體積值表示，這兩個(gè)指標(biāo)測試時(shí)不隨儀器的變化而變化[3]。

2.4 坑蝕和均勻腐蝕

坑蝕和均勻腐蝕在注入水處理過程中其控制工藝與去除水中SS和含油量不同。去除SS和含油往往要求越高，處理工藝越復(fù)雜、工程投入越多。腐蝕速度的控制大多數(shù)是通過加緩蝕劑或控制腐蝕因素等來實(shí)現(xiàn)的。所以平均腐蝕率對(duì)各種標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)只用一個(gè)0.076mm/a。同樣道理，對(duì)坑蝕情況也沒有必要按A、B、C的各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)來要求 （見SY/T 5329-94表1），但確該提出坑蝕速率的指標(biāo)，測定規(guī)定時(shí)間內(nèi)的蝕坑最大深度除以測定時(shí)間就可以得到坑蝕速率。

2.5 細(xì)菌指標(biāo)

對(duì)腐生菌和鐵細(xì)菌的指標(biāo)要求應(yīng)該看成更符合現(xiàn)場實(shí)際情況，可以將硫酸鹽還原菌（SRB）的指標(biāo)給值辦法參照以上兩種菌的(見SY/T5329-94表1)。

2.6 關(guān)于附錄A

SY/T 5329-94的附錄A是注水水質(zhì)評(píng)價(jià)的重要內(nèi)容。在一個(gè)新油田開始開發(fā)的初期，只要是注水開發(fā)都必須選擇注水水源，而附錄A正是選擇水源的依據(jù)。在SY/T 5523-2006中引用了API RP-45的概述中內(nèi)容[7]，再結(jié)合附錄A可以給出更切合我國國情的評(píng)價(jià)內(nèi)容和辦法。

2.7 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

油田注水水質(zhì)指標(biāo)是決定注水工程投資和投產(chǎn)后運(yùn)行費(fèi)用的關(guān)鍵因素。以去除水中SS和含油為例，要求SS和含油量越低，需要處理設(shè)備越多，水處理流程越復(fù)雜，建設(shè)投資越大，水處理運(yùn)行費(fèi)用也高。但投產(chǎn)后油層保護(hù)很好，產(chǎn)油量穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)效益好，注水井洗井次數(shù)少，作業(yè)費(fèi)用低。

按理論分析，應(yīng)該存在一個(gè)注水水質(zhì)指標(biāo)范圍，在這個(gè)范圍內(nèi)注水工程投資的折舊年費(fèi)用與水處理運(yùn)行年費(fèi)用再加上注水井作業(yè)年費(fèi)用之和處在一個(gè)較低的范圍內(nèi)，而超過這一水質(zhì)指標(biāo)則會(huì)使3項(xiàng)之和在一個(gè)較高范圍。

我國已有較長期的注水實(shí)踐。各油田可根據(jù)注水實(shí)踐進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，會(huì)得到一個(gè)技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理的注水水質(zhì)指標(biāo)范圍。

3 水質(zhì)測試技術(shù)

（1）測試方法是測試結(jié)果可靠的保證。SY/T 5329-94引用了不少行標(biāo)和國標(biāo)作為測試方法。石油行業(yè)關(guān)于油田水的分析方法還有一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)，即SY/T 5523-2006《油田水分析方法》?，F(xiàn)行的SY/T 5523是2006年重新修訂的版本，較前版有較多修訂。應(yīng)該使兩個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致。

（2）SY/T 5523-2006推薦的“用濾膜法確定地下注入水水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)方法”中測定水中SS用0.45μm膜過濾法，而不用有機(jī)溶劑洗滌，與國標(biāo)一致，建議采用此法。

（3）水中含油建議采用國標(biāo)GB/T 16488-1996紅外光度法，此法與API推薦作法一致。

（4）細(xì)菌測試建議采用SY/T 5523-2006推薦的NACE TM 0194《油氣系統(tǒng)中細(xì)菌生長的現(xiàn)場監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)方法[8]。這一方法較API RP 38有較大變化，對(duì)浮游菌采樣和固著菌的采樣及計(jì)數(shù)方法都有新內(nèi)容。其中還特別規(guī)范了殺生劑效果的評(píng)價(jià)方法。

（5）SS顆粒粒徑分布測定建議用激光粒度分析儀。庫爾特粒度分析儀的小孔管在測定污水時(shí)很容易堵塞，而且要求用0.2μm超凈水做為本底水，預(yù)處理操作較繁瑣。

（6）對(duì)于水質(zhì)測試管應(yīng)慎用，因?yàn)槠渌菰葱暂^差。如果采用時(shí)應(yīng)在使用前對(duì)一批測試管與標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)。

（7）腐蝕速度的測試?？游g或局部腐蝕有時(shí)可能是一個(gè)系統(tǒng)危害最大的腐蝕。筆者認(rèn)為坑蝕都可以用“坑蝕”速率來衡量。但在腐蝕特點(diǎn)上應(yīng)注明實(shí)際的腐蝕形態(tài)，包括面積、面積點(diǎn)數(shù)、直徑、深度等。

坑蝕速度：用坑蝕測深儀測量規(guī)定時(shí)間內(nèi)的最深的蝕坑的深度，計(jì)算其腐蝕速率[9]：

式中 r1—可能最大坑蝕速率，mm/a;

h1—表面最深蝕坑深度，mm；

t—測試時(shí)間，h。

（8）腐蝕試片的放置位置。當(dāng)需要在現(xiàn)場掛試片測試腐蝕速度時(shí)，應(yīng)在腐蝕處或其附近放置試片。當(dāng)測量系統(tǒng)的腐蝕情況時(shí)，可以在儲(chǔ)水罐或管線上，設(shè)備上放置試片。不推薦在注水井口的頂部放置試片，因?yàn)榇颂幜鲃?dòng)狀態(tài)非常復(fù)雜，有時(shí)有氣體釋出，其結(jié)果代表性很差。

4 結(jié)束語

（1）注水水質(zhì)指標(biāo)是注水工程的重要內(nèi)容。碎屑巖注水水質(zhì)推薦指標(biāo)對(duì)我國油氣生產(chǎn)曾起到重要作用。修訂SY/T 5329-94使之更完善，是一項(xiàng)重要工作。建議能對(duì)實(shí)際工作中出現(xiàn)的問題在修訂版中予以重視，使之更切合現(xiàn)場應(yīng)用。

（2）檢測方法是與水質(zhì)指標(biāo)同樣重要的內(nèi)容。國家發(fā)改委組織修訂的SY/T 5523-2006《油田水分析方法》吸收了當(dāng)前一些發(fā)達(dá)國家的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法。建議在修訂SY/T 5329-94時(shí)，盡可能與之協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

（3）美國石油學(xué)會(huì)（API）沒有設(shè)全國性的統(tǒng)一注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，而只是提供了一個(gè)用濾膜法確定注水水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)方法。建議增加使用這一方法確定不同地質(zhì)條件下注水水質(zhì)的指導(dǎo)方法。

[1]SY/T 5329-94碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法[S].

[2]NACE TM0173-2005 methods for determining quality of subsurface injection using membrane filter[S].

[3]張瑞成,王峰.采出水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)懸浮固體規(guī)定的合理性探討[J]石油規(guī)劃設(shè)計(jì),2005,16(5):33-34.

[4]GB/T 16488-1996水質(zhì) 石油類和動(dòng)植物油的測定 紅外光度法[S].

[5]ASTM D3921-96 Standard test method for oil and grease and petroleum hydrocarbons in water[S].

[6]ANSI/ADA 97-2002 corrosion test methods[S].

[7]SY/T 5523-2006油田水分析方法[S].

[8]NACE TM0194-2004 field monitoring of bacterial growth in oil and gas systems[S].

[9]SY/T 5273-2000油田采出水用緩蝕劑性能評(píng)價(jià)方法[S].

Combined with works at the worksite and laboratory of oilfield injected water quality monitoring,discussions are made around the water quality indexes and analysis methods in SY/T 5329-94,"The Recommended Indexex and Analysis Methods of Clastic Rock Oil Reserves Injected Water Quality".The emphasis of discussion focuses on the indexes and methods of the following items like suspending solid,middle value of particle diameter,oil-bearing content,and pitting corrosion.Finally,some suggestions are put forward about the revision of the injected water quality index and its analysis methods.

oilfield water injection;water quality indexes;analysis methods

馬文衡(1963-)，男，現(xiàn)主要從事油田化學(xué)方面的分析和研究工作。

路萍

2011-11-08▌