潿洲油田群生產(chǎn)污水作為注入水可行性研究

田藝，鄭華安，梁玉凱（中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057）

李玉光，何保生，王珊（中海油研究總院，北京 100027）

李蔚萍，向興金舒福昌，胡墨杰

（湖北漢科新技術(shù)股份有限公司荊州市漢科新技術(shù)研究所，湖北 荊州 434000）

目前，潿洲油田群以處理合格的海水為注入水水源，在注水過(guò)程中生產(chǎn)井出現(xiàn)了比較嚴(yán)重的結(jié)垢問(wèn)題，給油田正常生產(chǎn)帶來(lái)一些困難。另外，隨環(huán)保要求的不斷提高，允許潿洲油田群處理達(dá)標(biāo)的生產(chǎn)污水排海量逐年減少；如果繼續(xù)采用海水作為注入水水源，則向非目的儲(chǔ)層回注的生產(chǎn)污水量將逐年增多。為此，為了滿足節(jié)能減排的嚴(yán)格要求，生產(chǎn)污水作為目的儲(chǔ)層注入水的可行性研究迫在眉睫。

生產(chǎn)污水回注是生產(chǎn)污水的最佳出路。但生產(chǎn)污水中含有大量的Ca2＋、Mg2＋等易成垢離子和Cl－、等易腐蝕離子，由于壓力、溫度等條件的變化以及水的熱力學(xué)不穩(wěn)定性和化學(xué)不相容性，在回注過(guò)程中，存在系統(tǒng)內(nèi)金屬的腐蝕與結(jié)垢問(wèn)題［1～10］。那么，潿洲油田群生產(chǎn)污水是否可作為注入水水源，與注海水相比在解決結(jié)垢、防腐等問(wèn)題上是否存在優(yōu)勢(shì)，是要研究和解決的主要問(wèn)題。

1 潿洲油田群生產(chǎn)污水來(lái)源及回注簡(jiǎn)況

目前，生產(chǎn)污水來(lái)自 WZ12－1／11－1／11－1N／6－1／6－8／11－4N／6－9／6－10／11－2等共9個(gè)油田，將來(lái)還有部分污水來(lái)自在建的WZ6－12／12－8W等2個(gè)油田。

潿洲油田群生產(chǎn)污水經(jīng)過(guò) WZ12－1A平臺(tái)處理后，設(shè)計(jì)注入到 WZ12－1油田11口注水井和WZ6－9／6－10油田的3口注水井中。由圖1可知，潿洲油田群生產(chǎn)污水來(lái)源情況復(fù)雜，處理后的生產(chǎn)污水注入到的油田多，回注難度大。

2 潿洲油田群生產(chǎn)污水水質(zhì)分析

圖1 潿洲油田群生產(chǎn)污水來(lái)源及回注情況簡(jiǎn)圖

對(duì)目前處理后的生產(chǎn)污水懸浮物質(zhì)量濃度、粒徑中值、含油率、濾膜系數(shù)（表1）和12種污水離子成分進(jìn)行分析，明確目前生產(chǎn)污水的水質(zhì)情況；對(duì)各油田不同區(qū)塊代表性油井的產(chǎn)出水進(jìn)行了水質(zhì)分析，明確了不同油田不同層位地層水的性質(zhì)，并根據(jù)各油田不同時(shí)期產(chǎn)水量預(yù)測(cè)及注水量需求，確定不同年份生產(chǎn)污水水樣中各油田污水的混合比例，并選擇具有代表性的2012年、2015年、2020年和2025年等4個(gè)年份模擬混合生產(chǎn)污水樣，進(jìn)行了離子成分分析（分析結(jié)果見(jiàn)表2）。

表1 現(xiàn)場(chǎng)排海污水雜質(zhì)情況分析

從現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)污水懸浮物質(zhì)量濃度、粒徑中值和含油率分析結(jié)果來(lái)看，與SY／T 5329—94《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》規(guī)定的B3級(jí)指標(biāo)相比，懸浮物質(zhì)量濃度、粒徑中值均嚴(yán)重超標(biāo)。若要作為注入水，則必須按要求進(jìn)行深度處理。

從表2的離子成分分析結(jié)果可知，不同時(shí)期的污水中均含有大量的成垢陽(yáng)離子Ca2＋、Mg2＋、Sr2＋和成垢陰離子、和。具備生成無(wú)機(jī)沉淀碳酸鈣、硫酸鍶、硫酸鋇、硫酸鈣等的基本條件。

表2 不同時(shí)期生產(chǎn)污水離子成分模擬分析結(jié)果

3 潿洲油田群生產(chǎn)污水自身結(jié)垢評(píng)價(jià)

為了考察潿洲油田群生產(chǎn)污水作為注入水水源的可行性，開(kāi)展了其生產(chǎn)污水自身結(jié)垢評(píng)價(jià)試驗(yàn)。

3.1 混合污水自身結(jié)垢預(yù)測(cè)

對(duì)生產(chǎn)污水在不同溫度下的結(jié)垢趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表3。由表3預(yù)測(cè)結(jié)果可知：①不同時(shí)期的生產(chǎn)污水均沒(méi)有結(jié)CaSO4和SrSO4垢的趨勢(shì)，飽和預(yù)測(cè)指數(shù)均為負(fù)值；②不同時(shí)期的生產(chǎn)污水均具有結(jié)BaSO4和CaCO3垢的趨勢(shì)；③溫度升高，CaCO3垢飽和預(yù)測(cè)指數(shù)增大，這與碳酸鈣的溶解度隨溫度的升高而減小相一致；④溫度升高，BaSO4垢飽和預(yù)測(cè)指數(shù)反而減小，這與硫酸鋇的溶解度隨溫度的升高而增大相一致。

表3 生產(chǎn)污水在不同溫度下的硫酸鹽垢和CaCO3垢飽和指數(shù)

3.2 生產(chǎn)污水自身結(jié)垢試驗(yàn)測(cè)定

對(duì)生產(chǎn)污水自身結(jié)垢進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可知：①隨著溫度的升高，鈣鎂損失率增大，結(jié)垢趨勢(shì)明顯；②不同時(shí)期的生產(chǎn)污水結(jié)垢量均在310mg／L以上，尤其是2025年混合污水，垢量高達(dá)975.00mg／L。

若以混合污水作為注入水水源，則必須針對(duì)性的優(yōu)選防垢劑，加強(qiáng)防垢措施。

表4 生產(chǎn)污水在不同溫度及時(shí)間下自身結(jié)垢試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果

3.3 混合污水垢樣能譜分析

為了進(jìn)一步弄清垢樣的成分，室內(nèi)對(duì)目前生產(chǎn)污水和2025年生產(chǎn)污水垢樣進(jìn)行了能譜分析，分析結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可知，目前生產(chǎn)污水和2025年生產(chǎn)污水垢樣均以碳酸鈣垢為主，還含有一定的鐵腐蝕產(chǎn)物和儲(chǔ)層帶出的礦物。

表5 生產(chǎn)污水垢樣能譜分析結(jié)果

4 潿洲油田群生產(chǎn)污水配伍性評(píng)價(jià)

潿洲油田群生產(chǎn)污水作為注入水水源，除考慮自身結(jié)垢外，還必須與地層水有較好的配伍性。

4.1 生產(chǎn)污水與地層水混合結(jié)垢試驗(yàn)測(cè)定

室內(nèi)選取目前的生產(chǎn)污水與潿洲油田不同區(qū)塊代表性井的地層水進(jìn)行不同體積比混合結(jié)垢測(cè)定試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表6。由表6可知，生產(chǎn)污水與部分地層水混合后結(jié)垢量有不同程度的增加，兩者配伍性欠佳。結(jié)垢現(xiàn)象明顯，尤其以WZ12－1－A4井地層水最為典型。表中數(shù)據(jù)隨著地層水比例的增大，A4井的結(jié)垢量增加，是因?yàn)锳4井自身結(jié)垢較目前生產(chǎn)污水還要嚴(yán)重。

表6 生產(chǎn)污水與地層水在120℃×12h下不同混合比例的試驗(yàn)結(jié)垢量測(cè)定結(jié)果

4.2 生產(chǎn)污水與地層水混合垢樣能譜分析

對(duì)生產(chǎn)污水與地層水混合垢樣進(jìn)行了能譜分析，結(jié)果見(jiàn)表7。由表7可知，生產(chǎn)污水與WZ12－1－A4井地層水混合后，結(jié)垢主要為無(wú)機(jī)碳酸鈣垢。

表7 生產(chǎn)污水與WZ12－1－A4井地層水混合結(jié)垢垢樣能譜分析結(jié)果

5 潿洲油田群混合污水腐蝕性能評(píng)價(jià)

參照SY 5273—91《油田注水緩蝕劑評(píng)價(jià)方法》中靜態(tài)掛片失重法對(duì)目前生產(chǎn)污水進(jìn)行了腐蝕性能評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表8。從試驗(yàn)結(jié)果可知，現(xiàn)場(chǎng)排海污水具有一定的腐蝕性，但是經(jīng)除氧后，腐蝕速度明顯減小。為了盡量減輕腐蝕，還必須添加合適的防腐劑，以免腐蝕產(chǎn)物堵塞儲(chǔ)層。

表8 現(xiàn)場(chǎng)排海污水腐蝕性能評(píng)價(jià)結(jié)果

6 潿洲油田群混合污水作為注入水存在問(wèn)題及解決措施

綜合前面的分析研究，歸納出潿洲油田群生產(chǎn)污水作為注入水水源存在的問(wèn)題及解決措施，具體見(jiàn)表9。

表9 潿洲油田群生產(chǎn)污水作為注入水水源存在的問(wèn)題及解決措施

從現(xiàn)場(chǎng)注入水（處理后的海水）或者生產(chǎn)污水作為注入水水源對(duì)比情況可知：海水、生產(chǎn)污水兩種水作為注入水水源水敏損害程度??；兩種水作為注入水水源均存在腐蝕和結(jié)垢；兩種水作為注入水水源均需要采取防腐、殺菌和防垢等處理措施。因此，和現(xiàn)場(chǎng)注入水海水相比，以生產(chǎn)污水作為注入水水源不僅可以減小污水排放壓力，而且還具有環(huán)境保護(hù)的優(yōu)勢(shì)。

7 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1）潿洲油田群生產(chǎn)污水作為目的儲(chǔ)層注入水是可行性的，但需進(jìn)一步增加污水處理設(shè)備，優(yōu)選防垢和防腐劑，使處理后的生產(chǎn)污水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

2）與目前處理后的海水作為注入水水源相比，處理后的生產(chǎn)污水作為注入水水源，兩者結(jié)垢問(wèn)題相當(dāng)，現(xiàn)場(chǎng)注入海水結(jié)垢類型為碳酸鈣垢和硫酸鍶垢，而注入生產(chǎn)污水的結(jié)垢類型為碳酸鈣垢和硫酸鋇垢。

3）與現(xiàn)場(chǎng)注入水海水作為注入水水源相比，以生產(chǎn)污水作為注入水水源不僅能滿足節(jié)能減排的要求，還有利于保護(hù)海洋環(huán)境。

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