杏子川油田注入水水質(zhì)劣化原因分析及對(duì)策研究

易愛(ài)文，楊永釗，李 剛，趙海玉，房 葛，李國(guó)勇

（延長(zhǎng)油田股份有限公司杏子川采油廠，陜西安塞 717400）

在低滲透油田的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，油田產(chǎn)出水回注仍然是重要的節(jié)水及環(huán)保措施。油田回注水受多種因素影響往往水質(zhì)較差，長(zhǎng)期不合格水質(zhì)的注入不僅傷害地層，還會(huì)降低原油的采收率，給油田開(kāi)發(fā)造成困難。因此有必要對(duì)回注水水質(zhì)劣化原因進(jìn)行研究，以此為依據(jù)對(duì)回注水進(jìn)行綜合治理，從而提高回注水水質(zhì)[1-3]。

圖1 杏子川采油廠注水工藝流程圖

1 杏子川油田注入水工藝現(xiàn)狀

杏子川油田某聯(lián)合站回注水從聯(lián)合站到注水井工段發(fā)生水質(zhì)劣化現(xiàn)象，造成注水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，給油田生產(chǎn)帶來(lái)了極大不便，其注水工藝流程（見(jiàn)圖1）。對(duì)注水井口取樣分析后發(fā)現(xiàn)井口出水顏色較深（見(jiàn)圖2），明顯無(wú)法滿足油田回注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。因此，需進(jìn)行詳細(xì)的水質(zhì)劣化原因分析以改善油田注入水水質(zhì)。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)井口取樣

2 注入水水質(zhì)劣化原因分析

針對(duì)杏子川采油廠某注水站存在的注水水質(zhì)在管線流動(dòng)過(guò)程隨時(shí)間的延長(zhǎng)，懸浮物、顆粒中值等指標(biāo)增加，水質(zhì)變差，尤其井口水質(zhì)最差的問(wèn)題，通過(guò)分別對(duì)污水站、清水站的水處理出水、注水泵房、配水間和井口四個(gè)點(diǎn)位取水樣進(jìn)行化驗(yàn)，判斷水質(zhì)主要影響因素。

2.1 水樣化驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 杏6025站點(diǎn)水樣化驗(yàn)結(jié)果 杏6025污水站水處理間，注水泵房及輻射配水間和注水井各處注入水水質(zhì)取樣化驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表1），注入水水型及礦化度數(shù)據(jù)（見(jiàn)表2）。

由表1數(shù)據(jù)可見(jiàn)，杏6025處理站pH呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，主要是注水井底水返排及細(xì)菌導(dǎo)致；懸浮物值在泵房處小于處理間，這是由于懸浮物下沉到了凈化罐底部，而到達(dá)井場(chǎng)后其值增加，一方面是水在輸送過(guò)程產(chǎn)生反應(yīng)導(dǎo)致懸浮物的生成，其次可能是井底返排水導(dǎo)致；含油量數(shù)值上漲表明有井底返排水；硫化物增加是細(xì)菌及井底返排導(dǎo)致；總鐵含量增加是由于井底油管、套管及閥門(mén)等處的腐蝕造成。

表1 杏6025站點(diǎn)水質(zhì)數(shù)據(jù)表

表2 杏6025站點(diǎn)礦化度、水型數(shù)據(jù)表

表3 杏286站點(diǎn)水質(zhì)數(shù)據(jù)表

表4 杏286站點(diǎn)礦化度、水型數(shù)據(jù)表

由表2 數(shù)據(jù)可見(jiàn)，Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-值不規(guī)律變化主要與地層返排水質(zhì)有關(guān)，其次來(lái)水過(guò)程中水質(zhì)不一也造成了離子值變化不規(guī)律。

2.1.2 杏286站點(diǎn)水樣化驗(yàn)結(jié)果 杏286清水站水處理間，注水泵房及輻射配水間和注水井各處注入水水質(zhì)取樣化驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表3），注入水水型及礦化度數(shù)據(jù)（見(jiàn)表4）。

由表3、表4可以看出清水注水過(guò)程中水質(zhì)變化較小，一方面是細(xì)菌含量少，其次水質(zhì)整體較好，因此各項(xiàng)指標(biāo)均出現(xiàn)較好的結(jié)果。對(duì)杏286井、杏295井（清水）注水站取樣化驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)：杏286井水處理間，泵房，配水間出水均為清澈透明水質(zhì)，但注水站配水間水質(zhì)出現(xiàn)變黑現(xiàn)象；杏295井取樣水質(zhì)為深黑色，可能是由于井底閥門(mén)關(guān)閉不嚴(yán)或者是套管閥門(mén)關(guān)閉不嚴(yán)導(dǎo)致部分井底水返排的結(jié)果，將井底閥門(mén)關(guān)閉后所取水樣顏色變淺。

2.2 黑色物質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果

取樣過(guò)程中有些站點(diǎn)所取的水樣顏色呈現(xiàn)深黑色，因此引起水樣變色的黑色物質(zhì)需進(jìn)一步測(cè)定判斷其來(lái)源，化學(xué)分析過(guò)程（見(jiàn)圖3）。

圖3 黑色物質(zhì)化學(xué)分析圖

化學(xué)分析過(guò)程：（1）將泵房處理水加氧化劑后水質(zhì)顏色變淺但仍顯黑色，加入酸后水質(zhì)變清；（2）將井口水加氧化劑后再加酸顏色變淡但呈土黃色，焙燒后為紅色是四氧化三鐵的顏色，因此水質(zhì)中黑色物質(zhì)應(yīng)該含有硫化亞鐵；（3）對(duì)黑色物質(zhì)過(guò)濾烘干，進(jìn)行焙燒測(cè)定其剩余含量所占百分?jǐn)?shù)為38.24%，因此所含有機(jī)物較高。

經(jīng)化學(xué)分析可以得出：黑色物質(zhì)單獨(dú)加氧化劑未完全褪色這是因?yàn)楸砻媪蚧瘉嗚F被氧化為四氧化三鐵與硫單質(zhì)阻礙了進(jìn)一步氧化，所以加入氧化劑黑色物質(zhì)未完全褪去，待加入酸后表面物質(zhì)反應(yīng)后，硫化亞鐵繼續(xù)反應(yīng)所以泵房出口水質(zhì)變清，而加入酸黑色物質(zhì)未褪去是因?yàn)楹谏镔|(zhì)表面覆蓋了有機(jī)物質(zhì)阻礙了反應(yīng)進(jìn)行，加入氧化劑后表面物質(zhì)層破壞導(dǎo)致反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)方程式如下所示：

由此可以判斷出水樣中的黑色物質(zhì)主要來(lái)源于水質(zhì)輸送過(guò)程中的管線腐蝕及返排中出現(xiàn)的油、套管腐蝕。

2.3 水質(zhì)劣化影響因素分析

水質(zhì)化驗(yàn)和黑色化學(xué)物質(zhì)分析結(jié)果表明：回注水水質(zhì)污染物成分復(fù)雜，懸浮物、含油量、硫酸鹽還原菌、硫化物等非常規(guī)指標(biāo)含量超標(biāo)。綜合考察水質(zhì)劣化是物理因素、化學(xué)因素、生物因素的共同作用結(jié)果。其中，隨著溫度的降低、壓力的升高和降低、時(shí)間的增加，水中懸浮物增加為水質(zhì)劣化的物理因素；化學(xué)劑如絮凝劑的“延遲絮凝”作用，硫化物對(duì)系統(tǒng)和管線的腐蝕作用，碳酸鹽、硅酸鹽沉淀的生成、水中油的沉積作用等為水質(zhì)劣化的化學(xué)因素；細(xì)菌附著在淤泥上增殖、代謝、消亡，是導(dǎo)致水質(zhì)劣化的生物因素。具體表現(xiàn)在以下7個(gè)方面：

（1）水中污染物對(duì)懸浮物的影響：管道中的水在流動(dòng)過(guò)程中，水中的油滴、微生物、有機(jī)物、鐵化合物等污染物粘附、積聚在管道內(nèi)壁，時(shí)間越長(zhǎng)沉積層越厚，使得管網(wǎng)水中的懸浮物增大，對(duì)注水水質(zhì)形成污染。在取樣時(shí)隨著水流沖擊力增大，表現(xiàn)出比前端水處理設(shè)備水質(zhì)更差。

（2）沉降和流動(dòng)時(shí)間對(duì)懸浮物的影響：隨著時(shí)間的增加，懸浮物中微生物的生長(zhǎng)越來(lái)越多，懸浮物的聚集和沉積越來(lái)越多，同時(shí)流動(dòng)增大加速了懸浮物的運(yùn)動(dòng)，使得懸浮粒子聚集從而導(dǎo)致水質(zhì)惡化。

（3）化學(xué)劑的影響：主要表現(xiàn)在絮凝劑進(jìn)入后續(xù)注水流程后，會(huì)將原本在污水中分散、不能夠及時(shí)絮凝的微小顆粒在合適的條件下重新絮凝，這種延遲絮凝的作用使一些小粒子在絮凝的作用下凝聚后沉降，增加了注水中的懸浮物，從而導(dǎo)致水質(zhì)惡化。

（4）硫化物的影響：注水中的硫化物會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生腐蝕，進(jìn)而生成硫化亞鐵以及三氧化二鐵，這些物質(zhì)在注水中呈現(xiàn)顆粒物的狀態(tài)，使水質(zhì)變差。

（5）成垢離子的影響：注水中的成垢離子在水中生成碳酸鹽類化合物、碳酸鹽類沉淀，會(huì)以懸浮物的形式隨水流流動(dòng)，或附著在系統(tǒng)的內(nèi)壁之上，導(dǎo)致水質(zhì)劣化。

（6）油含量的影響：油滴能夠包裹懸浮物顆粒，隨著時(shí)間推移其包裹的懸浮物顆粒越來(lái)越多，同時(shí)注水中油膠質(zhì)以及瀝青較多，易產(chǎn)生吸附作用在回注水系統(tǒng)的管壁上附著；此外，注水中油滴的輕組分在水中呈現(xiàn)出蠟晶的形式，這種形式的輕組分是水中懸浮物的重要組成部分，易于形成懸浮物。因此，注水中油滴的存在會(huì)導(dǎo)致懸浮物增多，水質(zhì)惡化。

（7）細(xì)菌對(duì)水質(zhì)的影響：通過(guò)隨機(jī)取樣對(duì)鐵細(xì)菌、硫酸鹽還原菌和腐生菌三種細(xì)菌進(jìn)行化驗(yàn)，細(xì)菌指標(biāo)大部分超標(biāo)。這是由于管道中的油和淤泥可以給細(xì)菌營(yíng)造良好的營(yíng)養(yǎng)環(huán)境和溫度，使細(xì)菌得以在回注水系統(tǒng)中沉積、生長(zhǎng)，最終附著在淤泥的表面或原油中。細(xì)菌長(zhǎng)時(shí)間增殖和代謝不斷的積累，導(dǎo)致注水中懸浮物的增加。此外，鐵細(xì)菌中的硫酸鹽細(xì)菌不僅能夠?qū)刈⑺到y(tǒng)管線產(chǎn)生污染，同時(shí)其腐蝕作用能夠產(chǎn)生硫化物。

3 水質(zhì)劣化治理對(duì)策

對(duì)于低滲透油田注入水水質(zhì)，水中懸浮固體含量和顆粒粒徑是低滲透油田注入水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)兩項(xiàng)主要指標(biāo)。通過(guò)水質(zhì)劣化影響因素分析可知，懸浮物增多是導(dǎo)致杏子川油田注水水質(zhì)劣化的重要因素，因此需對(duì)注入水進(jìn)行深度處理，采取經(jīng)濟(jì)可行的物理、化學(xué)等措施降低水中懸浮固體的含量，減小顆粒粒徑，改善注水水質(zhì)。

采用物理措施降低注水中懸浮物顆粒含量的方法主要有：提高水處理設(shè)備過(guò)濾精度，采用管道清洗、水井清洗技術(shù)，加強(qiáng)注水站來(lái)水、出水的監(jiān)測(cè)，控制注水壓力等。具體如下：

（1）提高設(shè)備過(guò)濾精度：精細(xì)過(guò)濾是注入水水質(zhì)處理的關(guān)鍵，精細(xì)過(guò)濾設(shè)備的選用應(yīng)根據(jù)濾后水質(zhì)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性等多方面綜合考慮。目前杏子川注水站采用多介質(zhì)過(guò)濾器，通過(guò)多次對(duì)水處理設(shè)備的出水進(jìn)行檢測(cè)，懸浮物在15 mg/L～35 mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出小于5 mg/L標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明水處理設(shè)備過(guò)濾精度不夠。因此可采用ABC動(dòng)態(tài)膜過(guò)濾設(shè)備，ABC動(dòng)態(tài)膜過(guò)濾設(shè)備是在濾布表面均勻涂上一層2 mm厚的精細(xì)過(guò)濾膜，攔截顆粒徑大于0.3 μm的微小固體、膠體、油滴、細(xì)菌等，滿足粒徑中值小于3 μm及減低懸浮物的要求，同時(shí)可以除去水中的有害細(xì)菌，大幅度提高注水質(zhì)量。

（2）洗井：注入污水會(huì)導(dǎo)致水井注入壓力明顯上升，影響區(qū)塊開(kāi)發(fā)效果，通過(guò)洗井，可以去除井底污染物，疏通儲(chǔ)層孔喉；同時(shí)可清理和清除管道上粘附的污染物，防止污染注水水質(zhì)，保證注水質(zhì)量，從而達(dá)到增注目的。清洗管線：注水管網(wǎng)管線由于長(zhǎng)期注水，水中的污染物會(huì)大量積聚在管線內(nèi)壁。為減少沿程水質(zhì)的二次污染，確保井口及井下水質(zhì)達(dá)標(biāo)，需要定期對(duì)地面管線進(jìn)行清洗；清洗時(shí)需要針對(duì)管壁污染物成分，配制清洗劑，達(dá)到清洗徹底干凈的目的。

（3）加強(qiáng)對(duì)來(lái)水懸浮物指標(biāo)值的檢測(cè)：建議對(duì)注水站來(lái)水懸浮物含量指標(biāo)進(jìn)行控制，如果來(lái)水大于控制值，則進(jìn)行預(yù)處理后再進(jìn)入水處理系統(tǒng)；對(duì)于注水站來(lái)水水質(zhì)波動(dòng)較大的情況，可以在送水前進(jìn)行加藥預(yù)處理，通過(guò)預(yù)處理，達(dá)到系統(tǒng)進(jìn)水要求。

（4）加強(qiáng)對(duì)出水的定時(shí)檢測(cè)：可在凈水罐前端建一個(gè)檢測(cè)罐，定時(shí)取樣測(cè)懸浮物值，如果水質(zhì)出現(xiàn)異常不達(dá)標(biāo)情況，將罐內(nèi)水回流到沉降罐重新處理，避免流入到凈化罐中污染罐內(nèi)好水，保證注入水合格。

（5）嚴(yán)格控制注水井壓力，防止水井返排造成相鄰水井之間的水體混合污染。

采取化學(xué)措施是指通過(guò)配伍性實(shí)驗(yàn)制定合理的加藥方案等方法降低水中的結(jié)垢、懸浮物量，防止水質(zhì)惡化和管道腐蝕。具體方法如下：

（1）通過(guò)對(duì)長(zhǎng)2、長(zhǎng)6和清水的配伍實(shí)驗(yàn)（見(jiàn)表5），水源井和長(zhǎng)2配伍性最差，長(zhǎng)6：長(zhǎng) 2=1：1和 1：9時(shí)鈣鎂得失率最小，分別為1.22%和1.16%，水源井：長(zhǎng)6=3：1時(shí)鈣鎂得失率最小，為1.57%，建議混注時(shí)參考。

（2）制定可行有效的加藥方案，藥劑處理和設(shè)備處理是注水處理最重要的手段，要控制好注入水的水質(zhì)必須控制好包括細(xì)菌含量、懸浮物含量、含油量、鐵含量等在內(nèi)的幾個(gè)重點(diǎn)水質(zhì)指標(biāo)。通過(guò)對(duì)杏子川注水站水處理取樣化驗(yàn)，目前水質(zhì)主要是細(xì)菌含量、懸浮物、鐵含量超標(biāo)，需要對(duì)藥劑的選型和加量進(jìn)行篩選優(yōu)化，適合的殺菌劑、除鐵劑及加量可以有效控制水質(zhì)指標(biāo)。

根據(jù)站點(diǎn)各污水的來(lái)水情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)配伍性實(shí)驗(yàn)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室燒杯實(shí)驗(yàn)結(jié)果，針對(duì)混凝劑、除鐵劑、除硫劑、殺菌劑、助凝劑、阻垢緩蝕劑6種藥劑，分區(qū)塊、分季節(jié)、分地層制定了新的完整加藥標(biāo)準(zhǔn)（均以每處理10 m3污水為標(biāo)準(zhǔn)制定加藥量）體系。其具體加藥標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)表6）。

表5 長(zhǎng)2、長(zhǎng)6和清水的配伍實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表6 加藥標(biāo)準(zhǔn)表

根據(jù)加藥經(jīng)驗(yàn)，規(guī)定各站點(diǎn)在進(jìn)行加藥時(shí)應(yīng)注意加藥次序?yàn)椋撼騽⒊F劑、絮凝劑、助凝劑、阻垢緩蝕劑、殺菌劑；pH調(diào)節(jié)劑（堿性）根據(jù)處理后水的pH值化驗(yàn)結(jié)果適量添加。所有標(biāo)準(zhǔn)溶液配比：助凝劑按3‰溶液濃度配比，其他藥劑均按10%溶液濃度配比。一般冬季加藥量比夏季要有所減少，實(shí)際應(yīng)根據(jù)每天的來(lái)水情況或每次化驗(yàn)結(jié)果適當(dāng)調(diào)整相關(guān)藥劑的加藥比例，確保水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

4 結(jié)論

（1）本研究對(duì)油田回注水水質(zhì)劣化現(xiàn)象從原因機(jī)理進(jìn)行分析，結(jié)合實(shí)際情況提出了可行性高的治理對(duì)策和建議，為其他油田回注水水質(zhì)達(dá)標(biāo)問(wèn)題提供了一定的技術(shù)參考依據(jù)。

（2）根據(jù)杏子川油田實(shí)驗(yàn)室提供的清洗技術(shù)方法等，對(duì)油田回注水進(jìn)行了綜合治理，水質(zhì)得到了明顯改善：懸浮物、含油量、硫化物含量大幅降低，細(xì)菌含量得到了有效控制，水質(zhì)能夠達(dá)到回注標(biāo)準(zhǔn)。