某氣田采出水回注儲層傷害研究＊

張本艷 王勇飛 朱 婧

(中石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院)

0 引 言

目前，我國眾多氣田面臨一個嚴峻問題，隨著氣田開發(fā)的深入，油氣采出量逐漸增多，從地下采出的地層水也越來越多，受鉆井液和生產時加入的泡排劑等外來液體的影響，采出水如何處理變得十分棘手。氣田產出水一般礦化度高、對地表農作物和生態(tài)環(huán)境具有較強的負面影響。同其他處理技術相比，氣田采出水回注技術目前在油氣田污水處理方面得到了越來越廣泛的應用，具有投資較低、運行成本較低、水處理工藝簡單等優(yōu)點[1-7]。如果對采出水進行適當處理，并用于深層回注，則不僅可解決氣田開采過程中采出水量日益增加的問題，同時也可減少環(huán)境污染，降低油氣田運行成本，有利于氣田的可持續(xù)發(fā)展。

對普光氣田、川中氣礦、元壩氣田、川西氣田等氣礦的調研結果顯示，以上氣礦主要采取了回注的方法來處理氣井采出水。從回注站運行情況來看，回注不僅節(jié)約了生產成本，同時也有利于保護生態(tài)環(huán)境，取得了良好的社會效益和經濟效益。普光氣田先后建立了3 座地層水回注站?；刈游贿x擇主要是選擇鉆井中出現嚴重井漏或放空、儲層物性好、厚度大的地層以及裂縫孔洞發(fā)育的雷口坡組、嘉陵江組、飛仙關組作為回注層[8-9]。川中氣礦1997 年選了1口回注井，拉開了川中氣田水進行地層回注的序幕。目前14 口井的回注層位主要集中在大安寨、須家河、東岳廟、珍珠沖和沙溪廟等層系[10]。元壩地區(qū)長興組氣藏采出水礦化度、含鹽量高，氯離子含量尤其高，在溫度、壓力等條件發(fā)生變化時有結垢產生沉淀的可能。綜合對比元壩上沙溪廟組、閬中大安寨段、閬中上沙溪廟組，元壩上沙溪廟組回注層位深、儲水空間大，環(huán)保風險較小，適合污水回注[11]。川西氣田地層水回注研究起步較晚[12]，盡管2005 年在L氣田進行過試注，但對地層水回注加快探索步伐始于2009 年的回注試驗[13]，試驗結果表明：對于蓬萊鎮(zhèn)組這類淺層地層來說，累計采出量高的、地層能量存在虧空的區(qū)域具有一定的回注潛力。另外，調研顯示，單井多層回注可以降低投入費用，增加注水效益，與多井單層注水模式相比，前者能節(jié)省注水設施等投入的費用，增加注水效益。

1 某氣田產出水現狀

1.1 產水情況

某氣田2020年日產水約840 m3/d左右，是2005年產水量的10倍。X氣田目前縱向上有3個生產層位，自上而下分別是蓬萊鎮(zhèn)組氣藏(JP)、沙溪廟組氣藏(JS)及須家河組氣藏(TX)。其中TX氣藏日產水733 m3/d，占X氣田產水量的87%左右；JS氣藏日產水95 m3/d，占11%；JP氣藏日產水12 m3/d，占2%。

由于氣田采出水通常礦化度高、水質復雜、含有各種懸浮物和有機物等污染物。國家和地方環(huán)保部門對氣田外排水水質標準和管理逐步規(guī)范化并越來越嚴格的情況下，采出水處理后外排費用越來越高。相比之下，回注地層是處理采出水行之有效的方法。由于污水拉運成本大，一般回注區(qū)塊選擇的大原則為：就近回注。X氣田TX氣藏目前處于勘探評價期，不能回注污水；JS氣藏和JP氣藏層位部分區(qū)域采出程度較高，可評價回注的可行性。

1.2 水質現狀

由于X氣田大多數氣井呈低產低壓，為了增加氣井連續(xù)攜液能力，會在生產過程中加入大量泡排劑，導致產出水水樣基本呈現白色或者渾濁的黃色乳狀液。采用多功能離子色譜儀ICS-5000對水樣進行檢測分析，為避免樣品中雜質或部分有機物進入柱子導致柱頭堵塞或柱性能下降，測試前會對水樣進行預處理。將水樣經靜置-粗濾(濾紙)-破乳-過濾(孔徑為0.45 μm的纖維素酯微孔膜過濾)預處理后，對其水質進行了檢測，水分析離子檢測結果見表1。

表1 某氣田產出水水質分析 mg·L-1

2 須家河組產出水回注配伍性分析

2.1 濁度測試

根據測試各氣藏平均礦化度濃度配制實驗用水。

將TX采出水分別與JP采出水和JS采出水按1∶0，0∶1，1∶1，3∶1，5∶1，7∶1的比例混合，在80℃下反應靜置24 h以上，利用散射光濁度儀分別測量不同比例的混合水樣初始濁度和反應靜置24 h的濁度，定量表征混合水樣懸浮顆粒物質的含量變化情況，濁度測定前，采用平均孔徑為0.45 μm的纖維素酯微孔膜進行過濾預處理。濁度測定結果見表2、表3。

表2 TX與JP氣藏混合水樣濁度統(tǒng)計

表3 TX與JS氣藏混合水樣濁度統(tǒng)計

由表2、表3可以看出，經預處理后的單一的TX氣藏采出水濁度10 NTU，低于單一JP氣藏采出水濁度102 NTU及JS氣藏采出水濁度42。當TX氣藏與JP氣藏采出水按不同比例混合后，混合初期濁度均急劇增加，在80℃下反應靜置24 h后，濁度略有增加，基本趨于平穩(wěn)。

分析認為，TX氣藏與JP氣藏采出水混合后發(fā)生化學反應，生產大量沉淀物，導致固體懸浮物含量明顯增多，造成濁度增加，且生產的沉淀在80℃下比較穩(wěn)定。

TX氣藏與JS氣藏采出水按不同比例混合后，隨著TX采出水比例的增加，混合水樣的濁度逐漸減小，在80℃下反應靜置24 h后，混合水樣濁度略有增加，但最高值始終未超過單一JS氣藏采出水的濁度，說明TX氣藏采出水與JS氣藏采出水配伍性較好。

2.2 結垢分析

考慮X氣田實際產水情況，將TX氣藏采出水分別與JP氣藏和JS氣藏采出水按不同比例混合，根據SY/T 0600—2016《油田水結垢趨勢預測》[14]，計算了混合水樣不同配比情況下的垢樣類型及結垢量，見圖1、圖2。

圖2 TX與JS采出水不同比例混合后的結垢預測

在這兩種混合水樣中，均生成了CaCO3和BaSO4垢樣。在TX與JP混合水樣中，隨著TX采出水比例增加，CaCO3和BaSO4結垢量增加，當TX采出水與JP采出水比例為3∶1時，結垢逐漸變緩，CaCO3和BaSO4最大值分別為593.66 mg/L和198.37 mg/L，詳見圖1。

在TX與JS混合水樣中，隨著TX采出水比例增加，CaCO3和BaSO4結垢量均先增加，當TX采出水與JS采出水比例達到1∶1時，CaCO3結垢量達到最大，并趨于穩(wěn)定；當TX采出水與JS采出水比例增加到3∶1時，BaSO4結垢量達到最大，隨后又明顯下降，這與TX和JS氣藏地層水的離子成分和濃度有關。TX與JS不同比例混合水樣中，CaCO3和BaSO4最大值分別為220.37 mg/L和240.24 mg/L，結果見圖2，但垢量總和低于TX和JP的混合水樣。

在回注過程中，回注水與地層水反應可能會在地層孔隙中發(fā)生結垢，對儲層造成傷害，減小孔徑或堵塞喉道，從而影響回注水的滲流通道，并引起回注壓力的增大。由此可見，TX采出水回注到JS氣藏比回注到JP氣藏產生的傷害要小，且混合比例越大，優(yōu)勢越明顯。

2.3 儲層傷害評價

TX氣藏采出水注入回注層的過程中，TX水樣比例是一個逐步增大的過程?？紤]TX與JS采出水混合比例為3∶1時CaCO3和BaSO4總垢量達到最大值，選取巖心樣品，分別注入TX與JP的混合水樣(比例3∶1)和TX與JS的混合水樣(比例3∶1)，開展回注水對儲層的傷害評價實驗，評價最大限度下儲層的滲透率損失率。將不同注入倍數(PV)下的巖心滲透率值與原始滲透率相比，得到不同PV下的滲透率比值，結果見圖3、圖4。

圖4 TX與JS采出水混合水樣(比例3∶1)對滲透率的影響

圖3 TX與JP采出水混合水樣(比例3∶1)對滲透率的影響

從驅替實驗可知，隨著流體注入倍數的增加，對儲層的滲透率損害越來越大。當注入TX與JP混合水樣體積倍數為12～14 PV時，滲透率的損失逐漸變緩，當注入混合水樣體積倍數達到24 PV時，滲透率從初始的4.24×103μm2下降到1.3×103μm2，滲透率損失率為69.34%。

當注入TX與JS混合水樣體積倍數為10～12 PV時，滲透率的損失逐漸變緩，當注入混合水樣體積倍數達到24 PV時，滲透率從初始的3.73×103μm2下降到2.25×103μm2，滲透率損失率為39.68%。TX氣藏的采出水注入JP氣藏比注入JS氣藏會造成儲層更大的滲透率損失。

3 結 論

X氣田采出水主要來自于須家河組氣藏，各氣藏地層水水分析離子濃度差異大。須家河組與沙溪廟組流體的配伍性好于須家河組與蓬萊鎮(zhèn)組的流體配伍性；兩種混合水樣中均產生了CaCO3和BaSO4沉淀，須家河組與沙溪廟組地層水混合產生的垢量更??；儲層傷害評價實驗顯示，須家河組采出水注入沙溪廟組造成的巖心滲透率損失率更小。對比蓬萊鎮(zhèn)氣藏和沙溪廟組氣藏地層傷害評價研究結果，建議將X氣田須家河組采出水回注到沙溪廟組氣藏。