采油注水系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)主要內(nèi)容分析

袁 莉

（嘉蔭縣水務(wù)局，黑龍江嘉蔭 153200）

采油注水系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)主要內(nèi)容分析

袁 莉

（嘉蔭縣水務(wù)局，黑龍江嘉蔭 153200）

在國(guó)內(nèi)外油田開(kāi)采中，注水系統(tǒng)建設(shè)與注水技術(shù)的采用，是關(guān)系油田開(kāi)采壽命、提高產(chǎn)量與穩(wěn)定產(chǎn)量的關(guān)鍵的一環(huán)。大慶油田從20世紀(jì)60年代的自噴產(chǎn)油到注水加壓，油水比從1∶1到1∶2、1∶3、1∶4……至今最高已達(dá)1∶9，也就是就采出 1t油就帶出來(lái)9t水，可見(jiàn)目前回注水需要多么大，文章概述了采油注水系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。

油田開(kāi)發(fā)；注水系統(tǒng)；水源選擇；水處理；處理方法

0 前 言

1959年9月26日，位于黑龍江省肇州縣大同鎮(zhèn)附近的“松基3井”噴出了工業(yè)油流。由于正值國(guó)慶10周年前夕，時(shí)任省委第一書(shū)記的歐陽(yáng)欽同志欣然倡議將大同命名為大慶，成為大慶油田與大慶市的基本標(biāo)志。至此，黨中央做出了成立大慶特區(qū)，政企合一的大慶石油會(huì)戰(zhàn)指揮部進(jìn)行開(kāi)發(fā)建設(shè)大慶油田大會(huì)戰(zhàn)。國(guó)家從外省調(diào)集大量石油勘探隊(duì)伍進(jìn)行勘探鉆井，由于當(dāng)時(shí)財(cái)力、物力條件有限，城市建設(shè)以“干打擂”平房為主大片建設(shè)，城市人口驟增加之油田開(kāi)采與石化工業(yè)的逐步興建，以開(kāi)采地下水為主的供水源已曠日緊張。于是1972年始建嫩江北部引部工程，并于1976年峻工通水。烏北段建筑物按70a一遇設(shè)計(jì)，總干渠按50a一遇設(shè)計(jì)，最大流量50m3／s，烏南段通水流量30m3／s設(shè)計(jì)，分別引進(jìn)入位于靠近大慶石化總廠的紅旗泡水庫(kù)以及位于薩區(qū)重點(diǎn)產(chǎn)油區(qū)的大慶水庫(kù)（黑魚(yú)泡），年均引水量4.65億m3，以滿足大慶油田與石化工業(yè)基地生產(chǎn)用水和薩區(qū)、龍鳳區(qū)城市用水。在總供水量中，就包括著油田注水。北部引嫩工程提供新鮮水，注水最多有1.2億 m3／a，近年由于油水比的加大，對(duì)其采出水進(jìn)行處理回注，故新鮮水減至6000～7000m3／a，另外中部引嫩蓄入龍虎泡提供注水約1億m3以上。故本文立題對(duì)采油注水系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行分析［1］。

1 水源選擇

俯視大慶油田，最多的構(gòu)造物除了城市樓房，道路建筑外，遍野就是抽油機(jī)（磕頭機(jī)），集油井和注水井。注水系統(tǒng)設(shè)計(jì)首要考慮的是解決注水所需的水量，即這些水從何引來(lái)。

1.1 可供選擇的水源

1.1.1 采出水

大慶油田采油是以注水增加地層壓力（水比油重，通過(guò)注水使沉積深層和藏于巖隙的油壓擠出浮于水的上層）在20世紀(jì)60—70年代，大慶油田油水比為1∶1，1∶2；1∶3；1∶4至1∶6；2013年止最高已達(dá)1∶9也就是說(shuō)采1t油帶出來(lái)9t水，這些水經(jīng)處理后再回注于地下，成為油田注水的主要水源［2］。

1.1.2 外引水源

大慶油田外引水源主要為嫩江。分別建有北部引嫩工程和中部引嫩擴(kuò)建工程，其中部分作為補(bǔ)充注水水源。

在沿海油田，如松遼油田、勝利油田，注水可引用海洋、湖泊、池塘或河流得到地表水或和地表水水源相連通的淺含水井［3］。

1.2 水源選擇方面要考慮的主要問(wèn)題

1.2.1 腐蝕性

采油與注水都是經(jīng)過(guò)金屬管道而實(shí)施的。因此

式中：△I為使測(cè)試電極電位改變10V所用電流；△E＝10V。

1.2.2 結(jié)垢趨勢(shì)

液體都有一定的溶解度，水更是這樣，溶解度的定義為：在給定的物理?xiàng)l件下，溶劑中能溶解溶質(zhì)的極限量。超過(guò)這個(gè)限度，這些化合物就會(huì)成為固體而沉淀。因在下列情況下便可解引起結(jié)垢：①水中含有形成溶解度很小的化合物的離子；②物理?xiàng)l件發(fā)生變化，或者水的組成改變，使得溶解度降低到現(xiàn)有濃度以下。

固體沉淀或懸浮于水中，或附在設(shè)備表面和管壁上。結(jié)成密實(shí)的垢。貯油層可能由于水中析出懸浮顆粒而發(fā)生堵塞，也可能在貯油層表面結(jié)成固體的垢，這兩種情況都是有害的。堵塞的類(lèi)型不同，清除堵塞的困難程度也不一樣。

結(jié)垢往往會(huì)降低供、注水管道和油管的流量。還會(huì)引起泵的磨損或堵塞。抽油桿結(jié)垢時(shí)，還會(huì)增加抽油桿的負(fù)荷。對(duì)于各種類(lèi)型加熱爐的輻射管，結(jié)垢會(huì)造成過(guò)熱，從而降低加熱爐的使用壽命。結(jié)垢的地方往往腐蝕更加嚴(yán)重?？傊?，生產(chǎn)中的許多問(wèn)題都是由水垢引誘起的，因而有效地控制結(jié)垢，對(duì)任何一個(gè)高效注水設(shè)施來(lái)講都是一個(gè)首要課題。

綜上，水源選擇必須對(duì)注水是否產(chǎn)生結(jié)垢并對(duì)結(jié)垢趨勢(shì)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

1.2.3 其它需要注意的問(wèn)題

1.2.3.1 水的可混性水不可有超標(biāo)的腐蝕性。

自然界的金屬大部分都是金屬的氧化物或鹽類(lèi)。冶煉噸金屬需要耗用大量能量。這一能量被“貯存”起來(lái)，就成為使金屬恢復(fù)原來(lái)的狀態(tài)——氧化物或鹽類(lèi)所需的推動(dòng)力。這就意味著，金屬與其周?chē)h(huán)境相比，在大多數(shù)情況下是不穩(wěn)定的，有轉(zhuǎn)化為其原來(lái)較低能量狀態(tài)的自然趨勢(shì)，或叫做“腐蝕”。

腐蝕是一種電化學(xué)過(guò)程。即腐蝕過(guò)程有電流流動(dòng)。為了使電流流動(dòng)，必須有一推動(dòng)力或電動(dòng)勢(shì)和一個(gè)完整的回路。

如果可能，應(yīng)測(cè)定所有水源水的腐蝕性。如不能進(jìn)行精確的測(cè)定，在通知pH值溶解氣體和含鹽量情況下，可粗略推測(cè)出水的相對(duì)腐蝕性，可在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定。

試驗(yàn)測(cè)定腐蝕計(jì)算公式為：

如果必須兩種或多種水混合使用，應(yīng)該作結(jié)垢計(jì)算和可混性試驗(yàn)。由于接觸范圍有限，注入水的可混性在注水方面一般不是什么問(wèn)題。然而，當(dāng)注入水突進(jìn)到生產(chǎn)井時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)混合問(wèn)題。因此，也必須進(jìn)行注入水和油層水之間的可混性試驗(yàn)，確定在生產(chǎn)井見(jiàn)水后會(huì)出現(xiàn)些什么問(wèn)題。

1.2.3.2 地層水敏度

某層地層黏土，與淡水接觸之后就膨脹，這樣，就使其滲透率和注入性降低。如果使用淡水，應(yīng)該先用巖樣進(jìn)行試驗(yàn)，以確定是否有問(wèn)題。

1.2.3.3 懸浮固體含量

和水質(zhì)試驗(yàn)一樣，沒(méi)有一個(gè)不會(huì)堵塞地層的懸浮固體量的絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)，只能通過(guò)經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定。固體的濃度（mg／L）、顆粒大小分布和固體性質(zhì)與組分等，都對(duì)水的堵塞趨勢(shì)有重要的影響。如果需要過(guò)濾，這些參數(shù)對(duì)選擇過(guò)濾器也有很大影響。

1.2.3.4 細(xì)菌

所有可能選用的水源都要進(jìn)行細(xì)菌分析。

1.2.3.5 含油量

任何可能選來(lái)作注水用的采出水，都必須測(cè)定其含油量。水中含油一般都會(huì)導(dǎo)致注入降低。在地層中可能形成“乳化塞段”，而原油對(duì)某些懸浮物，如硫化鐵等是很好的膠黏劑，能很快使過(guò)濾器失效。

水中含油時(shí)可以用清潔的溶劑從水樣中萃取出油來(lái)確定，萃取出來(lái)的原油使溶劑著色，其油量用有關(guān)的特定原油配制的標(biāo)準(zhǔn)品與之比較來(lái)確定。顏色的深淺與水中萃取出的油量成正比。

2 水處理系統(tǒng)

2.1 處理系統(tǒng)類(lèi)型

水處理系統(tǒng)一般分為兩類(lèi)：即閉式和開(kāi)式2種。

2.1.1 閉式系統(tǒng)

閉式系統(tǒng)是一種設(shè)計(jì)得完全隔絕氧氣的系統(tǒng)。由于氧氣是引起故障的主要原因之一，如果經(jīng)濟(jì)方面允許，這常常是一種理想的方法。通過(guò)要求處理設(shè)備十分龐大時(shí)，就不用此法。習(xí)慣上只用于原來(lái)就不含空氣（或含極少量氧），并幾乎不用化學(xué)處理的水系統(tǒng)。由外面加入的東西越多，越難于把氧氣隔絕在系統(tǒng)之外，從飽和系統(tǒng)中排除氧氣在經(jīng)濟(jì)上往往是不合算的。

海水注入系統(tǒng)對(duì)于這一規(guī)律是最大的例外，近年，大型海水注入設(shè)計(jì)越來(lái)越普遍。在海上油田和靠近海邊的陸上基地都如此。未處理的海水一般都是被氧飽和的，并且是嚴(yán)重腐蝕性的。實(shí)際上已經(jīng)證明，把溶解的氧完全排除，是控制腐蝕有效的和經(jīng)濟(jì)上合算的方法。

2.1.2 開(kāi)式系統(tǒng)

在開(kāi)式系統(tǒng)中沒(méi)有系統(tǒng)與氧隔絕。當(dāng)需要用復(fù)雜的處理者用淡的、原來(lái)就被氧飽和的地面水作為注入水源時(shí)，最好選用開(kāi)式系統(tǒng)。另外一個(gè)例子是當(dāng)需要通氣以除掉H2S和（或）CO2時(shí)，用開(kāi)式系統(tǒng)。

使用開(kāi)式系統(tǒng)時(shí)，在絕大多數(shù)系統(tǒng)中需要內(nèi)部涂敖防腐漆、內(nèi)涂層、襯里或用塑料管以便經(jīng)濟(jì)地控制腐蝕。

2.2 水處理設(shè)備

水處理需用大量的設(shè)備，本文僅舉以下3種：

2.2.1 懸浮固體的排除

主要設(shè)備有：①常規(guī)分層過(guò)濾器；②高速深層過(guò)濾器；③硅藻土過(guò)濾器CDE過(guò)濾器；④套筒過(guò)濾器；⑤沉降法。

2.2.2 溶解氧的排除

氧、二氧化碳或硫化氫溶解于水中后，其腐蝕性大大增強(qiáng)。溶解氧是大部分腐蝕問(wèn)題的主要原因。排除的原理在于使水中的pH值保持中性或稍高，那么，在大部分水系統(tǒng)中，將很少出現(xiàn)腐蝕問(wèn)題。

水脫氧系統(tǒng)方法主要有：①會(huì)提法；②真空法；③化學(xué)法；④并流氣提水的氣舉化；⑤并流氣提水管線。以上系統(tǒng)各有優(yōu)缺點(diǎn)。

2.2.3 懸浮油的去除

水中含油會(huì)在注水系統(tǒng)中造成許多問(wèn)題，因此必須把它降到最小限度。除去含油的第一步應(yīng)保證處理器在合理的狀態(tài)下運(yùn)行，進(jìn)行全面檢驗(yàn)以保證處理溫度、停留時(shí)間、破乳劑的選擇及其濃度都是最合適的。

其次檢查撇油罐的使用情況，除掉從脫水器所帶來(lái)的油。使用反向乳化破乳劑常常是有好處的。做不到這點(diǎn)時(shí)，用一個(gè)浮漂元件是有效的。把壓縮氣體通到特殊設(shè)計(jì)的容器底部，上升的氣泡能幫助油滴上升到表面。

為了有效地完成任務(wù)，常常需要各單元聯(lián)合使用，并監(jiān)視系統(tǒng)情況，以便及時(shí)處理。

3 對(duì)采油注水通常的處理方法

3.1 地面水

地面淡水處理可以用開(kāi)式的，也可以用閉式的處理系統(tǒng)，這取決于水質(zhì)評(píng)價(jià)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題。對(duì)海水用開(kāi)式系統(tǒng)處理時(shí)，腐蝕太嚴(yán)重，在注入前必須脫氧，其處理工藝流程如圖1、圖2所示。

圖1 開(kāi)式系統(tǒng)

圖2 閉式系統(tǒng)

3.2 地下水

大多數(shù)地下水最好用閉式系統(tǒng)處理，由于氧的污染通常會(huì)產(chǎn)生某些極難辦的腐蝕和堵塞問(wèn)題。閉式系統(tǒng)還能使水中溶解的CO2和（或）H2S的損失減低。結(jié)垢的可能性隨著這些氣體從溶液中逸出而增加。

相反，采用開(kāi)式系統(tǒng)處理采出水是理想的，如果：

1）需要從水中排除H2S和（或）CO2。

2）需要基本上除去懸浮固體和油類(lèi)。

3）最好在注入之前把水穩(wěn)定一下，在地面水池中從水中沉淀出水質(zhì)。

4）采出水和地面水必須混合時(shí)。

處理地下水的開(kāi)式和閉式系統(tǒng)的典型流各一如圖 3、圖4。

圖3 開(kāi)式系統(tǒng)

圖4 閉式系統(tǒng)

4 注水檢查與系統(tǒng)分析

在注水系統(tǒng)建成而且開(kāi)始注水后，應(yīng)立即設(shè)立系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方案，并指派相關(guān)單位人員及時(shí)進(jìn)行監(jiān)控，如發(fā)現(xiàn)問(wèn)題可及時(shí)糾正，以避免造成不應(yīng)有的損失。

［1］大慶市政府協(xié)文史資料研究委員會(huì).大慶油田的發(fā)現(xiàn)（大慶文史資料第一輯）［M］.哈爾濱：黑龍江人民出版社，1987：53－57.

［2］黑龍江省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院.嫩江北部引嫩工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.哈爾濱：黑龍江省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，1973.

［3］［英］查理斯C·帕托，大慶油田用科學(xué)研究設(shè)計(jì)院.油田水處理工藝［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1979：63－69.

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1007－7596（2014）08－0088－03

2014－06－10

袁莉（1974－），女，遼寧沈陽(yáng)人，工程師。