宋芳屯油田采油污水回注方案優(yōu)選研究*

劉灝亮，黃耀明，馮思佳，孫鐸

（1.東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院，黑龍江大慶163318；2.長(zhǎng)慶油田第十二采油廠固城采油作業(yè)區(qū)，甘肅慶陽(yáng)745400；3.大慶油田第三采油廠，黑龍江大慶163318）

宋芳屯油田采油污水回注方案優(yōu)選研究*

劉灝亮1，黃耀明2，馮思佳3，孫鐸1

（1.東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院，黑龍江大慶163318；2.長(zhǎng)慶油田第十二采油廠固城采油作業(yè)區(qū)，甘肅慶陽(yáng)745400；3.大慶油田第三采油廠，黑龍江大慶163318）

隨著國(guó)內(nèi)油田進(jìn)入開(kāi)發(fā)中后期，普遍面臨地層壓力遞減的問(wèn)題，通常采用注水的方式向地層補(bǔ)充能量，使油田長(zhǎng)期保持穩(wěn)產(chǎn)。當(dāng)注入水隨原油采出時(shí)，由于含污泥、固體懸浮物、化學(xué)劑、微生物等有害物質(zhì)，隨意排放會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，腐蝕設(shè)備。為避免環(huán)境污染，合理利用水資源，并有效降低油田生產(chǎn)成本，往往對(duì)采油污水進(jìn)行回收處理，作為注入水回注地層[1-3]。由于儲(chǔ)層巖石物性，如礦物組成、敏感性等，以及注入水水質(zhì)的差異，對(duì)注入水處理不當(dāng)會(huì)污染儲(chǔ)層，堵塞喉道，降低滲透率，嚴(yán)重影響油田產(chǎn)量[4]。注水導(dǎo)致的儲(chǔ)層傷害主要有：注入水中的機(jī)械雜質(zhì)形成的堵塞，注入水與儲(chǔ)層巖石不配伍，注入水與儲(chǔ)層流體不配伍，水中微生物對(duì)儲(chǔ)層的傷害[5]，以及注水過(guò)程中賈敏效應(yīng)和水鎖效應(yīng)對(duì)儲(chǔ)層的傷害。因此，有關(guān)注入水污染及防治措施的研究對(duì)于指導(dǎo)油田中后期生產(chǎn)極為重要。

宋芳屯油田M層巖性以含泥長(zhǎng)石巖、細(xì)砂巖為主，粒度中值0.08~0.19mm。粘土礦物以伊利石為主，其次為伊蒙混層，略含綠泥石及高嶺石，平均孔隙度20.9%，平均滲透率75.1×10-3μm2，屬中孔中滲儲(chǔ)層。地層水平均氯離子含量3718mg·L-1，平均礦化度10023mg·L-1，水型為NaHCO3型。平均地層壓力4.7MPa，油層平均溫度65℃，溫度、壓力系統(tǒng)穩(wěn)定。筆者結(jié)合室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)的方法，研究了不同類(lèi)型注入水對(duì)宋芳屯油田M層巖心的污染程度；并分析造成污染的原因，同時(shí)加入一定濃度防垢劑、殺菌劑來(lái)緩解污染，最終優(yōu)選出最佳注入方案，為油田注水工作提供理論根據(jù)，對(duì)于后續(xù)進(jìn)行的礦場(chǎng)試驗(yàn)具有重要指導(dǎo)意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與設(shè)備

清水（實(shí)驗(yàn)室自制蒸餾水）;地層水與采出污水（由大慶油田采油廠）;有機(jī)磷酸酯（江蘇省海安石油化工廠）;四羥甲基硫酸磷（上海邁坤化工有限公司）;實(shí)驗(yàn)巖心取自宋芳屯油田M層，制成長(zhǎng)6.5cm，直徑2.5cm的圓柱體若干。

ISCO泵（美國(guó)Teledyne公司）;高精度壓力傳感器（浙江省富陽(yáng)華儀儀表有限公司）;恒溫箱及巖心夾持器（江蘇省中京機(jī)械有限公司）;高壓手動(dòng)計(jì)量泵（江蘇海安華達(dá)石油儀器廠）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)

將飽和地層水后的巖心放入恒溫箱，模擬宋芳屯油田M層溫度65℃，用手動(dòng)計(jì)量泵加環(huán)壓4.7MPa，模擬地層壓力，然后利用ISCO泵恒速向巖心注入實(shí)驗(yàn)流體。通過(guò)測(cè)定注水前后巖心滲透率，利用公式1，計(jì)算巖心污染程度。根據(jù)注入清水、污水和清污混注，以及加入防垢劑和殺菌劑后巖心污染程度，對(duì)注入流體進(jìn)行優(yōu)選，制定合理的污水回注方案。具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：（1）用地層水飽和巖心，將飽和好的巖心在地層水中浸泡48h；（2）在恒溫箱中，以0.2mL·min-1流速向巖心注入實(shí)驗(yàn)流體；（3）結(jié)合壓力計(jì)讀數(shù)計(jì)算滲透率，繪制巖心損害程度與流體注入體積、加藥濃度的關(guān)系曲線。

巖心污染程度計(jì)算公式如下：

式中Rs：注入水污染指數(shù)；Kb：注入流體前巖心滲透率，mD；Ka：注入流體后巖心滲透率，mD。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同類(lèi)型注入水污染程度分析

為研究不同類(lèi)型注入水對(duì)巖心的污染程度，分別以清水、污水及清污混合為注入流體，觀察其在模擬油藏條件下注入巖心時(shí)，對(duì)巖心污染程度隨注入量的變化關(guān)系，進(jìn)而確定合適的注入配比。

2.1.1 注入清水圖1表示巖心污染程度隨清水注入量的變化曲線。

圖1污染程度與清水注入量的關(guān)系Fig.1Relation between pollution extent and injected volume of clean water

由圖1可知，隨著清水注入量的增加，巖心滲透率降低，污染程度增大；當(dāng)注入2PV清水時(shí)，污染程度增大幅度開(kāi)始變緩，最終趨于穩(wěn)定，達(dá)16.04%。清水造成污染的主要原因是水敏損害。由于宋芳屯油田儲(chǔ)層礦物中伊/蒙混層礦物含量較高，易發(fā)生水化膨脹，縮小孔隙空間和喉道，導(dǎo)致滲透率下降；此外，伊利石、高嶺石等粘土礦物微結(jié)構(gòu)受水動(dòng)力作用破壞，導(dǎo)致礦物從碎屑顆粒表面脫落，晶片分散運(yùn)移至孔喉處堵塞，導(dǎo)致滲透率降低，傷害儲(chǔ)層。

2.1.2 注入污水圖2表示巖心污染程度隨污水注入量的變化曲線。

圖2污染程度與污水注入量的關(guān)系Fig.2Relation between pollution extent and injected volume of polluted water

由圖2可以看出，注入污水對(duì)巖心的污染程度很大，隨著污水注入量的增加，污染程度持續(xù)增大，最終達(dá)54.18%；盡管在注入2.5PV時(shí)增幅有所減緩，但仍處于上升趨勢(shì)。這是因?yàn)槲鬯粌H會(huì)引起儲(chǔ)層水敏損害，而且其中固相顆粒、含油污泥等雜質(zhì)隨注入水進(jìn)入地層，或附著于喉道內(nèi)壁，堵塞喉道，增大滲流阻力，降低巖石滲透率；此外，由于污水成分復(fù)雜，在油層溫度壓力下易發(fā)生結(jié)垢，且所含微生物會(huì)產(chǎn)生大量代謝產(chǎn)物，形成沉淀、懸浮物，也會(huì)堵塞喉道，降低滲透率。隨著注入量增加，污染物在喉道中堆積量也不斷增加，因此，巖心污染程度會(huì)隨注入量的增加而始終保持上升趨勢(shì)。

2.1.3 清污混注由于注清水成本高，工藝復(fù)雜，為降低生產(chǎn)成本，合理利用采出污水，節(jié)約水資源，油田在注水生產(chǎn)中往往采用清污混注的方法。而不同的儲(chǔ)藏條件、巖石物性及采出污水組成間存在差異，因此，對(duì)于不同區(qū)塊，需要根據(jù)實(shí)際情況選取合適的清污配比，以符合注入要求，最大限度減輕儲(chǔ)層污染程度，并降低成本。這里清污比分別選取1: 50、1∶25、1∶1、25∶1以及50∶1，進(jìn)行清污混注實(shí)驗(yàn)，比較對(duì)巖心的傷害程度，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3污染程度與清污混注用量的關(guān)系Fig.3Relation between pollution extent and injected volume of clean/polluted water

由圖3觀察到，隨著注入量的增加，污染程度迅速增加，增長(zhǎng)趨勢(shì)在2.5PV時(shí)逐漸趨于平穩(wěn)；隨著清水所占比重的增加，污染程度也逐漸降低，因?yàn)榧尤氪罅康那逅苡行Ы档臀鬯须s質(zhì)濃度，從而減輕對(duì)巖心污染。因此，為盡可能降低巖心污染程度，合理使用油田采出污水，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，優(yōu)選出污染程度相對(duì)較低的50∶1清污比作為最優(yōu)配比，采用清污混注方式，進(jìn)行宋芳屯油田注水作業(yè)。

2.2 化學(xué)劑用量?jī)?yōu)選

由于結(jié)垢及微生物代謝產(chǎn)物也會(huì)在喉道形成堵塞，降低滲透率，因此，確定好清污配比后，還需加入防垢劑與殺菌劑，以進(jìn)一步降低和防治注入水對(duì)巖心的污染。這里分別選取有機(jī)磷酸酯作為防垢劑，四羥甲基硫酸磷作為殺菌劑，與所選用的50∶1清污水混合，對(duì)實(shí)驗(yàn)巖心進(jìn)行室內(nèi)模擬注水實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)藥劑加入量進(jìn)行優(yōu)選。

首先,對(duì)防垢劑加入量進(jìn)行優(yōu)選。分別配制含不同質(zhì)量濃度防垢劑的50∶1清污水，均向?qū)嶒?yàn)巖心注入3PV后觀察巖心滲透率變化，計(jì)算污染程度，防垢劑質(zhì)量濃度與污染程度關(guān)系見(jiàn)圖4?？梢园l(fā)現(xiàn)隨著防垢劑濃度增加，巖心污染程度逐步降低，最終污染程度降至21.6%；當(dāng)濃度達(dá)1.5%時(shí)，增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯減緩，因此，繼續(xù)加入防垢劑不再具有顯著效果，故選取1.5%為防垢劑最佳加藥濃度。

圖4污染程度與防垢劑濃度的關(guān)系Fig.4Relation between pollution extent and concentration of anticrustator

隨后對(duì)殺菌劑加藥濃度進(jìn)行優(yōu)選。分別配制防垢劑濃度均為1.5%，而殺菌劑濃度不同的50∶1清污水，并開(kāi)展巖心室內(nèi)模擬注水實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著殺菌劑質(zhì)量濃度增加，微生物代謝產(chǎn)物對(duì)巖心的污染明顯減輕，污染程度進(jìn)一步降低，見(jiàn)圖5。

圖5污染程度與殺菌劑濃度的關(guān)系Fig.5Relation between pollution extent and concentration of bactericide

根據(jù)圖5中關(guān)系曲線的下降趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)加藥濃度在1.0%之前效果明顯，污染程度降至18.95%；隨后趨勢(shì)趨于平緩，對(duì)巖心污染的改善效果變差。因此，殺菌劑最佳加藥濃度應(yīng)為1%。

綜上所述，為合理利用采出污水，節(jié)約水資源，降低生產(chǎn)成本，同時(shí)盡可能降低巖心污染程度，最終優(yōu)選的注入方案為：采用清污混注的注入方式，清污比50∶1，其中添加1.5%有機(jī)磷酸酯作為防垢劑，1.0%四羥甲基硫酸磷作為殺菌劑，能將巖心污染程度降低至18.95%。

3 結(jié)論

（1）未經(jīng)有效處理的采油污水注入儲(chǔ)層時(shí)，由于其中含固相顆粒、污泥等雜質(zhì)，且在儲(chǔ)層條件下易發(fā)生結(jié)垢，所含微生物產(chǎn)生大量代謝產(chǎn)物，在流動(dòng)過(guò)程中會(huì)堵塞巖石喉道，增大滲流阻力，大幅降低滲透率，導(dǎo)致儲(chǔ)層嚴(yán)重污染。

（2）結(jié)合該區(qū)塊儲(chǔ)層條件，開(kāi)展巖心室內(nèi)模擬注水實(shí)驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)注入清水對(duì)儲(chǔ)層傷害最小，污染程度僅為16.04%；在清污混注過(guò)程中，清水所占比例越高，對(duì)巖心污染程度越低，因?yàn)榧尤肭逅苡行Ы档臀鬯须s質(zhì)濃度，減輕對(duì)巖心的污染。

（3）為合理利用采油污水，節(jié)約水資源，降低生產(chǎn)成本，同時(shí)盡可能降低巖心污染程度，結(jié)合室內(nèi)模擬注水實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定了最優(yōu)的采油污水回注方案：采用清污混注的注入方式，清污比50∶1，其中添加1.5%有機(jī)磷酸酯作為防垢劑，1.0%四羥甲基硫酸磷作為殺菌劑。

［1］侯傲.油田污水回注處理現(xiàn)狀與展望［J］.工業(yè)用水與廢水，2007，38（3）:9-12.

［2］于洪敏，左景欒，任韶然.油田采油污水回注處理技術(shù)及工藝探討［J］.腐蝕與防護(hù)，2008，29（12）:776-779.

［3］馬曉金，劉芳，屈撐囤，等.長(zhǎng)慶油田慶二聯(lián)采油污水回注處理研究［J］.西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，25（4）: 66-70.

［4］孫寧，柏明星，趙宇.油田污水回柱對(duì)不同滲透率儲(chǔ)層傷害評(píng)價(jià)研究［J］.2016，45（6）:782-784.

［5］聶臻，姚占力，牛自得，等.油田注水用殺菌劑在我國(guó)的應(yīng)用及發(fā)展［J］.石油與天然氣化工，1999，28（4）:304-307.

Studies on optimization of reinjection scheme for produced water of songfangtun oilfield*

本針對(duì)宋芳屯油田M層采油污水回注的問(wèn)題，開(kāi)展采油污水回注方案優(yōu)選研究。結(jié)合區(qū)塊資料及實(shí)際生產(chǎn)狀況，通過(guò)室內(nèi)模擬注水實(shí)驗(yàn)，制定該油田采油污水回注的最優(yōu)方案。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采油污水對(duì)儲(chǔ)層污染程度較大，隨著污染程度升高，儲(chǔ)層滲透率降低，因此，需要對(duì)其進(jìn)行處理后再回注。在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)清污混注能有效減輕注入水對(duì)儲(chǔ)層的污染。最終結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，優(yōu)選出合適的回注方案：采用清污混注的注入方式，清污比50∶1，其中添加1.5%有機(jī)磷酸酯作為防垢劑，1.0%四羥甲基硫酸磷作為殺菌劑。

采油污水；回注；室內(nèi)實(shí)驗(yàn)；污染程度；優(yōu)選

LIU Hao-liang1,HUANG Yao-ming2,FENG Si-jia3,SUN Duo1
（1.School of Petroleum Engineering,Northeast Petroleum University,Daqing 163318,China;2.Gucheng Operating Area,No.12 Oil Recovery Plant,Changqing Oilfield Corp.Ltd.,Qingyang 745400,China;3.No.3 Oil Recovery Plant,Daqing Oilfield Corp. Ltd.,Daqing 163318,China）

In view of the problems of reinjection of produced water in Songfangtun oilfield M layer,studies on optimization of reinjection scheme for produced water were conduct.Combined with information of block and practical situation,optimal scheme of reinjection for this oilfield was made with the help of laboratory experiments.It was observed that reservoir was polluted seriously by produced water,and permeability of reservoir reduced with increase of pollution extent,so it should be treated before reinjection.In laboratory experiments,clean/polluted water was found to reduce pollution extent.Combined with results of experiments,suitable scheme of re-injecting produced water was optimized:clean/polluted water was mixedly injected with ratio of 50∶1,adding 1.5% organophosphorus ester as anticrustator,1.0%THPS as bactericide.

produced water;reinjection;laboratory experiments;pollution extent;optimization

TE357.8

A

2017-02-23

“十三五”油氣國(guó)家重大專(zhuān)項(xiàng)“稠油火驅(qū)提高采收率技術(shù)”（No.2016ZX05055-006）;黑龍江省自然科學(xué)基金“火燒油層供氫催化裂解改質(zhì)稠油內(nèi)在反應(yīng)機(jī)理研究”（No.E2015036）資助

劉灝亮（1993-），男，在讀碩士生，研究方向：提高采收率理論與技術(shù)。

黃耀明（1992-），男，助理工程師，2015年畢業(yè)于東北石油大學(xué)石油工程專(zhuān)業(yè)，研究方向：采油采氣技術(shù)。