油田注水水质及处理技术

、前、前 言言 、油田注水水质标准、油田注水水质标准 、油田油田水处理技术水处理技术 、油田注水中的油层保护油田注水中的油层保护 、前、前 言言 油田注水，是提高驱油效率、保持油油田注水，是提高驱油效率、保持油层产量、稳定油井生产能力的重要措施。层产量、稳定油井生产能力的重要措施。随着油田注水开采的日益发展，建立随着油田注水开采的日益发展，建立完善的水质标准和配套的快速测试方法、完善的水质标准和配套的快速测试方法、使用经济有效的化学处理剂、改善水质，使用经济有效的化学处理剂、改善水质，提高水处理工艺技术尤为重要。提高水处理工艺技术尤为重要。另外另外,在油田水处理过程中，正确选择在油田水处理过程中，正确选择和应用水处理技术和工艺也是稳定注水、和应用水处理技术和工艺也是稳定注水、保护油层的一项重要工作。保护油层的一项重要工作。随着油田开发规模扩大和开发时间的延长，随着油田开发规模扩大和开发时间的延长，油田产出污水量不断增加，已达油田产出污水量不断增加，已达9亿立方米亿立方米/年。年。从油田水资源现状和环境保护的需求，经济有效从油田水资源现状和环境保护的需求，经济有效而又合理地处理和利用污水资源，也是油田发展而又合理地处理和利用污水资源，也是油田发展过程中必须解决的问题。过程中必须解决的问题。我国各油田早期普遍采用了注水开发模式，我国各油田早期普遍采用了注水开发模式，并建立了较为完善的污水处理工艺理论与技术标并建立了较为完善的污水处理工艺理论与技术标准体系。近年来，在除去污水中含油方面就愈来准体系。近年来，在除去污水中含油方面就愈来愈多的采用高效气浮除油工艺、旋流除油设备；愈多的采用高效气浮除油工艺、旋流除油设备；污水过滤设备以多种新型过滤分离技术组合，朝污水过滤设备以多种新型过滤分离技术组合，朝着精细化、智能化方向发展。着精细化、智能化方向发展。（2004年）单单 位位 原油总原油总井井 数数开井开井数数 年产量年产量（万吨（万吨)注水总注水总井数井数开井数开井数年注水量年注水量（万方）（万方）中石油中石油10996310996380514805141044610446361523615228497284976842168421中石化中石化386138612316623166中海油中海油28002800累累 计计17107171079158791587年污水量年污水量（万方）（万方）570505705018700187007575075750 制定注水水质标准主要依据油藏地质条制定注水水质标准主要依据油藏地质条件和孔隙结构特征、水源地水质情况、油件和孔隙结构特征、水源地水质情况、油田水处理设施及工艺水平。田水处理设施及工艺水平。合乎水质标准的水能注进地层，注水量合乎水质标准的水能注进地层，注水量稳定，水对设备、管线腐蚀轻。稳定，水对设备、管线腐蚀轻。采用先进的水处理工艺，处理后能达到采用先进的水处理工艺，处理后能达到制定的水质标准，经济效果好制定的水质标准，经济效果好 。因地制宜，易于操作，对地层损害小。因地制宜，易于操作，对地层损害小。一、标准制订依据二、影响水质的主要问题1、腐蚀、腐蚀：溶解氧、溶解氧、H H2 2S S、COCO2 2、SRBSRB、pHpH、含盐量、含盐量无氧条件无氧条件pHpH腐蚀率腐蚀率 mm/amm/a24240.2470.0210.2470.0216.5 8.56.5 8.50.0180.0160.0180.016有氧条件有氧条件溶解氧溶解氧mg/Lmg/L腐蚀率腐蚀率 mm/amm/a0 4.80 4.80.071 0.7590.071 0.7590.080.080.0850.0852.02.00.1420.142试验场所介质试验场所介质溶解氧含量溶解氧含量mg/Lmg/L腐蚀速率腐蚀速率mm/amm/a行业标准行业标准mm/amm/a试验结果对比试验结果对比油田污水静态油田污水静态0 00.00110.0011腐蚀速率增加腐蚀速率增加8 8倍倍0.60.60.00880.0088油田污水动态油田污水动态2.362.360.0380.0380.0760.076腐蚀速率增加腐蚀速率增加1717倍倍4.054.050.6480.648现场注水管线现场注水管线0 00.1370.137腐蚀速率增加腐蚀速率增加3.73.7倍倍3.083.080.5080.508H H2 2S S、COCO2 2引起水的引起水的pHpH下降，产生酸性下降，产生酸性腐蚀，程度低于溶解氧。腐蚀，程度低于溶解氧。SRBSRB在密闭无氧的还原条件下会大量在密闭无氧的还原条件下会大量孳生繁殖，引起水质恶化，产生腐蚀。孳生繁殖，引起水质恶化，产生腐蚀。水中含盐量在无氧时对腐蚀率影响不水中含盐量在无氧时对腐蚀率影响不大，有氧时有一定的影响。大，有氧时有一定的影响。悬浮物对岩芯的堵塞与其浓度密切相关。悬浮物对岩芯的堵塞与其浓度密切相关。悬浮物悬浮物颗粒直径颗粒直径与岩芯堵塞的关系与岩芯堵塞的关系 1/31/3堵塞作用小堵塞作用小1/31/3 1/71/7颗粒容易颗粒容易进入孔道内部，进入孔道内部，堵塞作用最大堵塞作用最大1/71/7以下以下堵塞作用小堵塞作用小 FeFe3+3+、腐生菌、腐生菌、含油含量越大，对油层的堵塞越含油含量越大，对油层的堵塞越严重。严重。2、堵塞：、堵塞：悬浮物、铁、腐生菌、含油悬浮物、铁、腐生菌、含油 成垢阳、阴离子含量高的两种水混合，生成的成垢阳、阴离子含量高的两种水混合，生成的垢沉积体或在孔隙喉道表面附着生长，或悬浮于垢沉积体或在孔隙喉道表面附着生长，或悬浮于地层流体中，堵塞孔隙喉道，导致油层渗流能力地层流体中，堵塞孔隙喉道，导致油层渗流能力下降。下降。注入水与地层、地层水在地层的温度、压力等注入水与地层、地层水在地层的温度、压力等条件下混合，不应产生结垢及沉淀，不损害地层。条件下混合，不应产生结垢及沉淀，不损害地层。水中添加化学处理剂，亦不产生上述问题。水中添加化学处理剂，亦不产生上述问题。3、结垢：结垢：水中成垢离子、其它理化条件水中成垢离子、其它理化条件三、三、油田注水控制水质指标项项 目目控制指标控制指标控制指标控制指标控制指标控制指标渗透率（渗透率（mdmd）1.01010悬浮物（悬浮物（mg/Lmg/L）1.01.01.01.01.51.5SRBSRB（个（个/ml/ml）10101 110102 210102 2TGBTGB（个（个/ml/ml）10101 110102 210102 2溶解氧（溶解氧（mg/Lmg/L）0.40.40.50.50.50.5二价硫（二价硫（mg/Lmg/L）000000含油（含油（mg/Lmg/L）000000总铁（总铁（mg/Lmg/L）0.10.10.20.20.40.4地层水配伍性地层水配伍性不产生结垢沉淀不产生结垢沉淀不产生结垢沉淀不产生结垢沉淀不产生结垢沉淀不产生结垢沉淀地层岩石敏感性地层岩石敏感性不产生水敏不产生水敏不产生水敏不产生水敏不产生水敏不产生水敏水质处理剂水质处理剂无腐蚀、不堵塞地层无腐蚀、不堵塞地层无腐蚀、不堵塞地层无腐蚀、不堵塞地层无腐蚀、不堵塞地层无腐蚀、不堵塞地层注水工艺注水工艺密闭注水密闭注水密闭注水密闭注水密闭注水密闭注水注入层平均空气渗注入层平均空气渗透率透率 （m2)0.100.1-0.60.6标准分级标准分级A1A2A3B1B2B3C1C2C3控控制制指指标标悬浮物固体含悬浮物固体含量，量，mg/l1.02.03.03.04.05.05.07.010悬浮物颗粒中悬浮物颗粒中值，值，m1.01.52.02.02.53.03.03.54.0含油量，含油量，mg/l5.06.08.08.01015152030平均腐蚀速率，平均腐蚀速率，mm/a0.076点腐蚀点腐蚀A1,B1,C1:试片各面都无点腐蚀；试片各面都无点腐蚀；A2,B2,C2:试片有轻微点蚀试片有轻微点蚀;A3,B3,C3:试片有明显点蚀试片有明显点蚀SRB细菌，细菌，个个/ml010250102501025铁细菌，铁细菌，个个/mln102n103n104TGB细菌，细菌，个个/mln102n103n104项项 目目控控 制制 指指 标标控制指标控制指标渗透率（渗透率（mdmd）111.01.010101010100100100100200200200200悬浮物（悬浮物（mg/Lmg/L）2255101015152525粒径（粒径（um)um)55555510101010含油（含油（mg/Lmg/L）10101010151520203030腐蚀率（腐蚀率（mm/amm/a）0.0760.076SRBSRB（个（个/ml/ml）10101 1TGBTGB（个（个/ml/ml）10102 2辅助指标辅助指标总铁（总铁（mg/Lmg/L0.50.5pHpH6 6 9 9溶解氧（溶解氧（mg/Lmg/L）0.050.05二价硫（二价硫（mg/Lmg/L）22COCO2 2（mg/Lmg/L）11采用柴油密封、胶膜隔氧的密闭注水工艺。采用柴油密封、胶膜隔氧的密闭注水工艺。对水中氧含量高的区块采用化学除氧，高含对水中氧含量高的区块采用化学除氧，高含成垢阳离子区采用机械真空脱氧工艺。成垢阳离子区采用机械真空脱氧工艺。应用应用纤维球粗滤、纤维球粗滤、PECPEC烧结管精滤的精细过烧结管精滤的精细过滤技术。滤技术。系统内周期段塞式投加杀菌剂，控制细菌孳系统内周期段塞式投加杀菌剂，控制细菌孳生；连续投加防垢剂，减缓地层结垢问题。生；连续投加防垢剂，减缓地层结垢问题。管线砂浆衬里、环氧树脂内涂、涂料油管防管线砂浆衬里、环氧树脂内涂、涂料油管防腐等技术。腐等技术。一整套改善水质技术的应用，一整套改善水质技术的应用，起到了缓蚀、起到了缓蚀、稳注的作用。稳注的作用。清水系统水罐净水罐精细过滤器注水泵房注水井加药泵水源 配水间 配药间喂水泵3#净 化 罐2#原 水 罐1#原 水 罐配配 水水 间间回回 水水 箱箱回回 水水 泵泵真真 空空 泵泵脱脱氧氧塔塔塔塔底底泵泵增增压压泵泵 精精 滤滤 器器粗粗 滤滤 器器污污 水水 池池注注 水水 泵泵高高 压压 阀阀 组组 间间喂喂 水水 泵泵药药 液液 箱箱加加 药药 泵泵搅搅 拌拌罐罐加加 药药 泵泵空空 压压 机机空空 气气 净净 化化 器器储储 气气 罐罐加加压压泵泵 采用井口加药、管道破乳、大罐溢流采用井口加药、管道破乳、大罐溢流沉降的脱水工艺和绝氧、杀菌、净化、沉降的脱水工艺和绝氧、杀菌、净化、过滤等工艺流程。处理后的污水可以回过滤等工艺流程。处理后的污水可以回注地层。注地层。处理后的污水达到了注水水质标准，处理后的污水达到了注水水质标准，回注地层。同时引进精细过滤及膜技术，回注地层。同时引进精细过滤及膜技术，使水质进一步改善，水质处理技术得到使水质进一步改善，水质处理技术得到进一步的提高。进一步的提高。污水系统污污油油净化油外输净化油外输过滤器过滤器2过滤器过滤器1污油池污油池油井来液油井来液加热炉加热炉沉降罐沉降罐除油罐除油罐排污水及反冲洗水排污水及反冲洗水处理后水处理后水 污水经沉降除油罐除去大部分污油后，进入污水经沉降除油罐除去大部分污油后，进入高效氮气气浮池进一步除去乳化油和分散油，高效氮气气浮池进一步除去乳化油和分散油，使含油浓度降到使含油浓度降到2020L L，悬浮物浓度，悬浮物浓度1010L L以下。以下。再经核桃壳过滤器、二级双滤料过滤器，三再经核桃壳过滤器、二级双滤料过滤器，三级改性纤维球过滤器后使出水水质含油浓度级改性纤维球过滤器后使出水水质含油浓度5 5L L，悬浮物浓度，悬浮物浓度3 3L L，颗粒粒径，颗粒粒径中值中值1 1 m m。进入离子交换后保证出水进入离子交换后保证出水SOSO4 42-2-30 30L L 以下。以下。污水处理新进展离子交换技术离子交换技术 膜装置采用超滤膜，在膜装置采用超滤膜，在一定压力的驱动下，利用多一定压力的驱动下，利用多孔材料的拦截能力，以物理孔材料的拦截能力，以物理截留的方式去除水中菌体、截留的方式去除水中菌体、颗粒物、有机大分子等一定颗粒物、有机大分子等一定大小的杂质颗粒，达到筛分大小的杂质颗粒，达到筛分污水中不同组分的目的。污水中不同组分的目的。该分离过程具有固液分该分离过程具有固液分离高效、常温操作、无相态离高效、常温操作、无相态变化、操作简单、维护方便变化、操作简单、维护方便等特点。是近年油田污水处等特点。是近年油田污水处理中采用的一项新技术。理中采用的一项新技术。由于储层高含由于储层高含BaBa2+2+,而注入水中而注入水中SOSO4 42-2-含量也很高，含量也很高，常常会造成地层结常常会造成地层结垢堵塞，产量下降、垢堵塞，产量下降、注水压力提高等问注水压力提高等问题。题。纳滤技术是从纳滤技术是从水质源头做起，脱水质源头做起，脱除除 SOSO4 42-2-85%85%以上，以上，从根本上解决了油从根本上解决了油井及储层的结垢问井及储层的结垢问题。题。处理剂选择原则处理剂选择原则：有优良的使用性能和效果有优良的使用性能和效果,投加方便投加方便,价格适宜价格适宜 与地层岩石与地层流体相容，不产与地层岩石与地层流体相容，不产生乳化及结垢生乳化及结垢 使用多种处理剂，保证其之间相容，使用多种处理剂，保证其之间相容，避免发生化学反应，产生新的化学沉淀避免发生化学反应，产生新的化学沉淀或互相作用抵消或互相作用抵消二、油田水处理剂 杀菌剂杀菌剂 常用的有两大类，即氧化型和非氧化型。氧化型杀菌常用的有两大类，即氧化型和非氧化型。氧化型杀菌剂中应用最广泛的是氯及其制品，如剂中应用最广泛的是氯及其制品，如NaOClNaOCl、Ca(OCl)Ca(OCl)2 2 ClOClO2 2和氯胺等，以及臭氧和溴化物和氯胺等，以及臭氧和溴化物(溴基大环化合物）。溴基大环化合物）。但由于腐蚀问题并不适用于油田水系统。另一类为非氧化但由于腐蚀问题并不适用于油田水系统。另一类为非氧化型杀菌剂，使用较普遍的有季铵盐，如十二烷基二甲基苄型杀菌剂，使用较普遍的有季铵盐，如十二烷基二甲基苄基氯化铵（基氯化铵（12271227）及二硫氰基甲烷、戊二醛、异噻唑啉酮）及二硫氰基甲烷、戊二醛、异噻唑啉酮等。国外新开发的非氧化性杀菌剂，如硫化氨基甲酸酯。等。国外新开发的非氧化性杀菌剂，如硫化氨基甲酸酯。油田先后研究和应用了油田先后研究和应用了12271227、SQSQ8 8、WCWC8585等多种杀等多种杀菌剂，交替使用，高效低毒，解决了抗药性问题，并且无菌剂，交替使用，高效低毒，解决了抗药性问题，并且无腐蚀、可以稳定粘土，提高了注水量。杀菌剂已在各油田腐蚀、可以稳定粘土，提高了注水量。杀菌剂已在各油田推广使用。推广使用。1 1、电解盐杀菌技术、电解盐杀菌技术 将将3.0%3.0%3.5%3.5%的食盐水通过电解装置，直流电会使其的食盐水通过电解装置，直流电会使其发生电解反应，生成次氯酸钠（发生电解反应，生成次氯酸钠（NaClONaClO)，次氯酸钠不稳定，次氯酸钠不稳定，在水中产生了原子态氧，能够氧化细菌使其代表生命的蛋在水中产生了原子态氧，能够氧化细菌使其代表生命的蛋白质变性，从而达到灭菌的作用。白质变性，从而达到灭菌的作用。2 2、光电杀菌技术、光电杀菌技术 利用专门的装置产生波长利用专门的装置产生波长254nm254nm紫外线和二氧化钛发紫外线和二氧化钛发生化合反应，在水中形成光化学催化效应，通过光电氧化生化合反应，在水中形成光化学催化效应，通过光电氧化过程能破坏细菌的分子结构，有效地杀死水中的细菌。过程能破坏细菌的分子结构，有效地杀死水中的细菌。这两项技术近年开始在油田应用，但作者认为，前者这两项技术近年开始在油田应用，但作者认为，前者装置复杂，且会产生腐蚀问题；后者作用强度和范围有限，装置复杂，且会产生腐蚀问题；后者作用强度和范围有限，油田应谨慎引进和推广。油田应谨慎引进和推广。防垢剂防垢剂 我国在引进、开发和应用的水处理防垢剂主要有两类，我国在引进、开发和应用的水处理防垢剂主要有两类，一类是有机膦酸盐（酯一类是有机膦酸盐（酯),),如如HEDP(HEDP(羟基亚乙基二膦酸盐羟基亚乙基二膦酸盐)、EDTMP(EDTMP(乙二胺四亚甲基膦酸盐乙二胺四亚甲基膦酸盐)以及以及ATMP(ATMP(氨基三亚甲基膦氨基三亚甲基膦酸盐酸盐)等。另一类是聚羧酸及衍生物，如等。另一类是聚羧酸及衍生物，如PAA(PAA(聚丙烯酸聚丙烯酸)、HPMA(HPMA(聚马来酸酐聚马来酸酐)等水溶性聚合物。在水溶性聚合物或共等水溶性聚合物。在水溶性聚合物或共聚物中，还有含磷聚合物，如聚物中，还有含磷聚合物，如PBTCAPBTCA（膦酸基丁烷三羧（膦酸基丁烷三羧酸），即含膦酸基团，也含有酸），即含膦酸基团，也含有羧酸基团。羧酸基团。一般用量一般用量5 510mg/L10mg/L时的防垢率达时的防垢率达90%90%，配伍性好、缓，配伍性好、缓蚀、不损害地层，有效地解决了垢的防治及低渗透油层注蚀、不损害地层，有效地解决了垢的防治及低渗透油层注入不相容水的问题。入不相容水的问题。缓蚀剂缓蚀剂 无机盐类是相当重要的一类缓蚀剂品种。目前无机盐类是相当重要的一类缓蚀剂品种。目前采用的铬系、磷系、锌系、硅系、钼系、钨系。采用的铬系、磷系、锌系、硅系、钼系、钨系。在有机配方中常以有机膦酸盐作缓蚀剂。芳香在有机配方中常以有机膦酸盐作缓蚀剂。芳香唑类是用于铜及其合金的缓蚀剂，国内常用的是唑类是用于铜及其合金的缓蚀剂，国内常用的是苯并三氮唑和巯基苯并三唑。苯并三氮唑和巯基苯并三唑。注水系统以咪唑啉季铵盐及其衍生物为主，注水系统以咪唑啉季铵盐及其衍生物为主，另外还有咪唑啉磷酰胺盐酸盐等。用量另外还有咪唑啉磷酰胺盐酸盐等。用量303060mg/L.60mg/L.破乳、净化及絮凝剂破乳、净化及絮凝剂 絮凝剂能使水中表面带负电的悬浮物形成絮凝剂能使水中表面带负电的悬浮物形成絮凝物聚集下沉。絮凝物聚集下沉。作用：作用：中和固体悬浮物表面的负电性中和固体悬浮物表面的负电性 使失去电性的固体悬浮物迅速聚结使失去电性的固体悬浮物迅速聚结下沉。下沉。常用的有混凝剂，如羟基铝、羟基铁等无常用的有混凝剂，如羟基铝、羟基铁等无机阳离子型聚合物；助凝剂有聚丙烯酰胺、机阳离子型聚合物；助凝剂有聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟乙聚乙二醇、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素等有机阳离子型聚合物。基纤维素等有机阳离子型聚合物。其他处理剂其他处理剂 粘土稳定剂：抑制粘土膨胀、粘土颗粒粘土稳定剂：抑制粘土膨胀、粘土颗粒运移，常用的有无机钾盐、铵盐，阳离子聚运移，常用的有无机钾盐、铵盐，阳离子聚合物。具季氮原子的有机阳离子聚合物、高合物。具季氮原子的有机阳离子聚合物、高分子量水解聚丙烯酰胺等。分子量水解聚丙烯酰胺等。除氧剂：除氧剂都是还原剂，如亚硫酸除氧剂：除氧剂都是还原剂，如亚硫酸盐、水合肼、联胺、异抗坏血酸等。盐、水合肼、联胺、异抗坏血酸等。有时，为了稳定注水量、提高驱油效率，有时，为了稳定注水量、提高驱油效率，在注入水中投加表面活性剂，以降低水的表在注入水中投加表面活性剂，以降低水的表面张力，改变油水流动状态。面张力，改变油水流动状态。为了取全取准水质资料，有的项目为了取全取准水质资料，有的项目必须在油田现场进行测试。必须在油田现场进行测试。油田常用的有硫酸盐还原菌、腐生油田常用的有硫酸盐还原菌、腐生菌测试瓶，注入水中溶解氧、铁、二价菌测试瓶，注入水中溶解氧、铁、二价硫测试管等五种测试仪器。硫测试管等五种测试仪器。这些仪器用于油田水现场测试，操这些仪器用于油田水现场测试，操作简便，准确可靠，性能达到国外同类作简便，准确可靠，性能达到国外同类产品水平，已在全国各油田推广，形成产品水平，已在全国各油田推广，形成了国内水质监测的系列产品。了国内水质监测的系列产品。三、水质快速测试技术、油田注水中的油层保护油田注水中的油层保护 油田注水过程中，由于外来水进油田注水过程中，由于外来水进入油层，必然要与油层的原油、天然入油层，必然要与油层的原油、天然气、地层水和岩石接触，发生各种物气、地层水和岩石接触，发生各种物理、化学反应，对地层造成伤害。理、化学反应，对地层造成伤害。保护油层是注水采油工程中的至保护油层是注水采油工程中的至关重要的环节。关重要的环节。一、保护油层基本概念1 1、油层伤害、油层伤害：在钻井、完井、井下作业及注水采在钻井、完井、井下作业及注水采油等油田勘探开发过程中，造成地层渗油等油田勘探开发过程中，造成地层渗透率下降的现象。透率下降的现象。2 2、油层保护：、油层保护：对油层伤害原因进行分析、评价，对油层伤害原因进行分析、评价，寻求技术上、经济上可行的防治措施，寻求技术上、经济上可行的防治措施，使地层在生产过程中不受污染。使地层在生产过程中不受污染。3、主要研究内容主要研究内容：油气层特性油气层特性 进井工作液的评价进井工作液的评价 伤害机理及因素伤害机理及因素 伤害程度评价伤害程度评价 防护措施及效果防护措施及效果 4 4、油层保护研究的技术路线、油层保护研究的技术路线研究对象研究对象：水水油油气气岩石的多相体系岩石的多相体系油层地质因素油层地质因素 孔隙结构特征，如物性、敏感性、润湿孔隙结构特征，如物性、敏感性、润湿 性等性等 矿物特征，如粘土组分、类型、含量矿物特征，如粘土组分、类型、含量 地层地层流体特征流体特征外来液体因素外来液体因素 水的组分水的组分 淡水引起粘土膨胀、运移淡水引起粘土膨胀、运移 不相容水引起结垢堵塞不相容水引起结垢堵塞 水水 油的乳化油的乳化 水水岩反应，溶解、氧化、有机反应岩反应，溶解、氧化、有机反应 二、油层伤害的室内评价利用室内试验仪器及手段测定外来工作液对利用室内试验仪器及手段测定外来工作液对岩心渗透率的影响。岩心渗透率的影响。目的：目的：伤害因素及机理分析伤害因素及机理分析 伤害程度伤害程度 工作液性能评价工作液性能评价 工作液中添加剂的评价工作液中添加剂的评价 指导保护措施的正确设计与实施指导保护措施的正确设计与实施内容：内容：油层敏感性评价油层敏感性评价 工作液对油层伤害评价工作液对油层伤害评价 1、目的及意义、目的及意义2 2、油层敏感性评价、油层敏感性评价类类 别别 概概 念念评价目的评价目的原理及方法原理及方法 速速 敏敏流速引起油层中微粒运流速引起油层中微粒运移及喉道的堵塞，使渗移及喉道的堵塞，使渗透率下降透率下降确定临界流速；为确定临界流速；为其它敏感试验提供其它敏感试验提供参数；确定合理注参数；确定合理注采速度。采速度。以不同的注入速度向岩心以不同的注入速度向岩心注水，确定不同速度时的注水，确定不同速度时的K值，从值，从v k曲线确定临曲线确定临界流速。界流速。水水 敏敏淡水注入地层后，渗透淡水注入地层后，渗透率下降现象率下降现象水敏条件；损害程水敏条件；损害程度；为设计注水提度；为设计注水提供依据。供依据。注地层水测注地层水测k f（k1）注地注地层水层水+淡水淡水 注淡水测注淡水测kw（k2）,按评价标准判断水按评价标准判断水敏新性敏新性 盐盐 敏敏高矿化水引起地层粘土高矿化水引起地层粘土收缩、脱落；低矿化水收缩、脱落；低矿化水引起水敏引起水敏同上同上注不同矿化水，做矿化注不同矿化水，做矿化度度k曲线，以地层水及曲线，以地层水及不同矿化水的不同矿化水的k评价评价 碱碱 敏敏高高pH水造成油层粘土矿水造成油层粘土矿物、硅质胶结物破坏；物、硅质胶结物破坏；引起氢氧化物沉淀。引起氢氧化物沉淀。同上同上注入不同注入不同pH水，做水，做pHk曲线，同上评价曲线，同上评价 酸酸 敏敏酸液进入油层，与某些酸液进入油层，与某些矿物反应，引起渗透率矿物反应，引起渗透率下降的现象。下降的现象。同上同上注地层水测注地层水测k1（正向），（正向），反向注酸液；正向注地层反向注酸液；正向注地层水测水测k2，同上评价，同上评价评价标准评价标准以伤害率（以伤害率（D D R R）评价：）评价：D D R R=（k k1 1-k-k2 2）/k/k1 1*100%100%D D R R 30%30%弱敏感弱敏感 D D R R 30%70%30%70%中等敏感中等敏感 D D R R 70%70%强敏感强敏感以恢复值评价：以恢复值评价：k2/k1 0.7 0.7 弱敏感弱敏感 k2/k1 0.7 0.70.3 0.3 中等敏感中等敏感 k2/k1 0.3 0.3 强敏感强敏感3 3、注入水对油层的伤害评价、注入水对油层的伤害评价评价的必要性评价的必要性：优选配方、正确设计、完善优选配方、正确设计、完善 措施、提高效益措施、提高效益静态试验评价静态试验评价：静滤失试验静滤失试验动态试验评价动态试验评价：岩心流动试验岩心流动试验 为综合性的评价方法，要求试验条件为综合性的评价方法，要求试验条件 应尽量模拟现场实际情况应尽量模拟现场实际情况评价方法评价方法：同前同前 其他评价方法其他评价方法：见下表：见下表试验项目试验项目试验目的及用途试验目的及用途正反向流动试正反向流动试验验观察岩心中微粒受水流动方向的影响及运移产生的渗透观察岩心中微粒受水流动方向的影响及运移产生的渗透率伤害情况率伤害情况体积流量评价体积流量评价试验试验注入水注入水在通过低于临界速度下，考察岩心胶结的稳定性在通过低于临界速度下，考察岩心胶结的稳定性及水的敏感性及水的敏感性润湿性评价试润湿性评价试验验通过测定注水前后油层岩心的润湿性，观察水对岩心润通过测定注水前后油层岩心的润湿性，观察水对岩心润湿性的改变情况湿性的改变情况相对渗透率曲相对渗透率曲线评价试验线评价试验测定注水前后油层岩心的相对渗透率曲线，观察水对岩测定注水前后油层岩心的相对渗透率曲线，观察水对岩心相对渗透率曲线的改变情况及由此发生的伤害程度心相对渗透率曲线的改变情况及由此发生的伤害程度膨胀率评价试膨胀率评价试验验测定注入水进入岩心的膨胀率，观察水与岩心的配伍性测定注入水进入岩心的膨胀率，观察水与岩心的配伍性离心法测毛管离心法测毛管压力曲线压力曲线用离心法测注入水进入油层岩心前后毛管压力曲线的变用离心法测注入水进入油层岩心前后毛管压力曲线的变化快速评价油层伤害化快速评价油层伤害 油层伤害的矿场评价矿场评价技术矿场评价技术三、三、注入水对油层的伤害机理分析 注入水造成地层粘土矿物水化、膨胀、分散和运移。注入水造成地层粘土矿物水化、膨胀、分散和运移。如果注水速度过快，引起如果注水速度过快，引起地层松散微粒的分散和运地层松散微粒的分散和运移。移。注入水机杂粒径、浓度超标，就会堵塞孔道注入水机杂粒径、浓度超标，就会堵塞孔道。1、注入水与地层岩石不配伍、注入水与地层岩石不配伍2、注入水与地层流体不配伍、注入水与地层流体不配伍主要表现主要表现：产生沉淀和结垢产生沉淀和结垢 地层温度下降：产生有机垢，原油粘度增加，流动地层温度下降：产生有机垢，原油粘度增加，流动阻力增加。阻力增加。无机物结垢：下图示无机物结垢：下图示水水岩反应油层伤害表现岩反应油层伤害表现 二价离子的释放造成表面活性剂和聚合物二价离子的释放造成表面活性剂和聚合物的失效。的失效。同表面电荷作用一起出现的离子交换反应同表面电荷作用一起出现的离子交换反应能造成地层结构的破坏。能造成地层结构的破坏。粘土膨胀使孔喉通道变小或堵塞。粘土膨胀使孔喉通道变小或堵塞。粘土矿物组分与注入水发生化学反应或化粘土矿物组分与注入水发生化学反应或化学沉淀。学沉淀。这种情况造成的伤害率可达这种情况造成的伤害率可达40%以上。以上。当注入水中含有化学处理剂会使砂岩、粘土当注入水中含有化学处理剂会使砂岩、粘土碳酸岩油湿，产生水锁和乳化堵塞伤害。碳酸岩油湿，产生水锁和乳化堵塞伤害。无机物结垢趋势试验无机物结垢趋势试验高硫酸根水、污水、净化水和高钡地层水结垢趋势图高硫酸根水、污水、净化水和高钡地层水结垢趋势图分析项目分析项目mg/l正正221-4井井延安组延安组27集油站原集油站原始污水始污水处理后净化处理后净化水水4093井井长长6、长、长7混合水混合水K+Na+9030.09030.0140001400012000120004160041600Ca2+467.0467.016101610125012507670.07670.0Mg2+141.0141.0337337313313772.0772.0Ba2+0.00.00 00 02870.02870.0Cl-7610.07610.0250002500022100221008120081200HCO3-965.0965.04104102626180.0180.0CO32-0.00.013130 00.00.0SO42-9450.09450.01330133048480.00.0pH6.46.46.56.56.56.55.95.9总矿总矿276632766343000430003600036000134292134292水水 型型NaNa2 2SOSO4 4CaClCaCl2 2CaClCaCl2 2CaClCaCl2 2岩芯伤害试验岩芯伤害试验 对油田原始污水和经处理后的净化水进行岩对油田原始污水和经处理后的净化水进行岩心流动试验，比较处理前后水对地层渗透率的影心流动试验，比较处理前后水对地层渗透率的影响情况响情况,以直观了解地层结垢的存在和对油层的损以直观了解地层结垢的存在和对油层的损害程度。害程度。岩芯伤害试验模拟地层温度、压力、流体粘岩芯伤害试验模拟地层温度、压力、流体粘度度、离子强度、离子强度等条件等条件 从试验结果可以看出，从试验结果可以看出，BaSO4BaSO4结垢对长结垢对长6 6、长、长4+54+5油层岩芯产生明显的伤害，此时，新生的油层岩芯产生明显的伤害，此时，新生的BaSO4BaSO4晶体微小晶体微小（0.10.1）容易进入岩芯，在容易进入岩芯，在孔隙、喉道里结晶、发育、堆集（孔隙、喉道里结晶、发育、堆集（4 4），造，造成渗透率的下降。成渗透率的下降。经气浮、三级过滤经气浮、三级过滤及离子交换除去及离子交换除去SOSO4 42-2-的净化水，进行岩心的净化水，进行岩心驱替，当注入倍数驱替，当注入倍数PVPV从从5 5到到2525倍，产生的岩倍，产生的岩心渗透率伤害很低，心渗透率伤害很低，仅为仅为2.66%2.66%11.71%11.71%，说明这两种水相容性说明这两种水相容性很好。该水注入地层，很好。该水注入地层，不会产生有害的影响。不会产生有害的影响。从而证明处理后的水从而证明处理后的水是一种良好的注入水。是一种良好的注入水。岩心：正岩心：正363363井，长井，长4+54+5；空气渗透率；空气渗透率0.1240.1241010-3-3 ，孔隙度，孔隙度5.141%5.141%；水；水测渗透率测渗透率0.00430.0043 10 10-3-3 ;试验温度：试验温度：4545地层水 油田集油站站内油田集油站站内原始污水，含原始污水，含SOSO4 42-2-1300mg/l1300mg/l。进行岩。进行岩心驱替，当注入倍心驱替，当注入倍数数PV=5PV=5时，对岩心时，对岩心产生的伤害就达到产生的伤害就达到22.57%22.57%，PVPV到到2020倍，倍，伤害率为伤害率为47.62%47.62%，最终最终PV=85PV=85，伤害，伤害率达到率达到80%80%以上。以上。说明这两种水严重说明这两种水严重不相容的，该水注不相容的，该水注入地层，会产生严入地层，会产生严重的堵塞伤害。重的堵塞伤害。污水岩心：正岩心：正363363井，长井，长6 6；空气渗透率；空气渗透率0.1630.1631010-3-3 ，孔隙度，孔隙度6.991%6.991%；水；水测渗透率测渗透率0.04240.0424 10 10-3-3 ;试验温度：试验温度：4545井号井号岩心号岩心号层位层位气体渗透气体渗透率率10-10-3 3 m m2 2孔隙孔隙度度长度长度cmcm直径直径cmcm原始原始含油含油饱和饱和度度试试验验温温度度无水无水驱油驱油效率效率最终驱最终驱油效率油效率备注备注正正395395正正395-1395-1侏罗侏罗系系409.138409.13818.3718.376.6286.6282.5422.54256.6356.634040383838.8638.86原水驱油原水驱油318631863186-23186-2长长3 31.1381.13811.8711.873.2683.2682.5422.54244.1644.16404057.4757.4774.7174.71去去SOSO4 42-2-水水驱驱S23S23S23-1S23-1长长2 20.7870.78713.3813.387.0467.0462.5422.54250.2150.21404032.532.539.5839.58 岩芯水驱油试验岩芯水驱油试验 从岩芯驱油试验，证明通过离子交换的去从岩芯驱油试验，证明通过离子交换的去SOSO4 42-2-水较原始污水驱油效率明显提高。水较原始污水驱油效率明显提高。3、油田注水的伤害因素、油田注水的伤害因素 潜在因素：注水地层自身的岩性及所含流体特性。注水地层自身的岩性及所含流体特性。储渗空间：孔隙、喉道几何形状、大小、分布及连通储渗空间：孔隙、喉道几何形状、大小、分布及连通关系。关系。孔喉大、孔隙连通好孔喉大、孔隙连通好受固相侵入损害的可能性受固相侵入损害的可能性 大，水锁的可能性小大，水锁的可能性小 低渗低渗孔喉小、孔隙连通差孔喉小、孔隙连通差受粘土膨胀运移损害受粘土膨胀运移损害 大大 敏感性矿物：类型、产状、活动性敏感性矿物：类型、产状、活动性 含量越高，造成的油层损害越大含量越高，造成的油层损害越大 渗透率越低，造成的油层损害越大渗透率越低，造成的油层损害越大 润湿性：润湿性：控制孔隙中油水分布；决定毛管压力大控制孔隙中油水分布；决定毛管压力大小与方向；影响微粒运移。小与方向；影响微粒运移。岩石表面亲水时，毛管压力是水驱油的动力岩石表面亲水时，毛管压力是水驱油的动力 岩石表面亲油时，毛管压力是水驱油的阻力岩石表面亲油时，毛管压力是水驱油的阻力 油层流体性质：地层水、原油、天然气油层流体性质：地层水、原油、天然气 外部因素外部因素：注入水的水质注入水的水质 重要控制因素。重要控制因素。腐蚀因素腐蚀因素 溶解氧、溶解氧、H H2 2S S、COCO2 2 硫酸盐还原菌（硫酸盐还原菌（SRBSRB）堵塞因素堵塞因素 总铁、机械杂质总铁、机械杂质 腐生菌（腐生菌（TGBTGB）工程因素：生产或作用压差生产或作用压差 压差太大，微粒运移产生速敏；压差太大，微粒运移产生速敏；地层近井地带压力低于原始压力，使流体产生无机及地层近井地带压力低于原始压力，使流体产生无机及有机沉淀；有机沉淀；产生应力敏感性伤害产生应力敏感性伤害 出砂或地层塌漏出砂或地层塌漏 温度变化温度变化 增加伤害程度：敏感性程度增强增加伤害程度：敏感性程度增强 引起结垢问题引起结垢问题 生产或作用时间生产或作用时间 地层伤害因素的多样性、复杂性、关联性、动态性，要地层伤害因素的多样性、复杂性、关联性、动态性，要求试验及现场工作要有针对性、系统性和科学性。求试验及现场工作要有针对性、系统性和科学性。4、油田注水过程中的水化学特征油田注水过程中的水化学特征 当注入水进入油层后，形成一个由注入水当注入水进入油层后，形成一个由注入水地层地层水水束缚水束缚水含溶解气原油含溶解气原油地层岩石构成的复杂多组地层岩石构成的复杂多组分体系。其中主要是注入水与地层水的混合过程。分体系。其中主要是注入水与地层水的混合过程。由于热扩散、水动力扩散及岩石的非均质性导致的由于热扩散、水动力扩散及岩石的非均质性导致的分散作用，在地层产生一个热过渡带和水混合带。分散作用，在地层产生一个热过渡带和水混合带。混合带之前混合带之前岩石孔隙中只存在地层水、原油和气岩石孔隙中只存在地层水、原油和气 混合带之后混合带之后与该处温度、压力平衡了的注入水和与该处温度、压力平衡了的注入水和残余油残余油 混合带混合带注入水与岩石滤蚀浸溶、离子交换注入水与岩石滤蚀浸溶、离子交换 注入水与原油相互渗溶、氧化注入水与原油相互渗溶、氧化 温度、压力、温度、压力、pH 发生变化，易发生沉淀并发生变化，易发生沉淀并达到一种平衡达到一种平衡注入水与地层水的混注入水与地层水的混合合 在注入水达到第一次平衡后，继续向前移在注入水达到第一次平衡后，继续向前移动，再度与地层水混合，一方面对岩石产生溶动，再度与地层水混合，一方面对岩石产生溶解作用，一方面与地层水发生沉淀反应；同时解作用，一方面与地层水发生沉淀反应；同时气体在油水中分配与逸失，粘土的膨胀与运移，气体在油水中分配与逸失，粘土的膨胀与运移，这种情况循环往复进行，不断有平衡被破坏，这种情况循环往复进行，不断有平衡被破坏，不断产生新的平衡，直到注入水达到生产井。不断产生新的平衡，直到注入水达到生产井。在油田高含水期，产出水矿化度降低，变在油田高含水期，产出水矿化度降低，变成组分与水型接近注入水的低矿化水。但当含成组分与水型接近注入水的低矿化水。但当含水达到水达到90%以上，矿化度则有所提高，其原因以上，矿化度则有所提高，其原因是淡水对岩石的溶解作用。是淡水对岩石的溶解作用。时时 间间（年）（年）产出液含水产出液含水（%）产产 出出 水水SOSO4 42-2-（mg/lmg/l）总矿化度总矿化度（g/lg/l）水水 型型 197719770 06274627442.6942.69CaClCaCl2 21985198512.112.17205720520.4820.48CaClCaCl2 21986198653.753.76916691611.7011.701987198759.359.35307530711.7011.7019911991909026726727.7927.79NaHCONaHCO3 3油田某井区油田某井区 SOSO4 42-2-：原始地层水原始地层水 570mg/L570mg/L 注入水注入水 1051mg/L1051mg/L，产出水产出水 2100mg/L2100mg/L，其原因就是水岩反应的结果，岩石中方解石、白云石、其原因就是水岩反应的结果，岩石中方解石、白云石、石膏的淡水溶解。一般水洗石膏的淡水溶解。一般水洗3 35 5倍，石膏含量倍，石膏含量1%1%，也使，也使产出水成为硫酸钙的饱和溶液。产出水成为硫酸钙的饱和溶液。长庆的安塞油田，注入水中不含长庆的安塞油田，注入水中不含SOSO4 42-2-，可是油井内仍，可是油井内仍然发生硫酸盐结垢，也是由于在地层注入水中发生了然发生硫酸盐结垢，也是由于在地层注入水中发生了SOSO4 42-2-的富集的富集石膏溶解石膏溶解；硫化物氧化硫化物氧化：2FeS2FeS2 2+7O+7O2 2+7H+7H2 2O=2FeSOO=2FeSO4 4+2H+2H2 2SOSO4 4 碳酸盐在含碳酸盐在含COCO2 2 的水中极易溶解使的水中极易溶解使HCOHCO3 3-、CaCa2+2+、MgMg2+2+浓度增加，发生沉淀浓度增加，发生沉淀粘土矿物吸附二价阳离子迁移水中，也造成成垢阳离粘土矿物吸附二价阳离子迁移水中，也造成成垢阳离子的富集。子的富集。注入水与储层岩石的反应注入水与储层岩石的反应四、注水过程中的油层保护建立合理的工作制度建立合理的工作制度 注水速度控制在临界流速以下注水速度控制在临界流速以下 控制注水，注采平衡防止水指进、水锥形成及乳控制注水，注采平衡防止水指进、水锥形成及乳化。化。控制注水水质控制注水水质 机杂含量及粒径不堵塞喉道机杂含量及粒径不堵塞喉道 水中溶解气、细菌造成的腐蚀产物不堵塞油层水中溶解气、细菌造成的腐蚀产物不堵塞油层 与地层水配伍与地层水配伍 与油层岩石、原油配伍与油层岩石、原油配伍 严格执行注入水水质行业标准，保证注合格水严格执行注入水水质行业标准，保证注合格水正确选用各种处理剂正确选用各种处理剂 选择原则：与地层岩石与地层流体相容，防止乳化及与地层岩石与地层流体相容，防止乳化及结垢结垢 使用多种处理剂，保证其之间相容，避免使用多种处理剂，保证其之间相容，避免发生化学反应，产生新的化学沉淀或互相作发生化学反应，产生新的化学沉淀或互相作用抵消用抵消 常用处理剂：防膨剂、破乳剂、杀菌剂、防垢剂、除氧防膨剂、破乳剂、杀菌剂、防垢剂、除氧剂等剂等 1 1沉降与过滤沉降与过滤充分沉降充分沉降精细过滤，保证悬浮物与铁含量精细过滤，保证悬浮物与铁含量达标达标2 2密密 闭闭全系统密闭，防止曝氧全系统密闭，防止曝氧3 3除除 氧氧注水站设机械除氧装置，并投加化学除氧剂注水站设机械除氧装置，并投加化学除氧剂4 4防防 腐腐沉降罐采用涂料和阴极保护；管线采用内防沉降罐采用涂料和阴极保护；管线采用内防腐及投加缓蚀剂腐及投加缓蚀剂5 5杀杀 菌菌流程清洗，投加杀菌剂流程清洗，投加杀菌剂6 6防防 垢垢投加防垢剂和粘土稳定剂，防止地层损害投加防垢剂和粘土稳定剂，防止地层损害7 7投药及监测投药及监测投药前产品检验；减少加药时曝氧；加药后投药前产品检验；减少加药时曝氧；加药后水的过滤；药剂使用后效果检测水的过滤；药剂使用后效果检测8 8设备的管理与设备的管理与维修维修注水设备管理规范化、标准化，特别是精细注水设备管理规范化、标准化，特别是精细过滤设备过滤设备9 9水质检测水质检测定时检测流程中各点的水质，保证合格定时检测流程中各点的水质，保证合格1010岗位培训岗位培训提高工作人员素质，执行岗位责任制提高工作人员素质，执行岗位责任制欢迎批评指正，谢谢！