对油田注水水质指标及分析方法的探讨

马文衡 王 永 刘丽敏 赵董艳 徐超慧 伟 娜

中国石油华北油田分公司 采油工艺研究院 （河北 任丘 062552）

对油田注水水质指标及分析方法的探讨

马文衡 王 永 刘丽敏 赵董艳 徐超慧 伟 娜

中国石油华北油田分公司 采油工艺研究院 （河北 任丘 062552）

结合油田注水水质监测的现场和实验室工作对SY/T 5329-94《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》中水质指标和分析方法进行探讨。主要讨论了悬浮固体、颗粒粒径中值、含油量、坑蚀、细菌等项目的指标和分析方法。对注水水质指标及其分析方法的修订提出了一些建议。

油田注水 水质指标 分析方法

油田注水开采是采油生产的一种重要方式。在我国不仅二次采油普遍采用，有很多油田从开始开采就采用注水方式。

注入油层的水主要有两大部分，一是取自水源的水；二是开采油、气时由地层采出的采出水。当这些水注入地层后，是否会对地层产生伤害，影响油气的正常生产就成为关注的重点。研究注入水的水质指标是否适合所开发的油藏地质特点关系到油气正常生产，是降低运行成本，提高经济效益的重要内容之一。

国内外油气工作者对注入水水质指标进行了大量的试验研究和注水实践，取得了丰富的经验。美国石油学会（API）在20世纪50年代就制定了“用滤膜方法确定地下注入水水质”的相关标准方法。我国也结合国内外的注水实践和研究成果在20世纪90年代修订了 “碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法”，形成SY/T 5329-94版作为行业标准[1]。这一标准对我国油气生产中的注水水质进行了规范，为推动注水技术进步和注水水质的提高起到了重要作用。随着研究的深入，一些新的经验和科学技术的进步，应该体现在注水实践中,这就要求对原有的标准进行修订。

1 关于注水水质指标的相关名词术语

1.1 悬浮固体（SS）

按SY/T 5329-94的定义为：用0.45μm滤膜过滤水时膜上的载留物，经汽油或石油醚洗涤后的残留物。

“油田水分析方法”SY/T 5523-2006《油田水分析方法》推荐的测定方法，一是GB/T 11901《水质悬浮物的测定 重量法》，用0.45μm滤膜过滤水、膜上截留物为SS。没有用汽油或石油醚洗涤一步。二是按NACE TM 0173-2005的定义[2]，悬浮固体定义同GB/T 11901。此标准是API推荐的油田水分析方法。两种差别只在于水中油是否计入悬浮固体内。SS测试目的是检查堵塞地层的孔隙通道的物质。油和固体类物质都有堵塞的作用。油田采出水过滤时在滤膜上截留物主要是铁的硫化物及其氧化物、碳酸盐和硫酸盐的沉淀物、砂和硅、油类物质、石蜡类和沥青以及生物类物质，这些物质都应一并计算在SS内更为合理。因为石蜡及沥青类物质堵塞时用酸化办法无法解堵，其危害作用更大。有机溶剂洗掉的主要有胶体颗粒的原油、蜡、沥青等，与检验SS的目的相悖。

1.2 悬浮颗粒粒径中值

SY/T 5329-94的名词术语中定义为“水中颗粒的累积体积占颗粒总体积的50%时的颗粒直径”。

这一定义在使用不同颗粒度分析仪时会得出不确定的值。例如，使用库尔特计数器时，由于每一种小孔管都有一特定的测定范围，所以一种水用不同的小孔管测试时会产生不同的结果。不仅如此，SS分别为0.4mg/L和2.3mg/L的水用粒度分析仪测定其粒径中值，结果SS为0.4mg/L的水的粒径中值大于2.3mg/L的水的值[3]。

1.3 水中含油量

水中含油量是采出水中一项重要指标，对于一般注水这项指标意义不大，但如果采用工业废水或某些水作为注水水源，此项指标很有意义。对于采出水回注更是一项重要指标。

水中含油有游离状态——油水成明显的两相状态；乳化状态——油以微小油滴状态较稳定地悬浮于水中，无明显相界面（实际上是两相体系）；溶解状态——以分子形式存在于水中。另外，采出水中像蜡等也会当成“油”而被测量。有时蜡呈固体颗粒状态。由于“油”是一种混合物，而不是单质，所以测定“含油量”与测试目的及方法密切相关。如果要测定固体颗粒和乳化状态的“油”注水时对地层的伤害，可以在测定SS时从滤膜上截留物中用有机溶剂洗涤，定义洗涤掉的量为“含油量”。不过石油醚和汽油对蜡和沥青等溶解效果较差，可用氯仿或四氯化碳等。如果要知道油类物质对水的污染状况，可以用氯仿等有机溶剂对水样进行萃取，用红外分光仪测定水中油含量[4,5]，但不应该使用石油醚或汽油作为溶剂，因为萃取效果不好。

1.4 均匀腐蚀和坑蚀

在注水工程中，均匀腐蚀和坑蚀都会对生产管道和设备产生危害。同样的平均腐蚀速度，当主要是由均匀腐蚀造成的，对系统有一定危害。但如果主要是坑蚀造成的，危害会很大。按腐蚀测试方法对坑蚀的定义为“局部腐蚀结果形成蚀坑”[6]。

在现场注水井口挂片测定腐蚀速度时，曾发现有的挂片两个最大表面上有一面产生了较为严重的腐蚀，而另一个大面仍然较为光亮。产生腐蚀的地方不是一个点，是一个较大面积，而且面积内不平。这种腐蚀可能称为“局部腐蚀”更确切。如果能明确描述腐蚀状况并能定量其腐蚀速度，对腐蚀控制会更有意义。“坑蚀”的定义更明确、准确，建议使用“坑蚀”替换“点蚀”。

2 关于注水水质指标

2.1 悬浮固体含量

如果考虑到水中固体类物质 （也包括结晶的蜡颗粒和胶质沥青固体物）和乳化状态的小油滴对地层的堵塞都有一定的作用,可以用0.45μm滤膜截留物的量作为悬浮固体含量数值。这时可能使测定结果高于SY/T 5329-94表1中的数值，但这一数据更符合测试目的,更能说明注入水对地层的危害情况。

2.2 含油量

如果用氯仿冲洗滤膜截留物，得到可能引起地层堵塞的有机物（包括乳化油、蜡、胶质沥青等），这一含油量不包括可溶解的油和可以透过0.45μm膜的油，对分析判断引起地层堵塞的原因有重要作用。但这一数值可能比用GB/T 16488-1996和ASTM D3921-2003两种方法给出的数值（水中含油量）低。当为了考察水被石油类物质污染时，则应采用溶剂萃取水测定油的方法。

2.3 粒径中值

测定水中悬浮固体颗粒直径分布时，水中的乳化油、蜡和胶质沥青颗粒等都不应该（或不能）在测前进行分离。所测数值包括了这些物质。由于粒径中值的测定不完善性，可改用体积平均直径作为衡量颗粒粒径的指标，也可以采用所测的水体积中含SS的总体积值表示，这两个指标测试时不随仪器的变化而变化[3]。

2.4 坑蚀和均匀腐蚀

坑蚀和均匀腐蚀在注入水处理过程中其控制工艺与去除水中SS和含油量不同。去除SS和含油往往要求越高，处理工艺越复杂、工程投入越多。腐蚀速度的控制大多数是通过加缓蚀剂或控制腐蚀因素等来实现的。所以平均腐蚀率对各种标准分级只用一个0.076mm/a。同样道理，对坑蚀情况也没有必要按A、B、C的各级标准来要求 （见SY/T 5329-94表1），但确该提出坑蚀速率的指标，测定规定时间内的蚀坑最大深度除以测定时间就可以得到坑蚀速率。

2.5 细菌指标

对腐生菌和铁细菌的指标要求应该看成更符合现场实际情况，可以将硫酸盐还原菌（SRB）的指标给值办法参照以上两种菌的(见SY/T5329-94表1)。

2.6 关于附录A

SY/T 5329-94的附录A是注水水质评价的重要内容。在一个新油田开始开发的初期，只要是注水开发都必须选择注水水源，而附录A正是选择水源的依据。在SY/T 5523-2006中引用了API RP-45的概述中内容[7]，再结合附录A可以给出更切合我国国情的评价内容和办法。

2.7 技术经济分析

油田注水水质指标是决定注水工程投资和投产后运行费用的关键因素。以去除水中SS和含油为例，要求SS和含油量越低，需要处理设备越多，水处理流程越复杂，建设投资越大，水处理运行费用也高。但投产后油层保护很好，产油量稳定，经济效益好，注水井洗井次数少，作业费用低。

按理论分析，应该存在一个注水水质指标范围，在这个范围内注水工程投资的折旧年费用与水处理运行年费用再加上注水井作业年费用之和处在一个较低的范围内，而超过这一水质指标则会使3项之和在一个较高范围。

我国已有较长期的注水实践。各油田可根据注水实践进行技术经济分析，会得到一个技术上可行、经济上合理的注水水质指标范围。

3 水质测试技术

（1）测试方法是测试结果可靠的保证。SY/T 5329-94引用了不少行标和国标作为测试方法。石油行业关于油田水的分析方法还有一个重要标准，即SY/T 5523-2006《油田水分析方法》。现行的SY/T 5523是2006年重新修订的版本，较前版有较多修订。应该使两个行业标准协调一致。

（2）SY/T 5523-2006推荐的“用滤膜法确定地下注入水水质的标准方法”中测定水中SS用0.45μm膜过滤法，而不用有机溶剂洗涤，与国标一致，建议采用此法。

（3）水中含油建议采用国标GB/T 16488-1996红外光度法，此法与API推荐作法一致。

（4）细菌测试建议采用SY/T 5523-2006推荐的NACE TM 0194《油气系统中细菌生长的现场监测标准方法[8]。这一方法较API RP 38有较大变化，对浮游菌采样和固着菌的采样及计数方法都有新内容。其中还特别规范了杀生剂效果的评价方法。

（5）SS颗粒粒径分布测定建议用激光粒度分析仪。库尔特粒度分析仪的小孔管在测定污水时很容易堵塞，而且要求用0.2μm超净水做为本底水，预处理操作较繁琐。

（6）对于水质测试管应慎用，因为其溯源性较差。如果采用时应在使用前对一批测试管与标准方法进行比对试验。

（7）腐蚀速度的测试。坑蚀或局部腐蚀有时可能是一个系统危害最大的腐蚀。笔者认为坑蚀都可以用“坑蚀”速率来衡量。但在腐蚀特点上应注明实际的腐蚀形态，包括面积、面积点数、直径、深度等。

坑蚀速度：用坑蚀测深仪测量规定时间内的最深的蚀坑的深度，计算其腐蚀速率[9]：

式中 r1—可能最大坑蚀速率，mm/a;

h1—表面最深蚀坑深度，mm；

t—测试时间，h。

（8）腐蚀试片的放置位置。当需要在现场挂试片测试腐蚀速度时，应在腐蚀处或其附近放置试片。当测量系统的腐蚀情况时，可以在储水罐或管线上，设备上放置试片。不推荐在注水井口的顶部放置试片，因为此处流动状态非常复杂，有时有气体释出，其结果代表性很差。

4 结束语

（1）注水水质指标是注水工程的重要内容。碎屑岩注水水质推荐指标对我国油气生产曾起到重要作用。修订SY/T 5329-94使之更完善，是一项重要工作。建议能对实际工作中出现的问题在修订版中予以重视，使之更切合现场应用。

（2）检测方法是与水质指标同样重要的内容。国家发改委组织修订的SY/T 5523-2006《油田水分析方法》吸收了当前一些发达国家的检验标准方法。建议在修订SY/T 5329-94时，尽可能与之协调统一。

（3）美国石油学会（API）没有设全国性的统一注水水质标准，而只是提供了一个用滤膜法确定注水水质的标准方法。建议增加使用这一方法确定不同地质条件下注水水质的指导方法。

[1]SY/T 5329-94碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法[S].

[2]NACE TM0173-2005 methods for determining quality of subsurface injection using membrane filter[S].

[3]张瑞成,王峰.采出水质标准中有关悬浮固体规定的合理性探讨[J]石油规划设计,2005,16(5):33-34.

[4]GB/T 16488-1996水质 石油类和动植物油的测定 红外光度法[S].

[5]ASTM D3921-96 Standard test method for oil and grease and petroleum hydrocarbons in water[S].

[6]ANSI/ADA 97-2002 corrosion test methods[S].

[7]SY/T 5523-2006油田水分析方法[S].

[8]NACE TM0194-2004 field monitoring of bacterial growth in oil and gas systems[S].

[9]SY/T 5273-2000油田采出水用缓蚀剂性能评价方法[S].

Combined with works at the worksite and laboratory of oilfield injected water quality monitoring,discussions are made around the water quality indexes and analysis methods in SY/T 5329-94,"The Recommended Indexex and Analysis Methods of Clastic Rock Oil Reserves Injected Water Quality".The emphasis of discussion focuses on the indexes and methods of the following items like suspending solid,middle value of particle diameter,oil-bearing content,and pitting corrosion.Finally,some suggestions are put forward about the revision of the injected water quality index and its analysis methods.

oilfield water injection;water quality indexes;analysis methods

马文衡(1963-)，男，现主要从事油田化学方面的分析和研究工作。

路萍

2011-11-08▌