稠油RO濃水回注稀油井區(qū)研究

李平原 ，周 鶴 ，竇玉明 ，顏亨兵 ，程 萍 ，李冬菊

（1.新疆科力新技術(shù)發(fā)展股份有限公司，新疆克拉瑪依 834000；2.中國石油新疆油田公司陸梁作業(yè)區(qū)，新疆克拉瑪依834000；3.中國石油新疆油田公司風(fēng)城作業(yè)區(qū)，新疆克拉瑪依834000）

反滲透（RO）處理系統(tǒng)作為降鹽工藝在新疆風(fēng)城油田超稠油污水處理中得到工業(yè)化應(yīng)用〔1〕。RO系統(tǒng)在生產(chǎn)低鹽水的同時也將產(chǎn)生大量濃水。RO濃水的礦化度相對進(jìn)水成倍增加，其懸浮物和油＜5 mg/L。對RO濃水的排放指標(biāo)進(jìn)行分析〔2〕，RO濃水中的 COD 為 500～600 mg/L，揮發(fā)酚為 0.5～0.8 mg/L。根據(jù)GB/T 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》，RO濃水中的COD及揮發(fā)酚等污染物質(zhì)超標(biāo)。若直接排放，將對排放水域的生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重破壞，同時造成水資源浪費；如達(dá)標(biāo)外排處理，將產(chǎn)生較高的處理費用。因此，RO濃水處理問題已成為油田急需解決的一大難題。

與此同時，該稠油油田附近的烏36稀油井區(qū)需要回注大量清水，以保證原油的開采需求。目前該稀油井區(qū)注水水源為地下水清水（簡稱清水），且為保證注水指標(biāo)及對儲層的保護(hù)，在清水回注過程中投加黏土穩(wěn)定劑、殺菌劑（間歇性投加）、緩蝕劑。新疆地區(qū)清水資源比較寶貴，且由于常年使用，清水水量已有減少趨勢。

鑒于以上問題，根據(jù)超稠油RO的濃水水質(zhì)特點，將RO濃水回注烏36稀油井區(qū)，以降低生產(chǎn)廢水的排放量，減少清水使用量，達(dá)到合理利用寶貴水資源的目的。筆者從RO濃水的回注指標(biāo)、與地層水的配伍性、對儲層的損害等方面展開研究分析，發(fā)現(xiàn)RO濃水均滿足回注目的地層的要求，可為同類污水處理提供借鑒。

1 實驗部分

1.1 材料及儀器

RO濃水，清水（原注入水），烏36地層水，烏36原油儲層巖心（D 2.5 cm×8.0 cm，氣滲 0.533 97μm2，空隙體積14.6 cm3，孔隙度37.2%），蒙脫石，廣東翁江化學(xué)試劑有限公司。

乙二胺四乙酸二鈉、羧酸鈣指示劑、鉻黑T指示劑、酚酞指示劑、甲基橙指示劑、鉻酸鉀、碳酸鈉、氯化鋇、氨水、氯化銨、氫氧化鈉、鹽酸、硝酸銀、無水氯化鈣，均為分析純。氧化鋅、無水碳酸鈉、氯化鉀，為基準(zhǔn)試劑。航空煤油，一級膨潤土。除水樣外，實驗用水均為蒸餾水。

NWTX-16B型高溫電阻爐，洛陽納維特爐業(yè)有限公司；RC-2100型電阻法（庫爾特）顆粒計數(shù)器，珠海歐美克儀器有限公司；DHG-9030A干燥箱，上海申賢恒溫設(shè)備廠；AE-260電子天平，日本AND公司；HH-S6型恒溫水浴鍋，江蘇金怡儀器科技有限公司；LNB16000G型離心機(jī)，上海皓莊儀器有限公司；恒速恒壓驅(qū)替裝置（帶壓力顯示記錄系統(tǒng)），常州易用科技有限公司；0.45μm水系微孔濾膜，上海市新亞凈化器件廠。

1.2 實驗設(shè)計

RO濃水用作烏36井區(qū)回注水源必須滿足烏36井區(qū)的注水條件。根據(jù)注水標(biāo)準(zhǔn)SY/T5329—2012中的基本要求〔3〕，實驗設(shè)計思路：（1）分析 RO 濃水的注水指標(biāo)，必須符合油田注水的分級指標(biāo)。注水指標(biāo)不符合的情況下，須對污水采取相應(yīng)的處理措施，使其達(dá)標(biāo)后方可回注。（2）考慮RO濃水自身的穩(wěn)定性以及其與地層水的配伍性，即混合水的穩(wěn)定性。水質(zhì)不配伍可能引起污水結(jié)垢、濁度增加、腐蝕增加等，影響油田開采。（3）評價RO濃水對儲層的損害性程度，如果損害程度嚴(yán)重將破壞儲層，影響原油采收率。

1.3 實驗方法

1.3.1 水質(zhì)分析

水樣離子分析參照SY/T 5523—2016《油氣田水分析方法》進(jìn)行，結(jié)垢趨勢預(yù)測方法參照SY/T 0600—2009《油田水結(jié)垢趨勢預(yù)測》進(jìn)行。結(jié)垢趨勢判斷方法采用飽和指數(shù)（SI）法和穩(wěn)定指數(shù)（SAI）法。SI指數(shù)判斷方法：SI＞0，有結(jié)垢趨勢；SI=0，臨界狀態(tài)；SI＜0，無結(jié)垢趨勢。SAI指數(shù)判斷方法：SAI≥6，無結(jié)垢趨勢；SAI＜6，有結(jié)垢趨勢；SAI＜5，嚴(yán)重結(jié)垢趨勢。

1.3.2 注入水與地層水的配伍性評價

由于污水混合可能導(dǎo)致結(jié)垢、渾濁、色度及腐蝕變化等情況，因此不同水源必須進(jìn)行配伍實驗，以保證原油的正常開采。取不同水樣按照不同比例進(jìn)行混合，恒溫24 h后測定失鈣量、腐蝕速率、懸浮物的變化，判斷各水源之間是否配伍〔4〕。

1.3.3 注入水對地層的傷害性評價

由于注入水注入地層可能因黏土膨脹、無水結(jié)垢或懸浮固體等因素導(dǎo)致滲透率下降，使原油采收率降低。因此，針對RO濃水進(jìn)行防膨性實驗和儲層損害評價〔5〕，實驗參照 SY/T 5971—2016《注水用黏土穩(wěn)定劑性能評價方法》和SY/T 5358—2010《儲層敏感性流動實驗評價方法》。

防膨率按式（1）計算。

式中：B——防膨率，%；

V0、V1、V2——膨潤土在煤油、水樣和蒸餾水中的體積，mL。

巖心損害率（Dw）按式（2）計算。

式中：Kw——注入水在巖樣中的滲透率，μm2；

Ki——巖樣的原始滲透率，μm2。

儲層損害程度的判斷方法：Dw≤5%時為無損害，5%＜Dw≤30%時為損害弱，30%＜Dw≤50%時為中偏弱，50%＜Dw≤70%時為中偏強(qiáng)損害，70%＜Dw≤90%時為較強(qiáng)損害，Dw＞90%時為強(qiáng)損害。

2 結(jié)果與討論

2.1 注水指標(biāo)分析

RO濃水的排放標(biāo)準(zhǔn)參照GB/T 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的二級排放標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。

注水指標(biāo)是判斷污水是否滿足回注要求的首要條件，注水指標(biāo)不合格將對原油開采造成嚴(yán)重影響〔5〕。 注水指標(biāo)參照 SY/T 5329—2012《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》。RO濃水、清水及參考注水指標(biāo)見表2。

表1 排放指標(biāo)

表2 注入水指標(biāo)分析

由表1數(shù)據(jù)可知：RO濃水中的COD、BOD、揮發(fā)酚等污染物質(zhì)超標(biāo)，將對生態(tài)環(huán)境造成破壞，還可能伴隨食物鏈進(jìn)行富集和傳遞，因此不能直接排放。

由表2可以看出：RO濃水指標(biāo)均滿足稀油注水井區(qū)回注要求，無需進(jìn)行再處理。清水的腐蝕率略有超標(biāo)，需采取控制措施。

2.2 水質(zhì)分析及結(jié)垢趨勢預(yù)測

污水可能出現(xiàn)結(jié)垢，不但對生產(chǎn)系統(tǒng)造成影響，還可能損害原油儲層〔6〕，影響原油開采。對RO濃水、清水及烏36地層水進(jìn)行離子分析，結(jié)果見表3。根據(jù)離子濃度計算SI指數(shù)及SAI指數(shù)，見表4。

由表3可以看出，RO濃水、清水、地層水均為重碳酸鈉水型。RO濃水的硬度很小，雖然礦化度較高，但無結(jié)垢趨勢。清水各離子濃度均較低，礦化度低，無結(jié)垢趨勢。地層水的碳酸氫根和鈣離子濃度較高，有結(jié)垢趨勢。據(jù)報道，在保持其他因素不變的條件下，隨著壓力增加，污水的結(jié)垢趨勢降低；溫度升高，污水結(jié)垢趨勢增加〔7〕。由于RO濃水溫度為63℃，儲層溫度為36℃，注水壓力為13 MPa，因此在RO濃水注入儲層過程中，受注水環(huán)境的影響，壓力增加且溫度降低，結(jié)垢趨勢降低，故RO濃水在井筒及儲層中無結(jié)垢趨勢。

2.3 注入水與地層水的配伍性

將RO濃水與地層水按一定比例進(jìn)行混合，24 h后測定污水的懸浮物、鈣離子濃度，并根據(jù)鈣離子濃度計算結(jié)垢量。為考察RO濃水對輸水管線及注水井筒的腐蝕情況，選用A3鋼材試片和N80鋼材試片，即普通管輸鋼材及注水井鋼材，模擬注水壓力及注水溫度進(jìn)行腐蝕速率測定。實驗結(jié)果見表5。

表3 注水及地層水的離子分析

表4 結(jié)垢趨勢預(yù)測結(jié)果

表5 RO濃水與地層水的配伍性

由表5可見，不同混合比例水樣放置后懸浮物均少量增加，懸浮物仍符合回注指標(biāo)要求。各混合比例水樣的平均腐蝕速率＜0.076 mm/a，符合回注要求。

結(jié)垢趨勢與成垢離子濃度有關(guān)〔8〕，成垢離子濃度越高，結(jié)垢趨勢越嚴(yán)重。烏36地層水的堿度和硬度較高，有結(jié)垢現(xiàn)象；而RO濃水的硬度很低，無結(jié)垢現(xiàn)象，且堿度低于烏36地層水。因此混合水樣的結(jié)垢趨勢低于烏36地層水，且隨著RO濃水混合比例的增加，結(jié)垢趨勢呈降低趨勢。由腐蝕速率分析，RO濃水對輸水管線及注水井筒的腐蝕速率均較小，與地層水混合后腐蝕速率也無明顯變化，符合注水標(biāo)準(zhǔn)。因此，RO濃水與烏36地層水的配伍性良好，作為回注水源不會引起水質(zhì)惡化問題。

2.4 防膨性能評價

進(jìn)行注入水防膨性評價實驗，結(jié)果如表6所示。

表6 水樣防膨率測定結(jié)果

由表6可見，烏36地層水的防膨率為83.8%，RO濃水的防膨率達(dá)到89.6%，防膨性較好。清水的防膨率為36.8%，防膨率較低，投加3%黏土穩(wěn)定劑后防膨率可達(dá)到82.4%。與清水相比，RO濃水的防膨率較高，不會引起儲層黏土膨脹問題，可用作回注水。

2.5 巖心損害率評價

針對烏36儲層巖心分別采用地層水、RO濃水進(jìn)行驅(qū)替，測定水側(cè)滲透率。測得地層水水側(cè)滲透率為 8.0×10-2μm2，RO 濃水水側(cè)滲透率為 6.04×10-2μm2，根據(jù)式（2）計算得到 Dw=24.5%，說明 RO濃水對儲層的損害程度較小。

2.6 討論

清水中含有少量腐生菌，雖然滿足注水要求，但細(xì)菌可能在輸水管道及注水系統(tǒng)內(nèi)滋生，引起設(shè)備腐蝕、堵塞管道等問題，且清水的腐蝕率超標(biāo)，因此需要對2項指標(biāo)采取控制措施。清水現(xiàn)場處理方式為投加緩蝕劑控制清水腐蝕率，間歇性投加殺菌劑控制細(xì)菌滋生。清水的防膨率低，現(xiàn)場注水生產(chǎn)時還需投加黏土穩(wěn)定劑用于保護(hù)儲層〔9〕。注入清水將浪費大量寶貴的清水資源，另一方面產(chǎn)生藥劑成本投入，且化學(xué)助劑可能使注入水對周邊、儲層環(huán)境造成二次污染。相比之下，RO濃水水質(zhì)較好，不必使用化學(xué)藥劑或工藝即可滿足回注要求。RO濃水對儲層的損害低，防膨率高，有利于保護(hù)原油儲層。此外，RO濃水水溫較高，通常為60～65℃，儲層溫度約36℃，注入水溫度升高可降低原油黏度，增加原油流動性，同時改變儲層潤濕性，有助于提高原油采收率〔10〕。

據(jù)注水標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5329—2012及相關(guān)文獻(xiàn)報道〔11〕，注水控制條件主要為現(xiàn)行注水標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的指標(biāo)，未見COD、揮發(fā)酚等對儲層及原油采收率影響的相關(guān)報道。RO濃水中的COD為542 mg/L，揮發(fā)酚為0.62 mg/L，作為排放指標(biāo)有所超標(biāo)，但原油儲層中有大量原油和部分溶解性有機(jī)物，其COD和酚類遠(yuǎn)超RO濃水。因此，超標(biāo)的COD、揮發(fā)酚等對儲層無明顯影響。

經(jīng)6個月生產(chǎn)應(yīng)用，現(xiàn)場注水壓力為13～13.3 MPa，注水泵運行穩(wěn)定。注水井水質(zhì)穩(wěn)定，懸浮物及含油均低于5 mg/L，暫無細(xì)菌滋生，注水管線實際測定平均腐蝕速率為0.037 mm/a，低于注水指標(biāo)，滿足回注要求。

3 結(jié)論

（1）超稠油RO濃水的礦化度高，不能作為注氣鍋爐用水，也不能用作灌溉用水，且COD、揮發(fā)酚超標(biāo)，直接排放將污染環(huán)境。

（2）超稠油RO濃水的水質(zhì)好，無需采取任何處理即可滿足所有回注指標(biāo)，且穩(wěn)定性好，無結(jié)垢趨勢，防膨性好，對儲層傷害弱，有利于保護(hù)原油儲層，同時提高采收率。

（3）超稠油RO濃水回注油田可減少寶貴清水資源的使用，有效利用廢水資源，同時減少廢水排放量，減輕對環(huán)境的污染，同時節(jié)省了注水生產(chǎn)過程中化學(xué)助劑的使用，節(jié)約生產(chǎn)成本，并降低化學(xué)助劑對油田環(huán)境的二次污染。將超稠油RO濃水回注油田，可使RO濃水資源變廢為寶，降本減排。