高 波 ,王 勇 ,李 冰 ,何 偉 ,張旭東

(中海石油能源發(fā)展股份有限公司采油工程研究院,天津 300452）

渤西油田污水回注儲(chǔ)層損害評(píng)價(jià)研究及化學(xué)保護(hù)措施

高 波 ,王 勇 ,李 冰 ,何 偉 ,張旭東

(中海石油能源發(fā)展股份有限公司采油工程研究院,天津 300452）

在儲(chǔ)層特征分析和污水水質(zhì)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上,開(kāi)展了渤西油田污水回注的室內(nèi)評(píng)價(jià)研究。通過(guò)計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)、靜態(tài)結(jié)垢實(shí)驗(yàn)和動(dòng)態(tài)結(jié)垢實(shí)驗(yàn)對(duì)污水與地層水相容性進(jìn)行了研究,結(jié)果表明污水與地層水都存在不同程度的結(jié)垢。污水與儲(chǔ)層巖石配伍性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,污水對(duì)儲(chǔ)層滲透率存在一定的損害。損害的機(jī)理可歸結(jié)為水敏、固相顆粒堵塞等。進(jìn)行儲(chǔ)層保護(hù)的化學(xué)方法研究,通過(guò)室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn),優(yōu)選了黏土穩(wěn)定劑和防垢劑,并推薦了加藥濃度。

污水回注;儲(chǔ)層損害;實(shí)驗(yàn)研究;儲(chǔ)層保護(hù)

向油層注水是油田保持油層能量、穩(wěn)定油井生產(chǎn)能力的重要措施。隨著油田注水開(kāi)發(fā)的進(jìn)行,特別是到了注水后期,大量的地層水隨原油一起被采出.這些被采出的地層水常被稱為污水,污水外排會(huì)造成環(huán)境污染,這樣就面臨著如何處理污水的問(wèn)題。將污水處理后回注,既解決了污水的處理問(wèn)題,又補(bǔ)充了地層的能量。雖然這是解決污水問(wèn)題較為理想的方案,但許多油田的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明,直接將污水回注到地層中存在著地層滲透性變差、注水壓力升高、吸水能力降低等嚴(yán)重的問(wèn)題,這無(wú)疑說(shuō)明,污水回注到儲(chǔ)層將造成儲(chǔ)層傷害[1-3]。因此研究污水的無(wú)傷害回注技術(shù)對(duì)油田生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過(guò)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)渤西油田污水回注進(jìn)行了儲(chǔ)層損害評(píng)價(jià)和化學(xué)保護(hù)措施研究,為該油田以及與其相類似油田污水回注提供科學(xué)依據(jù)。

1 儲(chǔ)層特征與污水水質(zhì)

渤西油田位于渤海西部海域,構(gòu)造發(fā)育在黃驊坳陷中歧口南側(cè)的歧南斷階帶上。沙二段儲(chǔ)層是油田的主力油層,巖性以中細(xì)砂巖為主,儲(chǔ)集空間以次生孔隙為主,物性中等。黏土礦物的含量4.8%～19%,主要是伊利石、綠泥石、高嶺石和伊/蒙混層。伊利石含量20.9%～59%,伊/蒙混層含量19.6%～43%,混層比為30%。

渤西油田地層水總礦化度為7 334 mg/L,水型為重碳酸鈉型(NaHCO3）,特點(diǎn)是成垢陽(yáng)離子含量極低,其中鈣、鎂離子含量為零,成垢陰離子主要為重碳酸根(HCO3-）、碳酸根(CO32-）及硫酸根(SO42-）。

渤西油田污水回注擬以QK17-2、QK17-3、QK18-1、QK18-2平臺(tái)的生產(chǎn)污水以及QK18-1綜合污水按不同比例混合作為回注污水。從歧口18-1油田采油作業(yè)平臺(tái)取得這五種污水水樣。由于所取樣品為油水混合樣,在進(jìn)行水分析之前,使用BX-2型破乳劑進(jìn)行水樣萃取,破乳溫度控制在60℃,獲得污水水樣。根據(jù)SY5523—2000《油氣田水分析方法》標(biāo)準(zhǔn),對(duì)這五種污水樣品進(jìn)行了檢測(cè)。結(jié)果表明,所有污水樣品的pH值為 8.0～8.5,呈弱堿性;礦化度為3 115～7 176 mg/L,水型均為重碳酸鈉(NaHCO3）型,水型與地層水的相同,見(jiàn)表1。

表1 污水水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.1 The result of produced water quality evaluation

2 污水與地層水相容性評(píng)價(jià)

采用計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)、靜態(tài)結(jié)垢實(shí)驗(yàn)和動(dòng)態(tài)結(jié)垢實(shí)驗(yàn)三種方法對(duì)污水與地層水的相容性進(jìn)行了評(píng)價(jià)研究。

2.1 計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)

通過(guò)計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)可以了解混合水體的結(jié)垢趨勢(shì)及數(shù)量,指導(dǎo)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展。根據(jù)瓦倫(Valone）和斯凱林(Skillern）提出的溶度積 Ksp值理論,推導(dǎo)出計(jì)算生成碳酸鈣垢數(shù)量的PTB值預(yù)測(cè)計(jì)算公式(見(jiàn)公式1）,綜合考慮了水體的Ca2+濃度、HCO3-濃度、pH值、離子強(qiáng)度、水體溫度等綜合因素,進(jìn)行碳酸鈣結(jié)垢數(shù)量預(yù)測(cè)。

表2 PTB值預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 The criteria of PTBforecast

經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)PTB值法預(yù)測(cè),得到了QK17-2、QK17-3與QK18-1污水以不同比例混合后作為注入水與QK18-1地層水混合后的結(jié)垢趨勢(shì)及垢量,結(jié)果見(jiàn)表3。數(shù)據(jù)表明三種水無(wú)論以何種比例進(jìn)行配比,其 PTB值均大于0,但均小于100,說(shuō)明會(huì)產(chǎn)生少量的垢。

2.2 靜態(tài)結(jié)垢實(shí)驗(yàn)

各油田污水經(jīng)油水分離處理后,采用孔徑為0.45μm的混合纖維素脂濾膜過(guò)濾,去除了懸浮物及細(xì)菌。將各油田污水按比例與QK18-1地層水混合,在60℃下反應(yīng)48 h,然后對(duì)反應(yīng)前后的混合水進(jìn)行離子檢測(cè)、計(jì)算并評(píng)價(jià)。

表3 QK17-2、QK17-3與 QK18-1混合污水與 QK18-1地層水混合PTB值法預(yù)測(cè)結(jié)垢趨勢(shì)Tab.3 The scaling trend of produced water and formation water by PTBforecast method

靜態(tài)結(jié)垢評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)共進(jìn)行了四個(gè)配比的實(shí)驗(yàn),QK17-2、QK17-3和QK18-1之間的比例分別為 1∶1∶1、3∶1∶1、1∶3∶1、1∶1∶3,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1?；旌纤c地層水的配伍性實(shí)驗(yàn)表明,在以上幾種配比下,混合水體均產(chǎn)生了少量的沉淀,經(jīng)過(guò)分析主要為碳酸鹽沉淀。對(duì)照預(yù)測(cè)結(jié)果,該實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)測(cè)結(jié)果非常吻合,結(jié)垢趨勢(shì)及結(jié)垢量均呈現(xiàn)相同的變化趨勢(shì)。

圖1 QK17-2、QK17-3與QK18-1混合污水與地層水混合后鈣鎂離子損失趨勢(shì)Fig.1 The losing trend of calcium and magnesium ion in mixture of produced water and formation water

2.3 動(dòng)態(tài)結(jié)垢實(shí)驗(yàn)

采用我院研發(fā)的DTJ G-2型動(dòng)態(tài)結(jié)垢儀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)條件為:模擬地層條件高溫高壓區(qū),即模擬地層溫度60℃,地層壓力12 MPa;模擬地面生產(chǎn)條件,即常溫常壓區(qū)。將注入水與地層水按一定比例混合,流速為8 mL/min,累計(jì)實(shí)驗(yàn)過(guò)水量為4 L,進(jìn)行流動(dòng)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,恒重高壓區(qū)及低壓區(qū)管線及濾膜,確定高溫高壓區(qū)的結(jié)垢量及常溫常壓區(qū)的結(jié)垢量,以評(píng)價(jià)動(dòng)態(tài)結(jié)垢趨勢(shì)。

實(shí)驗(yàn)選擇靜態(tài)結(jié)果實(shí)驗(yàn)中結(jié)垢量較少的配比(QK17-2、QK17-3 和 QK18-1 的比例為 1∶1∶3）,結(jié)果見(jiàn)表4。注入水與地層水混合后,垢物主要產(chǎn)生在高溫高壓區(qū)。

3 污水與儲(chǔ)層巖石配伍性評(píng)價(jià)

通過(guò)速度敏感性實(shí)驗(yàn)、水敏感性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)、注入水與儲(chǔ)層巖石配伍性等實(shí)驗(yàn),研究渤西油田污水與地層的配伍性。

選取來(lái)自油藏儲(chǔ)層的天然巖心高低滲透率樣品各一塊,進(jìn)行水速度敏感性實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。結(jié)果表明,臨界流速均為3.0 mL/min,速敏損害程度弱。

選取來(lái)自儲(chǔ)層的天然巖心,一共四塊樣品分兩組(其中一塊滲透率高,一塊低）進(jìn)行水敏實(shí)驗(yàn),第一組水敏實(shí)驗(yàn)礦化度降低,第二組水敏實(shí)驗(yàn)礦化度升高,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2和圖3。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該段儲(chǔ)層具有中等偏強(qiáng)～強(qiáng)的水敏感性,臨界鹽度為7 334 mg/L。

表5 地層水速敏實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.5 The result of formation water velocity sensitivity test

圖2 高滲透率樣品水敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)曲線Fig.2 The curve of water sensitivity test by relative high permeability core sample

圖3 低滲透率樣品水敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)曲線Fig.3 The curve of water sensitivity test by relative low permeability core sample

表6 配伍性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.6 The result of compatibility test

注入水與儲(chǔ)層巖石配伍性實(shí)驗(yàn),巖樣選取來(lái)自儲(chǔ)層的天然巖心高低滲透率樣品各一塊,注入水的配比是:QK17-2、QK17-3和QK18-1的比例為 1∶1∶3。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 6。注入水與QK18-1儲(chǔ)層巖石不配伍,滲透率損害率為7.40%、20.62%,存在一定的儲(chǔ)層損害。

損害的機(jī)理可歸結(jié)為水敏、固相顆粒堵塞等。由水敏感性評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出:該儲(chǔ)層水敏感性表現(xiàn)為中等偏強(qiáng)到強(qiáng),臨界礦化度為7 334 mg/L,隨著礦化度的降低及升高,都發(fā)生滲透率下降,損害地層。

此外,由于幾種注入水與地層水混合后,均會(huì)產(chǎn)生少量垢物,垢物微粒的堵塞喉道也造成了滲透率的降低。

通過(guò)孔喉結(jié)構(gòu),由壓汞數(shù)據(jù)可知:孔喉中值半徑在0.1～9.2μm的范圍之間。高滲透率巖心在5.4～9.2μm,低滲透率巖心在0.1～0.53 μm。低滲透率巖心的孔喉普遍偏細(xì),更容易被堵塞。

4 化學(xué)保護(hù)措施

根據(jù)室內(nèi)評(píng)價(jià)結(jié)果,儲(chǔ)層水敏損害為中等偏強(qiáng)到強(qiáng),注水時(shí)應(yīng)添加黏土穩(wěn)定劑,防止黏土水化膨脹,損害地層。BHFP-02為無(wú)機(jī)鹽和聚季銨鹽按一定比例復(fù)配的產(chǎn)品,既具有無(wú)機(jī)鹽的優(yōu)點(diǎn)又具有有機(jī)陽(yáng)離子聚合物的優(yōu)點(diǎn),在海上油田進(jìn)行過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。室內(nèi)進(jìn)行了防膨率評(píng)價(jià),結(jié)果見(jiàn)表7。濃度為4%時(shí),防膨率接近90%。兼顧效果和經(jīng)濟(jì)考慮,推薦加藥濃度為4%。

表7 黏土穩(wěn)定劑評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.7 The result of clay stabilizer evaluation

由于污水和地層水混合后會(huì)產(chǎn)生少量結(jié)垢,主要為碳酸鹽垢。在防垢劑篩選評(píng)價(jià)試驗(yàn)中,針對(duì)性地選擇能有效抑制碳酸鹽垢的防垢劑,海上常用有機(jī)瞵酸鹽類防垢劑。采用《油田用防垢劑性能評(píng)定方法》對(duì)海上油田常用的BHF-06和BHF-07進(jìn)行了室內(nèi)效果評(píng)價(jià),結(jié)果見(jiàn)圖4。評(píng)價(jià)結(jié)果表明,BHF-07效果好于BHF-06,在加量為20%時(shí),阻垢率接近95%。建議加20%的BHF-07。

圖4 防垢劑評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.4 The result of scale inhibitor evaluation

5 結(jié)論

(1）通過(guò)計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)、靜態(tài)結(jié)垢實(shí)驗(yàn)和動(dòng)態(tài)結(jié)垢實(shí)驗(yàn)對(duì)污水與地層水相容性進(jìn)行了研究,結(jié)果表明污水與地層水都存在不同程度的結(jié)垢。

(2）污水與儲(chǔ)層巖石配伍性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,污水對(duì)儲(chǔ)層滲透率存在一定的損害,損害的機(jī)理可歸結(jié)為水敏、固相顆粒堵塞等。

(3）進(jìn)行儲(chǔ)層保護(hù)的化學(xué)方法研究,通過(guò)室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn),優(yōu)選了黏土穩(wěn)定劑和防垢劑,建議在污水回注時(shí)添加濃度為4%的黏土穩(wěn)定劑BHFP-02和濃度為20%的防垢劑BHF-07。

[1]石京平,曹維政,張曙光.馬嶺油田北三區(qū)污水回注的實(shí)驗(yàn)研究[J].礦物巖石,2002,22(2）:87-90

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Research on formation damage by produced-water reinjection in Boxi oilfield and chemical protection measures

Gao Bo,Wang Yong,Li Bing,He Wei,Zhang Xudong
(CNOOC Energy Technology&Service-Oilf ield Engineering Research Institute,Tianjin300452）

Laboratory experiment has been made for the reinjection of produced-water in Boxi oilfield based on reservoir characteristic analysis and produced water quality evaluation.According to software prediction and static and dynamic scaling test on mixture of produced-water and formation water,compatibility of produced-water and formation water was studied,and the results showed scaling occurred in both of them.Core flow test was conducted by simulating reservoir condition,the permeability of formation decreased after the reinjection of produced-water.The main causes are water sensitivity and solid plugging.The chemical method has been studied to protect from formation damage and clay stabilizer and scale inhibitor have been chose by lab test.

produced-water reinjection;formation damage;experiment study;formation protection

TE357.6

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2010.01.076

2009-11-27;改回日期:2009-12-07

高波(1979—）,男,工程師,碩士,油氣井工程專業(yè),現(xiàn)從事油氣層保護(hù)技術(shù)研究及應(yīng)用工作。E-mail:bobi-gao@163.com。

1008-2336(2010）01-0076-05