江汉油田清改污对生产的影响

刘清云，刘 磊，罗 跃，肖 文，夏志刚，刘翩翩，郑 苗

（1.中国地质大学（武汉）资源学院，湖北 武汉430074；2.长江大学化学与环境工程学院，湖北 荆州434023；3.江汉油田江汉采油厂，湖北 潜江433100）

江汉油田主要采用注水开发的方式，王场油田注水系统是该油田最大的注水系统[1］，王一站前期向井网注入清水，后改注从油井产液中分离出的污水以补充地层能量，既节约了清水费用，又降低了电耗[2］。改注污水一年后，注入水输送管道内水体结垢、发黑、发臭，管道腐蚀严重，部分注水井泵入压力过高，甚至停泵，严重影响油田生产。作者对江汉油田王场区块清改污系统沿程水质进行分析，并对水质恶化原因进行解释，探讨了清改污对油田生产的影响。

1 王场油田开发现状

王场油田位于江汉油田潜江凹陷北部，主体部分为一长轴背斜构造，是在盐岩流动的非构造应力与侧应力挤压共同作用下形成的盐背斜储油构造。储集层主要属于陆源碎屑砂岩储层，砂岩陆源碎屑成分以石英和长石为主，岩屑仅占12.6%～20.5%。粘土矿物由单一的伊利石、绿泥石组成，其平均含量分别为80.9%和19.1%，不含或少含伊／蒙混层矿物[3］。注入水容易引起粘土矿物的水化膨胀，降低油层的渗透率。

王场油田油层物性差别很大，由浅到深油层物性呈现由好到差的明显规律，油层平均孔隙度14%～28%，渗透率400～2208mD，地层压力8.05～37.25 MPa，压力系数1.06～1.23MPa·（100m）－1，地层温度47～122℃，地温梯度3℃·（100m）－1。原油属于石蜡基原油，其物性具有深层好、浅层差的特点[4］。污水中高含量的成垢离子、铁离子和细菌容易堵塞地层，造成地层渗透率降低。

2 注水沿程水样、垢样分析

王场油田王一站到王二站再到各个井点输水管线内水质恶化严重，水体发黑发臭，严重影响注水。参照行业标准SY／T 5329－94中碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法对注水沿程水样、垢样进行分析。

2.1 水样分析

江汉油田清改污系统水样、分析结果如表1 所示。

表1 江汉油田水样分析结果／mg·L－1Tab.1 Analysis result of water samples in Jianghan Oilfield／mg·L－1

由表1 可知，注入水中Ca2＋、Mg2＋和SRB含量较高，注水管道水样Ca2＋含量在350mg·L－1以上，Mg2＋含量在25mg·L－1以上，且Ca2＋、Mg2＋含量因沿程管线结垢逐渐降低。水样中Fe3＋含量低于0.30 mg·L－1，且因腐蚀逐渐升高。不同站点水中S2－含量相差较大，SRB含量因注水系统密闭也明显升高。

2.2 垢样分析

江汉油田清改污系统输水管道内垢样分析结果如表2 所示。

表2 江汉油田垢样分析结果／%Tab.2 Analysis result of scale samples in Jianghan Oilfield／%

由表2 可知，管垢主要由硫化亚铁、氧化铁、碳酸钙、碳酸镁、油污和泥沙组成，以钙镁垢和铁锈为主。其中钙镁垢主要是注水中的Ca2＋、Mg2＋遇到不配伍阴离子而形成，铁锈主要是由于SRB恶性繁殖产生硫化物腐蚀管道而形成。

3 注入水地层适应性评价

清水矿化度低，注入清水可能引起地层粘土矿物水化膨胀[5］，降低地层渗透率，影响生产。而污水产于地层，与地层具有良好的配伍性[6］，有利于粘土矿物的稳定。但恶化后的污水回注地层将引起地层的损害，导致地层渗透率降低，严重时将直接堵塞地层，造成注水井注入困难。

3.1 水质膨胀性评价

参照SY／T 5971－94中注水用粘土稳定剂性能评价方法，使用NP－01型页岩膨胀仪及英国评价土在室温下对清水、王西斜7－3B和王一场过滤器出口水样进行膨胀性评价，结果如图1所示。

图1 室温下注入水线性膨胀曲线Fig.1 Linear expansion curves of injection water at room temperature

由图1可知，清水的线性膨胀量为140.56%，王西斜7－3B注入水的线性膨胀量为63.17%，王一场过滤器出口水线性膨胀量为50.71%。污水的抑制性比清水好，主要原因是注入水中含有可抑制粘土膨胀的K＋、Na＋、Ca2＋等阳离子。

3.2 注入水岩心堵塞评价

参照行业标准SY／T 5358－2002中单相工作液评价方法，分别对王西斜7－3B注入水进行了不同渗透率（K）岩心的堵塞规律（渗透率保留率、压力）评价，结果如图2所示。

图2 注入水对不同渗透率人造岩心堵塞规律Fig.2 Clogging law of injection water for artificial cores with different permeabilities

由图2可知：随着驱替实验注入水量的增加，压力明显增大、渗透率保留率明显下降。注入水量为50 PV时，压力增大1.36～2.34倍、渗透率保留率为92.36%～95.26%；注入水量为60PV后，渗透率保留率、压力都趋于平稳；注入水量为100PV时，压力增大1.42～2.61倍、渗透率保留率为91.50%～94.03%。且渗透率越小的岩心堵塞越明显，损害也越严重。

4 水质恶化机理原因分析

注入清水时，水质没有发生明显的恶化，原因在于清水中缺乏营养物质，不利于细菌的代谢繁殖，水质恶化速度慢。改注污水后，由于污水油含量、细菌含量、悬浮物含量和成垢离子含量均较高[7］，为厌氧性细菌提供了良好的繁殖条件，导致SRB恶性增殖，产生的硫化氢与管道反应生成硫化亚铁，以硫化亚铁为晶核又进一步形成钙镁垢和铁锈，而管道的结垢和腐蚀又为SRB的生长和繁殖提供良好的繁殖场所，进一步加剧腐蚀，形成恶性循环，堵塞破坏管道，水质严重恶化。

油层是一个严格密闭的厌氧环境，适合SRB的生长和繁殖，随注入水注入地层的SRB会使地层水产生大量H2S[8］，即使是含硫酸盐少的水体也能维持SRB正常的生长繁殖需要。SRB的代谢产物和腐蚀沉积物随水流注入地层后会堵塞孔道。此外，污水注入地层结垢、Fe3＋沉降、SRB繁殖代谢等现象也将使油藏渗透率严重下降，导致注水井泵入压力升高，甚至停泵，最终影响油田的生产。

5 结论

（1）江汉油田王场区块水中 Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋和SRB含量较高，其中Ca2＋、Mg2＋因沿程管线结垢逐渐降低，Fe3＋因腐蚀逐渐升高，SRB含量因注水系统密闭也明显升高，垢样的主要成分是钙镁垢和铁锈。

（2）江汉油田王场区块水质恶化的主要原因是污水的结垢、Fe3＋沉降及SRB细菌恶性增殖等。

（3）污水的抑制性比清水好，但污水回注油层后因结垢、Fe3＋沉降及SRB繁殖代谢而导致油层渗透率下降比较明显。

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