八面河油田南區(qū)注入水管網(wǎng)結(jié)垢成因分析

榮林柏

（中國石化江漢油田分公司勘探開發(fā)研究院，湖北 武漢430223）

八面河油田南區(qū)聯(lián)合站的日處理水量目前為18 000 m3，擔(dān)負(fù)著南部油區(qū)全部和北部油區(qū)部分原油伴生水和生產(chǎn)施工產(chǎn)出水的處理和凈化任務(wù)，同時(shí)面向八面河南區(qū)的面1區(qū)、面2區(qū)、面4區(qū)、面12區(qū)、面14區(qū)、面22區(qū)（22、23塊）、面10區(qū)和北區(qū)的面127區(qū)幾個(gè)區(qū)塊注水。目前南區(qū)注水管網(wǎng)水質(zhì)惡化十分嚴(yán)重，管線普遍結(jié)垢，從沿程水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)來看，平均結(jié)垢率普遍大于標(biāo)準(zhǔn)值0.1mm／a，嚴(yán)重影響了開發(fā)效果。

1 南區(qū)注水系統(tǒng)及管網(wǎng)

八面河油田南區(qū)于1986年投入注水開發(fā)，初期即建有聯(lián)合注水站，隨著開發(fā)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，目前有五大干線，即老北和新北注水干線、老西和新西注水干線以及東注水干線，累計(jì)長度23.25Km，63座配水間，219口注水井（見圖1）。

圖1 南區(qū)聯(lián)合站注水管網(wǎng)分布圖

經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合站站內(nèi)水質(zhì)長期處于受控狀態(tài)，平均結(jié)垢率均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，而各配水間的水質(zhì)惡化十分嚴(yán)重，平均結(jié)垢率指標(biāo)普遍超標(biāo)，大于0.1mm／a，17#配水間平均結(jié)垢率甚至達(dá)到0.43mm／a（見表1）。

表1 聯(lián)合注水管網(wǎng)水質(zhì)變化表

整個(gè)南區(qū)注水系統(tǒng)包括1、2、3、5四個(gè)采油隊(duì)，五條注水干線，共有配水站點(diǎn)39座，配水間48個(gè)（野營房21處，露天計(jì)量2處），219口注水井，其中結(jié)垢嚴(yán)重的有77口，占總井?dāng)?shù)的35.16%，部分管線使用不到3年，管損已十分嚴(yán)重，據(jù)統(tǒng)計(jì)有71條單井注水管線由于結(jié)垢造成管損大于1.0MPa，如4－8－31管線投用不到三年管線縮頸50↓25mm，管損3MPa。東干線1#站附近2010年底新?lián)Q的干線，2012年3月份發(fā)現(xiàn)結(jié)垢已很嚴(yán)重。另外，管線最大排量達(dá)不到洗井排量要求，造成洗井成本高，管損大造成部分井欠注，影響開發(fā)效果（見表2）。

表2 管線結(jié)垢欠注統(tǒng)計(jì)表

2 注水管網(wǎng)水質(zhì)及垢物分析

2.1 注入水水質(zhì)

南區(qū)注水管網(wǎng)的水源為八面河南區(qū)聯(lián)合站處理完成的采出污水。根據(jù)聯(lián)合站歷年水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果，注水泵出口水質(zhì)長期處于受控狀態(tài)，注入水水質(zhì)極佳，水色呈無色透明狀。但各注水井入口水質(zhì)卻有極大差異，大部分呈惡化狀態(tài)，水色烏黑。

對(duì)南區(qū)注水管網(wǎng)水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析（見表3），數(shù)據(jù)顯示南區(qū)聯(lián)合站站內(nèi)管理制度完善，各級(jí)處理裝置工作正常。但注水線路水質(zhì)惡化十分嚴(yán)重，具體表現(xiàn)為懸浮物、含油指標(biāo)上升，結(jié)垢加劇，總鐵含量惡化，M4－5－25井經(jīng)過長時(shí)間排放，水色依舊呈現(xiàn)烏黑狀態(tài)，含油量達(dá)到1 360.08mg／L，懸浮物也高達(dá)643.89mg／L。

表3 南區(qū)注水管網(wǎng)水質(zhì)指標(biāo)

2.2 注水管網(wǎng)結(jié)垢產(chǎn)物分析

面4－8－x131注水管線管內(nèi)垢物十分厚實(shí)，顏色呈黃色略偏紅，敲擊取樣時(shí)，發(fā)現(xiàn)垢物十分致密，經(jīng)測(cè)量，垢物厚度已超10mm，50mm內(nèi)徑的管線，其實(shí)際流通直徑僅25mm～30mm，這必然給注水系統(tǒng)帶來各種危害。

對(duì)南區(qū)聯(lián)合站三相出口、過濾器前端及M4－8－x131井口垢物進(jìn)行分析（見表4）。從表4中明顯看到南區(qū)聯(lián)合站三相來水處所結(jié)垢物主要含油泥質(zhì)、原油、鐵化合物及部分無機(jī)鹽，以泥質(zhì)硅酸鹽及原油為主，碳酸鈣垢含量極少；當(dāng)南區(qū)聯(lián)合站水樣經(jīng)多級(jí)處理后，輸送至過濾器前端時(shí)，大量懸浮物及原油已被脫離，因此這里所結(jié)垢物主要以含鐵化合物為主，其次還有部分泥質(zhì)硅酸鹽及部分無機(jī)物，碳酸鈣垢含量略有增加；當(dāng)注入水輸送至M 4－8－x131井口時(shí)，此時(shí)垢物組成中鐵化合物的含量大量增加至57.13%，碳酸鈣垢含量則有明顯下降，垢物中出現(xiàn)硫化亞鐵，仍含有部分硅酸鹽。

對(duì)M4－8－x131和M4－8－13井口垢物的能譜進(jìn)行分析（見圖2），也證明垢物中主要成分為鐵氧化合物、硫化亞鐵、少量無機(jī)鹽及微量鈣物質(zhì)。這表明井口結(jié)垢主要是以腐蝕產(chǎn)物堆積而成，碳酸鈣垢含量極少。

根據(jù)注水管內(nèi)部垢物成分分析，可以推斷南區(qū)注水管網(wǎng)垢物組成應(yīng)當(dāng)以含鐵化合物為主，間雜泥質(zhì)硅酸鹽及少量無機(jī)鹽，碳酸鈣含量很少。從南區(qū)聯(lián)合站至注水井井口，鐵氧垢含量逐步增加，碳酸鈣垢逐步減少，垢物中新增硫化物。

表4 南區(qū)注水管網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)垢物分析結(jié)果

圖2 南區(qū)注水管網(wǎng)懸浮物分析圖片

3 注水管網(wǎng)結(jié)垢機(jī)理分析

結(jié)垢是影響油田生產(chǎn)的重要因素之一。油田注入水的結(jié)垢涉及到許多因素，除了水的組成、溫度和壓力等熱力學(xué)條件之外，其他因素如垢的附著力、生產(chǎn)中的流體動(dòng)力學(xué)、藥劑作用等在垢的形成過程中都起著很很重要的作用。在系統(tǒng)結(jié)垢之前解決防垢問題是有效防垢的最佳選擇，

而防垢必須首先研究其結(jié)垢機(jī)理，然后找到結(jié)垢的要因，繼而才能采取相應(yīng)對(duì)策。

結(jié)合以上分析可以清楚地了解到南區(qū)注水系統(tǒng)的結(jié)垢問題是十分嚴(yán)重的，由于注水系統(tǒng)的水中含有大量鐵離子及鈣鎂離子、碳酸氫根離子，加之注水干線水質(zhì)惡化嚴(yán)重，水中具有較多懸浮物和含油（見表3），且注入水溫度較高，即會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)通過結(jié)晶作用或沉降作用形成各種鐵化合物和碳酸鈣、硫酸鹽及污泥等沉淀形成水垢。

對(duì)南區(qū)部分注水井水樣懸浮物進(jìn)行分析（見圖3），可以清楚地看到南區(qū)聯(lián)合站樣品顏色呈黃色，基本不含油，厚度較薄，懸浮物含量較低，能譜分析顯示，懸浮物成分基本以鐵氧化合物、硅鹽及少量鈣鹽為主，含有微量硫，能譜分析不能測(cè)出氫元素，判斷鐵氧化合物基本以氫氧化鐵及氫氧化亞鐵為主。

圖3 南區(qū)注水管網(wǎng)懸浮物分析圖片

M14－6－x531與 M14－4－X1樣品顏色黃中帶有略黑，表明懸浮物中含有少量油質(zhì)，厚度略厚，懸浮物含量比南區(qū)聯(lián)合站泵進(jìn)有所增加，能譜分析顯示，懸浮物成分中鐵質(zhì)明顯增加，硅鹽及鈣鹽含量有所下降。

M4－5－25樣品顏色呈棕黑色，厚度大于1mm，表明該注水井出口水中含有大量油質(zhì)及懸浮物，這與表3的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相吻合，能譜分析顯示，懸浮物中有機(jī)化合物的比例明顯增加，硫化物及泥質(zhì)硅鹽含量也有所增加。

通過對(duì)注水管網(wǎng)結(jié)垢產(chǎn)物分析中對(duì)M4－8－x131井口垢物的分析，可以判斷南區(qū)注水管網(wǎng)垢物基本以含鐵化合物為主，間雜泥質(zhì)硅酸鹽及少量無機(jī)鹽，碳酸鈣含量很少。而通過對(duì)各注水井口樣品中懸浮物的分析可以清楚看出，各注水井中懸浮物成分與其所結(jié)垢物成分基本類似，也是以鐵化合物為主，間雜部分油質(zhì)及硅鹽、少量無機(jī)鹽，微量鈣鹽。這表明注水管網(wǎng)結(jié)垢基本為水中雜質(zhì)膠結(jié)而成

4 結(jié)論

南區(qū)聯(lián)合站三相來水中存在大量鐵質(zhì)，其產(chǎn)物中不溶于水的物質(zhì)如氫氧化鐵等在站內(nèi)完善的水處理工藝條件下，與懸浮物、油質(zhì)、細(xì)菌殘留等易沉積的機(jī)械雜質(zhì)一起被有效去除，注入水中的其余成垢離子在阻垢劑的作用下形成螯合物，也以離子形態(tài)溶于水中而未能在站內(nèi)沉積，并隨注水線路輸送至各個(gè)注水井，在輸送過程中，由于緩蝕劑及殺菌劑的濃度逐漸下降，其對(duì)注入水的緩蝕、滅菌性能也隨之減弱，導(dǎo)致注水干線中的細(xì)菌大量滋生，金屬管材腐蝕加劇，水中鐵含量迅速增加，加之管線長期污染，井口返油等原因，導(dǎo)致懸浮物含量和含油量也迅速增大，這種水在流動(dòng)過程中，水中的鐵銹、粘土、泥渣等同時(shí)受到重力沉降和水流剪切等的相互作用逐步附著在注水管內(nèi)壁，油含量增加導(dǎo)致水中懸浮物也更加容易吸附在管內(nèi)壁，從而形成以鐵化合物為主，間雜少量油質(zhì)、泥質(zhì)硅鹽及無機(jī)鹽的垢，其中含鐵化合物垢樣包括Fe2O3、FeS、Fe（OH）3和FeCO3、Fe（OH）2等，其主要是腐蝕的產(chǎn)物。

［1］胡雪濱，李澤華.江漢油區(qū)注入水水質(zhì)指標(biāo)及確定方法［J］.江漢油田職工大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，15（02）:25－26.

［2］徐仲其.注水系統(tǒng)效率影響因素分析與對(duì)策［J］.江漢油田職工大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，25（02）:20－22.

［3］唐桂萍，胡秀容，歐志東.新溝油田注水系統(tǒng)腐蝕原因及治理研究［J］.江漢油田職工大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，26（02）:22－24.