耿83區(qū)納濾脫硫酸根技術(shù)應(yīng)用及效果簡(jiǎn)評(píng)

羅恒，王彬，薛虎正，莊騰騰，賀彤彤，王小寧

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第九采油廠，寧夏銀川750006）

耿83區(qū)納濾脫硫酸根技術(shù)應(yīng)用及效果簡(jiǎn)評(píng)

羅恒，王彬，薛虎正，莊騰騰，賀彤彤，王小寧

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第九采油廠，寧夏銀川750006）

注入水與地層水不配伍易形成硫酸鋇鍶垢堵塞地層是導(dǎo)致耿83區(qū)油藏注水壓力不斷上升的主要原因，本文重點(diǎn)介紹了納濾脫硫設(shè)備工藝流程及技術(shù)原理，通過在耿83區(qū)姬十一注的配套試驗(yàn)，有效的改善了注入水水質(zhì)，從源頭上降低了注入水中的SO42-濃度，緩解了注水地層的結(jié)垢問題及注水壓力上升速率，使注水井吸水剖面厚度得到增加，達(dá)到提高水驅(qū)效率的目的。

地層結(jié)垢；硫酸鋇鍶；壓力上升速率；超濾；納濾；吸水剖面

1　耿83　區(qū)地層結(jié)垢原因分析

耿83區(qū)油藏屬于姬塬油田，姬塬油田地層水水型主要為CaCl2型，礦化度普遍較高，最高可達(dá)到110 000 mg/L，尤其長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)6地層水中普遍含有高濃度的鋇鍶成垢離子（Ba2+/Sr2+）；而清水注入水為洛河組地層水，水型為Na2SO4型，礦化度為3 500 mg/L左右，其中SO42-濃度達(dá)到1 760 mg/L，注入水與地層水存在嚴(yán)重的硫酸鋇鍶結(jié)垢趨勢(shì)，這是造成注水壓力逐年升高的主要原因（見表1，圖1）。

通過監(jiān)測(cè)耿83區(qū)清水注水井與采出水回注井4年的壓力變化情況，可看出注清水井壓力上升速率為1.05 MPa/a，采出水回注井壓力上升速率0.55 MPa/a，采出水與地層水水型配伍性較好，結(jié)垢速率相對(duì)較緩，注水壓力呈減緩的趨勢(shì)，因此為了解決地層結(jié)垢難題，減緩地層注水壓力上升速度，從地面水質(zhì)凈化工藝出發(fā)，有必要引進(jìn)了納濾脫硫酸根技術(shù)。

表1　耿83區(qū)注入水與地層水水質(zhì)數(shù)據(jù)表

圖1　耿83區(qū)注水井壓力上升曲線

2　納濾脫硫酸根技術(shù)原理

2.1納濾水處理設(shè)備工藝流程

納濾脫硫酸根水處理工藝主要由預(yù)處理、納濾和后處理單元三部分組成：預(yù)處理單元（活性炭過濾器+超濾系統(tǒng)），原水經(jīng)過預(yù)過濾后，再經(jīng)過超濾系統(tǒng)進(jìn)一步去除生水中殘留的機(jī)械雜質(zhì)，過濾精度0.002 μm～0.1 μm，質(zhì)量可靠；納濾單元（納濾膜過濾系統(tǒng)），納濾（NF）膜是在壓力驅(qū)動(dòng)下，有選擇性的截流價(jià)位高、半徑大的離子，但允許水和低價(jià)位、低半徑的離子鹽透過，該系統(tǒng)特點(diǎn)是主要截留2價(jià)以上離子，對(duì)SO42-有較強(qiáng)的針對(duì)性，注入水經(jīng)納濾處理后硫酸根離子去除率高，過濾精度0.001 μm；后處理單元（輔助加藥及清洗系統(tǒng)）（見圖2）。

圖2　納濾水處理工藝流程圖

2.2納濾水處理設(shè)備原理

2.2.1超濾工作原理及特點(diǎn)超濾是一種流體切向流動(dòng)和壓力驅(qū)動(dòng)的過濾過程，并按相對(duì)分子質(zhì)量大小來分離水中顆粒，要過濾的水經(jīng)由超濾給水泵加壓后輸入膜組件中，由于膜內(nèi)外的壓力差，溶解物質(zhì)和比膜孔徑小的物質(zhì)能作為透過液透過濾膜，不能透過濾膜的物質(zhì)將被截留下來濃縮于排放液中。因此產(chǎn)水（透過液）將含有水、離子和小分子物質(zhì)，而膠體物質(zhì)、顆粒、細(xì)菌、病毒和原生動(dòng)物將被膜去除。

過濾膜采用中空纖維膜一種很薄的聚合材料，由聚砜PS，聚酯PE，聚醚砜PES，PVDF或聚丙烯腈（PAN）等制成并帶有非對(duì)稱的微孔結(jié)構(gòu)。不對(duì)稱超濾膜擁有一層極光滑極?。?.1 μm）的孔徑在0.002 μm到0.1 μm間的內(nèi)表面，此內(nèi)表面由孔徑大到15 μm的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)海面體支撐結(jié)構(gòu)支撐。這種小孔徑光滑膜表面與較大孔徑支撐材料的結(jié)合使得過濾微小顆粒的流動(dòng)阻力很小并不易堵塞。

如果欲分離的雜質(zhì)在膜上過多沉積，會(huì)導(dǎo)致難溶性鹽沉積或形成部分覆蓋層，引起壓力上升和處理量下降的問題，因此需采用超濾產(chǎn)水進(jìn)行反洗，但反洗后仍有部分覆蓋物堆積在中空纖維正向入水側(cè)無法徹底清除，需要進(jìn)行快沖，它的特點(diǎn)是正向流壓力低，流量大，沖擊力強(qiáng)，容易將被反洗時(shí)松動(dòng)的固形垢類物質(zhì)從膜表面沖刷掉，向膜件的濃水出口排出，以提高系統(tǒng)的水利用率和系統(tǒng)工作穩(wěn)定性。

2.2.2納濾工作原理及特點(diǎn)納濾作為反滲透的一種具體方式，主要原理是在濃溶液一側(cè)施加一個(gè)大于滲透壓的壓力時(shí)，溶劑的流動(dòng)方向?qū)⑴c原來的滲透方向相反，開始從濃溶液向稀溶液一側(cè)流動(dòng)，是一種在壓力驅(qū)動(dòng)下，借助于半透膜的選擇截留作用將溶液中的溶質(zhì)與溶劑分開的分離方法。該設(shè)備使用的NF納濾膜主要采用無相變的物理方法去除大分子的SO42-，依靠給水泵水壓作為動(dòng)力，具有能耗低、、化學(xué)試劑用量小、產(chǎn)水穩(wěn)定的特點(diǎn)，它主要由高壓泵、反滲透滑架、控制儀表及相關(guān)壓力管道等組合而成。

為了使納濾裝置達(dá)到給定的回收率，同時(shí)保持水在裝置內(nèi)的每個(gè)組件中處于大致相同的流動(dòng)狀態(tài)，必須將裝置內(nèi)的組件分為多段錐形排列，段內(nèi)并聯(lián)，段間并聯(lián)，該設(shè)備采用一級(jí)二段的組合模式。

3　納濾脫硫設(shè)備試驗(yàn)效果簡(jiǎn)評(píng)

針對(duì)注入水與地層水不配伍結(jié)垢堵塞地層導(dǎo)致注水壓力上升的問題，在耿83區(qū)姬十一注引進(jìn)了納濾脫硫設(shè)備，從源頭解決注入水水質(zhì)問題，設(shè)計(jì)規(guī)模納濾水處理量為2 500 m3/d，濃水回灌量為500 m3/d，供應(yīng)注水井99口，設(shè)計(jì)回灌井2口。

3.1減少硫酸根離子濃度通過對(duì)姬十一注納濾脫硫設(shè)備各級(jí)水質(zhì)離子進(jìn)行檢測(cè)，硫酸根離子脫除率達(dá)到97%，可以有效地減少注入水中的SO42-濃度，同時(shí)對(duì)其他大分子離子如Ca2+、Mg2+也有一定的去除作用，處理后水型由NaSO4型轉(zhuǎn)變?yōu)镃aCl2型，減緩了地層結(jié)垢問題，對(duì)油藏儲(chǔ)層具有較好的保護(hù)作用（見表2）。

表2　姬十一注納濾脫硫水質(zhì)檢測(cè)表

3.2減緩注水壓力上升速率

通過48口可對(duì)比井2011.01-2014.11注水壓力變化情況進(jìn)行分析，在納濾脫硫設(shè)備投用4個(gè)月后注水壓力上升速率由0.074 MPa/月下降到0.056 MPa/月，壓力上升趨勢(shì)小幅變緩，由于監(jiān)測(cè)時(shí)間較短，效果仍需進(jìn)一步跟蹤。

3.3提高吸水厚度

通過3口納濾投用后具有可對(duì)比性的注水井吸水剖面數(shù)據(jù)分析，其中2口井吸水剖面厚度平均增加了1 m，水驅(qū)儲(chǔ)量動(dòng)用程度增加了7%，吸水剖面及水驅(qū)效率得到了改善，剩余1口井由于欠注導(dǎo)致吸水剖面變差（見表3）。

表3　對(duì)比井吸水剖面變化情況

4　結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）耿83區(qū)油藏注入水與地層水型不配伍易形成硫酸鋇鍶垢堵塞地層是注水壓力不斷上升的主要原因。

（2）注入水通過納濾脫硫技術(shù)處理后脫硫率能達(dá)到97%，能夠有效地減緩地層結(jié)垢及壓力上升速率。

（3）通過納濾脫硫處理后的注入水能夠?qū)ψ⑺拭嫫鸬礁纳频淖饔茫瑥亩岣咚?qū)儲(chǔ)量動(dòng)用程度。

（4）目前該設(shè)備投運(yùn)時(shí)間僅為4個(gè)月尚無法形成有效的評(píng)價(jià)結(jié)果，仍需繼續(xù)監(jiān)測(cè)。但針對(duì)前期因地層結(jié)垢導(dǎo)致注水壓力上升的油藏，在配套納濾脫硫技術(shù)改善注入水水質(zhì)的基礎(chǔ)上，可配合投加清垢劑或解堵劑，對(duì)深部堵塞地層起到解堵的作用，從而達(dá)到長(zhǎng)期穩(wěn)定注水壓力的目的。

［1］葉慶全，冀寶發(fā)，王健新，等.油氣田開發(fā)地質(zhì)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1999.

［2］付美龍，唐善法，黃俊英.油田應(yīng)用化學(xué)［M］.武漢：武漢大學(xué)出版社，2005.

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.06.031

TE358.5

B

1673-5285（2015）06-0115-03

2015－05-04

羅恒，男（1987－），2009年7月畢業(yè)于重慶科技學(xué)院，石油工程，工學(xué)學(xué)士，現(xiàn)為長(zhǎng)慶油田第九采油廠地質(zhì)研究所采油助理工程師。