碳酸鹽巖油藏注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵性指標(biāo)研究

王景平 周海剛 魏旭 潘陽秋 周兆院 何龍 孫振華 董曉通

摘 要：由于目前國(guó)內(nèi)沒有碳酸鹽巖油藏相關(guān)的注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)行的碎屑巖油藏注水水質(zhì)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)性差、油藏針對(duì)性不足。因此，本文以碳酸鹽巖油藏為對(duì)象，分別對(duì)含油量、懸浮固體含量、懸浮物顆粒直徑中值等水質(zhì)關(guān)鍵性指標(biāo)進(jìn)行研究，確定出碳酸鹽巖油藏注水水質(zhì)指標(biāo)要求。本文研究結(jié)果更加符合碳酸鹽巖油藏的特點(diǎn)，既可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)注水，更能消除低要求注水的油藏傷害，為碳酸鹽巖油藏注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的建立進(jìn)行有效指導(dǎo)，對(duì)國(guó)內(nèi)外同類油田的注水開發(fā)也具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：碳酸鹽巖油藏，注水水質(zhì)，水質(zhì)指標(biāo)

按照2015年國(guó)土資源部全國(guó)油氣資源動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，海相碳酸鹽巖油藏資源量至少300億噸，占全國(guó)油藏資源的88%以上[1]。全國(guó)海相碳酸鹽巖油藏探明儲(chǔ)量29億噸，中石化主要集中在西北油田、勝利油田潛山油區(qū)，油藏資源探明程度較低（低于10%），是今后深入開發(fā)、保障國(guó)家原油供給的主戰(zhàn)場(chǎng)。

1 國(guó)內(nèi)碳酸鹽巖油藏注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前國(guó)內(nèi)各油田碳酸鹽巖油藏的注水開發(fā)尚無統(tǒng)一的注水標(biāo)準(zhǔn)或推薦指標(biāo)[2]。我國(guó)以碎屑巖油藏為主要對(duì)象，制定了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5329-2012《碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法》[3]，規(guī)定了碎屑巖油藏注水水質(zhì)的基本要求、推薦指標(biāo)及檢測(cè)水質(zhì)的分析方法，適用于碎屑巖油藏不同滲透層對(duì)注水水質(zhì)的要求和油藏注入水的水質(zhì)分析。

碳酸鹽巖油藏按照發(fā)育程度差異，儲(chǔ)集和流動(dòng)單元從微米-毫米級(jí)裂縫到百米級(jí)溶洞，尺度不一而足，顯著區(qū)別于常規(guī)微米級(jí)孔隙的碎屑巖油藏。因此碎屑巖油藏注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的適應(yīng)性明顯變差，油藏針對(duì)性明顯不足。當(dāng)前，中石化的西北油田、勝利油田潛山油區(qū)、中石油的塔里木油田、華北油田碳酸鹽巖油藏注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)基本照搬SY/T 5329-2012《碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法》，具體指標(biāo)在其最低要求上“酌情放寬”，實(shí)際執(zhí)行過程中存在要么嚴(yán)摳碎屑巖油藏行標(biāo)導(dǎo)致水處理過度、要么以能力反定要求兩種極端。

鑒于上述情況，本文專門針對(duì)影響碳酸鹽巖油藏注水水質(zhì)的關(guān)鍵性指標(biāo)進(jìn)行研究，以適應(yīng)當(dāng)前注水開發(fā)的需求，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白。該注水水質(zhì)關(guān)鍵性指標(biāo)的確定，能有效指導(dǎo)中石化范圍內(nèi)碳酸鹽巖油藏的注水開發(fā)，對(duì)國(guó)內(nèi)外同類油田的注水開發(fā)也具有借鑒意義。

2 關(guān)鍵性指標(biāo)討論

碳酸鹽巖油藏注水水質(zhì)主要有兩方面影響：（1）對(duì)油藏高效開發(fā)的影響，主要影響因素為含油量、懸浮固體含量、懸浮物顆粒直徑中值；（2）對(duì)水處理系統(tǒng)、注水管網(wǎng)及井下管柱的腐蝕影響，主要影響因素為平均腐蝕率和點(diǎn)腐蝕速率。

細(xì)菌（SRB、TGB、IB）是平均腐蝕率和點(diǎn)腐蝕速率的影響因素之一，且在一定條件下，可導(dǎo)致水中懸浮物增加或造成堵塞，因此對(duì)細(xì)菌含量的控制非常有必要。碳酸鹽巖油藏注水水質(zhì)普遍具有高礦化度的特點(diǎn)，細(xì)菌含量較少，但鑒于個(gè)別油田可能存在含有少量細(xì)菌的情況，因此在注水水質(zhì)輔助性控制指標(biāo)中增加SRB、TGB、IB含量指標(biāo)。另外，溶解氧含量、硫化物含量、侵蝕性二氧化碳含量也是腐蝕速率的影響因素，可作為輔助性指標(biāo)，進(jìn)一步強(qiáng)化水質(zhì)腐蝕性標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 注水水質(zhì)主要控制指標(biāo)

3.1 油藏開發(fā)相關(guān)指標(biāo)

根據(jù)碳酸鹽巖油藏注水開發(fā)水質(zhì)指標(biāo)控制需要，設(shè)計(jì)開展巖心傷害試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，確定出含油量、懸浮固體含量、懸浮物顆粒直徑中值3項(xiàng)水質(zhì)主要控制指標(biāo)。

由于碳酸鹽巖油藏的流動(dòng)主要受裂縫而非溶洞制約，因此總結(jié)分析了西北油田與勝利潛山油區(qū)13口電成像測(cè)井裂縫數(shù)據(jù)和100余口實(shí)鉆巖心裂縫觀測(cè)數(shù)據(jù)，成像測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)和巖心觀測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明平均裂縫開度為0.0845mm。因此以0.0845mm為界，將碳酸鹽巖油藏分為欠發(fā)育油藏和發(fā)育油藏兩類典型。

針對(duì)含油量、懸浮固體含量、懸浮物顆粒直徑中值3項(xiàng)水質(zhì)主要控制指標(biāo)，分別配置不同含油量、不同懸浮固體含量、不同懸浮物顆粒直徑中值的模擬地層水，開展水驅(qū)5000倍通道體積的驅(qū)替試驗(yàn)，分析3項(xiàng)主要控制指標(biāo)對(duì)裂縫/縫洞等效滲透率的影響。從現(xiàn)場(chǎng)注水效果統(tǒng)計(jì)結(jié)果出發(fā)，裂縫/縫洞的等效滲透率保留率60%是水驅(qū)效果的重要分界點(diǎn)，因此將該點(diǎn)作為長(zhǎng)期水驅(qū)后滲透率保留率的目標(biāo)點(diǎn)（如圖1所示）。

0.02～0.0845mm裂縫組合的欠發(fā)育油藏模型，水驅(qū)5000倍裂縫體積后，以等效滲透率保留率60%為目標(biāo)，確定注入水中含油量≤20mg/L，懸浮固體含量≤30mg/L，懸浮物顆粒直徑中值≤30μm（如圖2所示）。

0.0845mm裂縫及以上尺度的發(fā)育油藏模型，水驅(qū)5000倍裂縫/縫洞體積后，以等效滲透率保留率60%為目標(biāo)，確定注入水中含油量≤50mg/L，懸浮固體含量≤45mg/L，懸浮物顆粒直徑中值≤45μm（如圖3、圖4、圖5、圖6所示）。

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，確定了碳酸鹽巖油藏注水水質(zhì)含油量、懸浮固體含量、懸浮物顆粒直徑中值3項(xiàng)主要控制指標(biāo)（見表1），保證長(zhǎng)期注水不傷害儲(chǔ)層。按照試驗(yàn)后確定的新指標(biāo)，更加符合碳酸鹽巖油藏的實(shí)際情況，徹底避免了“大馬拉小車”問題。

3.2 腐蝕控制相關(guān)指標(biāo)

與腐蝕相關(guān)的控制指標(biāo)主要包括平均腐蝕率和點(diǎn)腐蝕速率。參考SY/T 5329-2012《碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法》規(guī)定平均腐蝕率≤0.076 mm/a。

缺乏點(diǎn)腐蝕速率指標(biāo)要求，往往會(huì)出現(xiàn)水質(zhì)指標(biāo)正常，但腐蝕穿孔卻頻繁發(fā)生的現(xiàn)象。因此針對(duì)碳酸鹽巖油藏地層水回注點(diǎn)腐蝕性強(qiáng)的特點(diǎn)，增加點(diǎn)腐蝕速率指標(biāo)。GB 50350-2015《油田油氣集輸設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，原油集輸管道腐蝕裕量對(duì)于較嚴(yán)重腐蝕不宜大于4mm；對(duì)于天然氣集輸管道，管輸介質(zhì)含有水、硫化物、二氧化碳等酸性介質(zhì)時(shí)，腐蝕裕量宜取1～4mm。油田采出水腐蝕性較原油和天然氣都較強(qiáng)，腐蝕裕量按4mm設(shè)計(jì)較合理。按照15年的管道使用壽命，管道的點(diǎn)腐蝕速率應(yīng)不大于4mm/15年，即點(diǎn)腐蝕速率應(yīng)不大于0.267mm/a。碳酸鹽巖油藏注水水質(zhì)平均腐蝕率、點(diǎn)腐蝕速率指標(biāo)要求見表1。

4 注水水質(zhì)輔助性控制指標(biāo)

水質(zhì)的主要控制指標(biāo)已達(dá)到注水要求，可以不考慮輔助性指標(biāo)；如果達(dá)不到要求，為查其原因可進(jìn)一步檢測(cè)輔助性指標(biāo)。注水水質(zhì)輔助性指標(biāo)包括溶解氧、硫化物、侵蝕性二氧化碳、硫酸鹽還原菌、鐵細(xì)菌、腐生菌等。輔助性控制指標(biāo)見表2。

溶解氧含量、硫化物含量、侵蝕性二氧化碳含量指標(biāo)參考SY/T 5329-2012《碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法》。因碳酸鹽巖的滲透率遠(yuǎn)大于碎屑巖的滲透率，因此參考SY/T 5329-2012，以碎屑巖油藏最大級(jí)別滲透率相應(yīng)指標(biāo)確定碳酸鹽巖油藏注水水質(zhì)腐生菌（TGB）、硫酸鹽還原菌（SRB）與鐵細(xì)菌（IB）含量指標(biāo)。在參考SY/T 5329-2012的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際情況確定溶解氧含量、硫化物含量、侵蝕性二氧化碳含量等輔助性項(xiàng)目的指標(biāo)。

4.1 溶解氧含量

氧是強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)，其腐蝕性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過二氧化碳、硫化物等腐蝕介質(zhì)。依據(jù)SY/T 5329-2012《碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法》，油層采出水溶解氧含量應(yīng)≤0.1mg/L。當(dāng)溶解氧含量高于0.1mg/L時(shí)，隨著溶解氧含量的升高，平均腐蝕率和點(diǎn)腐蝕速率均呈現(xiàn)快速上升趨勢(shì)，因此溶解氧含量必須控制在0.1mg/L及以下（如圖7、圖8所示）。

4.2 硫化物含量

硫化物含量對(duì)腐蝕速率有著明顯的影響，總體上隨著硫化物含量的升高腐蝕速率呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。當(dāng)硫化物含量低于2mg/L時(shí)，硫化物含量對(duì)平均腐蝕率和點(diǎn)腐蝕速率的影響程度較小；當(dāng)硫化物含量高于2mg/L時(shí)，平均腐蝕率和點(diǎn)腐蝕速率均呈現(xiàn)快速上升趨勢(shì)。因此，硫化物含量需控制在2mg/L及以下（如圖9、圖10所示）。

4.3 侵蝕性二氧化碳含量

侵蝕性二氧化碳含量對(duì)腐蝕速率有著明顯的影響，總體上隨著侵蝕性二氧化碳含量的升高腐蝕速率呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。當(dāng)侵蝕性二氧化碳含量低于1mg/L時(shí)，侵蝕性二氧化碳含量對(duì)平均腐蝕率和點(diǎn)腐蝕速率的影響程度較??；當(dāng)侵蝕性二氧化碳含量高于1mg/L時(shí)，平均腐蝕率和點(diǎn)腐蝕速率均呈現(xiàn)快速上升趨勢(shì)。因此，侵蝕性二氧化碳含量需控制在1mg/L及以下（如圖11、圖12所示）。

5 結(jié)論和展望

對(duì)碳酸鹽巖油藏注水水質(zhì)關(guān)鍵性指標(biāo)的研究結(jié)果，將有效指導(dǎo)碳酸鹽巖油藏注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的建立，該標(biāo)準(zhǔn)將有效應(yīng)用于中石化范圍內(nèi)碳酸鹽巖油藏的注水開發(fā)，對(duì)國(guó)內(nèi)外同類油田的注水開發(fā)也具有借鑒意義。專門制定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)不再照搬碎屑巖油藏行標(biāo)，更加符合碳酸鹽巖油藏的特點(diǎn)，既可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)注水，避免過度處理的浪費(fèi)，更能消除低要求注水的油藏傷害。此外，標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后可降低水質(zhì)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，有利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，提升企業(yè)形象。

參考文獻(xiàn)

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SY/T 5329-2012， 碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法[S].