渤西油田污水回注储层损害评价研究及化学保护措施

高 波 ,王 勇 ,李 冰 ,何 伟 ,张旭东

(中海石油能源发展股份有限公司采油工程研究院,天津 300452）

渤西油田污水回注储层损害评价研究及化学保护措施

高 波 ,王 勇 ,李 冰 ,何 伟 ,张旭东

(中海石油能源发展股份有限公司采油工程研究院,天津 300452）

在储层特征分析和污水水质评价的基础上,开展了渤西油田污水回注的室内评价研究。通过计算机预测、静态结垢实验和动态结垢实验对污水与地层水相容性进行了研究,结果表明污水与地层水都存在不同程度的结垢。污水与储层岩石配伍性实验结果表明,污水对储层渗透率存在一定的损害。损害的机理可归结为水敏、固相颗粒堵塞等。进行储层保护的化学方法研究,通过室内评价实验,优选了黏土稳定剂和防垢剂,并推荐了加药浓度。

污水回注;储层损害;实验研究;储层保护

向油层注水是油田保持油层能量、稳定油井生产能力的重要措施。随着油田注水开发的进行,特别是到了注水后期,大量的地层水随原油一起被采出.这些被采出的地层水常被称为污水,污水外排会造成环境污染,这样就面临着如何处理污水的问题。将污水处理后回注,既解决了污水的处理问题,又补充了地层的能量。虽然这是解决污水问题较为理想的方案,但许多油田的现场实践表明,直接将污水回注到地层中存在着地层渗透性变差、注水压力升高、吸水能力降低等严重的问题,这无疑说明,污水回注到储层将造成储层伤害[1-3]。因此研究污水的无伤害回注技术对油田生产具有重要的现实意义。通过室内模拟实验对渤西油田污水回注进行了储层损害评价和化学保护措施研究,为该油田以及与其相类似油田污水回注提供科学依据。

1 储层特征与污水水质

渤西油田位于渤海西部海域,构造发育在黄骅坳陷中歧口南侧的歧南断阶带上。沙二段储层是油田的主力油层,岩性以中细砂岩为主,储集空间以次生孔隙为主,物性中等。黏土矿物的含量4.8%～19%,主要是伊利石、绿泥石、高岭石和伊/蒙混层。伊利石含量20.9%～59%,伊/蒙混层含量19.6%～43%,混层比为30%。

渤西油田地层水总矿化度为7 334 mg/L,水型为重碳酸钠型(NaHCO3）,特点是成垢阳离子含量极低,其中钙、镁离子含量为零,成垢阴离子主要为重碳酸根(HCO3-）、碳酸根(CO32-）及硫酸根(SO42-）。

渤西油田污水回注拟以QK17-2、QK17-3、QK18-1、QK18-2平台的生产污水以及QK18-1综合污水按不同比例混合作为回注污水。从歧口18-1油田采油作业平台取得这五种污水水样。由于所取样品为油水混合样,在进行水分析之前,使用BX-2型破乳剂进行水样萃取,破乳温度控制在60℃,获得污水水样。根据SY5523—2000《油气田水分析方法》标准,对这五种污水样品进行了检测。结果表明,所有污水样品的pH值为 8.0～8.5,呈弱碱性;矿化度为3 115～7 176 mg/L,水型均为重碳酸钠(NaHCO3）型,水型与地层水的相同,见表1。

表1 污水水质评价结果Tab.1 The result of produced water quality evaluation

2 污水与地层水相容性评价

采用计算机预测、静态结垢实验和动态结垢实验三种方法对污水与地层水的相容性进行了评价研究。

2.1 计算机预测

通过计算机预测可以了解混合水体的结垢趋势及数量,指导静态实验的开展。根据瓦伦(Valone）和斯凯林(Skillern）提出的溶度积 Ksp值理论,推导出计算生成碳酸钙垢数量的PTB值预测计算公式(见公式1）,综合考虑了水体的Ca2+浓度、HCO3-浓度、pH值、离子强度、水体温度等综合因素,进行碳酸钙结垢数量预测。

表2 PTB值预测标准Tab.2 The criteria of PTBforecast

经过计算机PTB值法预测,得到了QK17-2、QK17-3与QK18-1污水以不同比例混合后作为注入水与QK18-1地层水混合后的结垢趋势及垢量,结果见表3。数据表明三种水无论以何种比例进行配比,其 PTB值均大于0,但均小于100,说明会产生少量的垢。

2.2 静态结垢实验

各油田污水经油水分离处理后,采用孔径为0.45μm的混合纤维素脂滤膜过滤,去除了悬浮物及细菌。将各油田污水按比例与QK18-1地层水混合,在60℃下反应48 h,然后对反应前后的混合水进行离子检测、计算并评价。

表3 QK17-2、QK17-3与 QK18-1混合污水与 QK18-1地层水混合PTB值法预测结垢趋势Tab.3 The scaling trend of produced water and formation water by PTBforecast method

静态结垢评价实验共进行了四个配比的实验,QK17-2、QK17-3和QK18-1之间的比例分别为 1∶1∶1、3∶1∶1、1∶3∶1、1∶1∶3,实验结果见图1。混合水与地层水的配伍性实验表明,在以上几种配比下,混合水体均产生了少量的沉淀,经过分析主要为碳酸盐沉淀。对照预测结果,该实验结果与预测结果非常吻合,结垢趋势及结垢量均呈现相同的变化趋势。

图1 QK17-2、QK17-3与QK18-1混合污水与地层水混合后钙镁离子损失趋势Fig.1 The losing trend of calcium and magnesium ion in mixture of produced water and formation water

2.3 动态结垢实验

采用我院研发的DTJ G-2型动态结垢仪进行实验。实验条件为:模拟地层条件高温高压区,即模拟地层温度60℃,地层压力12 MPa;模拟地面生产条件,即常温常压区。将注入水与地层水按一定比例混合,流速为8 mL/min,累计实验过水量为4 L,进行流动实验,实验结束后,恒重高压区及低压区管线及滤膜,确定高温高压区的结垢量及常温常压区的结垢量,以评价动态结垢趋势。

实验选择静态结果实验中结垢量较少的配比(QK17-2、QK17-3 和 QK18-1 的比例为 1∶1∶3）,结果见表4。注入水与地层水混合后,垢物主要产生在高温高压区。

3 污水与储层岩石配伍性评价

通过速度敏感性实验、水敏感性评价实验、注入水与储层岩石配伍性等实验,研究渤西油田污水与地层的配伍性。

选取来自油藏储层的天然岩心高低渗透率样品各一块,进行水速度敏感性实验,实验结果见表5。结果表明,临界流速均为3.0 mL/min,速敏损害程度弱。

选取来自储层的天然岩心,一共四块样品分两组(其中一块渗透率高,一块低）进行水敏实验,第一组水敏实验矿化度降低,第二组水敏实验矿化度升高,实验结果见图2和图3。实验结果表明,该段储层具有中等偏强～强的水敏感性,临界盐度为7 334 mg/L。

表5 地层水速敏实验结果Tab.5 The result of formation water velocity sensitivity test

图2 高渗透率样品水敏评价实验曲线Fig.2 The curve of water sensitivity test by relative high permeability core sample

图3 低渗透率样品水敏评价实验曲线Fig.3 The curve of water sensitivity test by relative low permeability core sample

表6 配伍性评价实验结果Tab.6 The result of compatibility test

注入水与储层岩石配伍性实验,岩样选取来自储层的天然岩心高低渗透率样品各一块,注入水的配比是:QK17-2、QK17-3和QK18-1的比例为 1∶1∶3。实验结果见表 6。注入水与QK18-1储层岩石不配伍,渗透率损害率为7.40%、20.62%,存在一定的储层损害。

损害的机理可归结为水敏、固相颗粒堵塞等。由水敏感性评价结果可以看出:该储层水敏感性表现为中等偏强到强,临界矿化度为7 334 mg/L,随着矿化度的降低及升高,都发生渗透率下降,损害地层。

此外,由于几种注入水与地层水混合后,均会产生少量垢物,垢物微粒的堵塞喉道也造成了渗透率的降低。

通过孔喉结构,由压汞数据可知:孔喉中值半径在0.1～9.2μm的范围之间。高渗透率岩心在5.4～9.2μm,低渗透率岩心在0.1～0.53 μm。低渗透率岩心的孔喉普遍偏细,更容易被堵塞。

4 化学保护措施

根据室内评价结果,储层水敏损害为中等偏强到强,注水时应添加黏土稳定剂,防止黏土水化膨胀,损害地层。BHFP-02为无机盐和聚季铵盐按一定比例复配的产品,既具有无机盐的优点又具有有机阳离子聚合物的优点,在海上油田进行过现场试验。室内进行了防膨率评价,结果见表7。浓度为4%时,防膨率接近90%。兼顾效果和经济考虑,推荐加药浓度为4%。

表7 黏土稳定剂评价结果Tab.7 The result of clay stabilizer evaluation

由于污水和地层水混合后会产生少量结垢,主要为碳酸盐垢。在防垢剂筛选评价试验中,针对性地选择能有效抑制碳酸盐垢的防垢剂,海上常用有机瞵酸盐类防垢剂。采用《油田用防垢剂性能评定方法》对海上油田常用的BHF-06和BHF-07进行了室内效果评价,结果见图4。评价结果表明,BHF-07效果好于BHF-06,在加量为20%时,阻垢率接近95%。建议加20%的BHF-07。

图4 防垢剂评价实验结果Fig.4 The result of scale inhibitor evaluation

5 结论

(1）通过计算机预测、静态结垢实验和动态结垢实验对污水与地层水相容性进行了研究,结果表明污水与地层水都存在不同程度的结垢。

(2）污水与储层岩石配伍性实验结果表明,污水对储层渗透率存在一定的损害,损害的机理可归结为水敏、固相颗粒堵塞等。

(3）进行储层保护的化学方法研究,通过室内评价实验,优选了黏土稳定剂和防垢剂,建议在污水回注时添加浓度为4%的黏土稳定剂BHFP-02和浓度为20%的防垢剂BHF-07。

[1]石京平,曹维政,张曙光.马岭油田北三区污水回注的实验研究[J].矿物岩石,2002,22(2）:87-90

[2]王明献,黄立斌,汪立蓉.白音查干油田污水回注配伍性试验与评价[J].断块油气田,2005,12(2）:80-82.

[3]李连江,曾庆辉.商河油田商二区注入水与储层配伍性研究[J].江汉石油学院学报,2003,25(1）:77-78.

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,工程师,硕士,油气井工程专业,现从事油气层保护技术研究及应用工作。E-mail:bobi-gao@163.com。

1008-2336(2010）01-0076-05