耿83区纳滤脱硫酸根技术应用及效果简评

罗恒，王彬，薛虎正，庄腾腾，贺彤彤，王小宁

（中国石油长庆油田分公司第九采油厂，宁夏银川750006）

耿83区纳滤脱硫酸根技术应用及效果简评

罗恒，王彬，薛虎正，庄腾腾，贺彤彤，王小宁

（中国石油长庆油田分公司第九采油厂，宁夏银川750006）

注入水与地层水不配伍易形成硫酸钡锶垢堵塞地层是导致耿83区油藏注水压力不断上升的主要原因，本文重点介绍了纳滤脱硫设备工艺流程及技术原理，通过在耿83区姬十一注的配套试验，有效的改善了注入水水质，从源头上降低了注入水中的SO42-浓度，缓解了注水地层的结垢问题及注水压力上升速率，使注水井吸水剖面厚度得到增加，达到提高水驱效率的目的。

地层结垢；硫酸钡锶；压力上升速率；超滤；纳滤；吸水剖面

1　耿83　区地层结垢原因分析

耿83区油藏属于姬塬油田，姬塬油田地层水水型主要为CaCl2型，矿化度普遍较高，最高可达到110 000 mg/L，尤其长4+5、长6地层水中普遍含有高浓度的钡锶成垢离子（Ba2+/Sr2+）；而清水注入水为洛河组地层水，水型为Na2SO4型，矿化度为3 500 mg/L左右，其中SO42-浓度达到1 760 mg/L，注入水与地层水存在严重的硫酸钡锶结垢趋势，这是造成注水压力逐年升高的主要原因（见表1，图1）。

通过监测耿83区清水注水井与采出水回注井4年的压力变化情况，可看出注清水井压力上升速率为1.05 MPa/a，采出水回注井压力上升速率0.55 MPa/a，采出水与地层水水型配伍性较好，结垢速率相对较缓，注水压力呈减缓的趋势，因此为了解决地层结垢难题，减缓地层注水压力上升速度，从地面水质净化工艺出发，有必要引进了纳滤脱硫酸根技术。

表1　耿83区注入水与地层水水质数据表

图1　耿83区注水井压力上升曲线

2　纳滤脱硫酸根技术原理

2.1纳滤水处理设备工艺流程

纳滤脱硫酸根水处理工艺主要由预处理、纳滤和后处理单元三部分组成：预处理单元（活性炭过滤器+超滤系统），原水经过预过滤后，再经过超滤系统进一步去除生水中残留的机械杂质，过滤精度0.002 μm～0.1 μm，质量可靠；纳滤单元（纳滤膜过滤系统），纳滤（NF）膜是在压力驱动下，有选择性的截流价位高、半径大的离子，但允许水和低价位、低半径的离子盐透过，该系统特点是主要截留2价以上离子，对SO42-有较强的针对性，注入水经纳滤处理后硫酸根离子去除率高，过滤精度0.001 μm；后处理单元（辅助加药及清洗系统）（见图2）。

图2　纳滤水处理工艺流程图

2.2纳滤水处理设备原理

2.2.1超滤工作原理及特点超滤是一种流体切向流动和压力驱动的过滤过程，并按相对分子质量大小来分离水中颗粒，要过滤的水经由超滤给水泵加压后输入膜组件中，由于膜内外的压力差，溶解物质和比膜孔径小的物质能作为透过液透过滤膜，不能透过滤膜的物质将被截留下来浓缩于排放液中。因此产水（透过液）将含有水、离子和小分子物质，而胶体物质、颗粒、细菌、病毒和原生动物将被膜去除。

过滤膜采用中空纤维膜一种很薄的聚合材料，由聚砜PS，聚酯PE，聚醚砜PES，PVDF或聚丙烯腈（PAN）等制成并带有非对称的微孔结构。不对称超滤膜拥有一层极光滑极薄（0.1 μm）的孔径在0.002 μm到0.1 μm间的内表面，此内表面由孔径大到15 μm的非对称结构海面体支撑结构支撑。这种小孔径光滑膜表面与较大孔径支撑材料的结合使得过滤微小颗粒的流动阻力很小并不易堵塞。

如果欲分离的杂质在膜上过多沉积，会导致难溶性盐沉积或形成部分覆盖层，引起压力上升和处理量下降的问题，因此需采用超滤产水进行反洗，但反洗后仍有部分覆盖物堆积在中空纤维正向入水侧无法彻底清除，需要进行快冲，它的特点是正向流压力低，流量大，冲击力强，容易将被反洗时松动的固形垢类物质从膜表面冲刷掉，向膜件的浓水出口排出，以提高系统的水利用率和系统工作稳定性。

2.2.2纳滤工作原理及特点纳滤作为反渗透的一种具体方式，主要原理是在浓溶液一侧施加一个大于渗透压的压力时，溶剂的流动方向将与原来的渗透方向相反，开始从浓溶液向稀溶液一侧流动，是一种在压力驱动下，借助于半透膜的选择截留作用将溶液中的溶质与溶剂分开的分离方法。该设备使用的NF纳滤膜主要采用无相变的物理方法去除大分子的SO42-，依靠给水泵水压作为动力，具有能耗低、、化学试剂用量小、产水稳定的特点，它主要由高压泵、反渗透滑架、控制仪表及相关压力管道等组合而成。

为了使纳滤装置达到给定的回收率，同时保持水在装置内的每个组件中处于大致相同的流动状态，必须将装置内的组件分为多段锥形排列，段内并联，段间并联，该设备采用一级二段的组合模式。

3　纳滤脱硫设备试验效果简评

针对注入水与地层水不配伍结垢堵塞地层导致注水压力上升的问题，在耿83区姬十一注引进了纳滤脱硫设备，从源头解决注入水水质问题，设计规模纳滤水处理量为2 500 m3/d，浓水回灌量为500 m3/d，供应注水井99口，设计回灌井2口。

3.1减少硫酸根离子浓度通过对姬十一注纳滤脱硫设备各级水质离子进行检测，硫酸根离子脱除率达到97%，可以有效地减少注入水中的SO42-浓度，同时对其他大分子离子如Ca2+、Mg2+也有一定的去除作用，处理后水型由NaSO4型转变为CaCl2型，减缓了地层结垢问题，对油藏储层具有较好的保护作用（见表2）。

表2　姬十一注纳滤脱硫水质检测表

3.2减缓注水压力上升速率

通过48口可对比井2011.01-2014.11注水压力变化情况进行分析，在纳滤脱硫设备投用4个月后注水压力上升速率由0.074 MPa/月下降到0.056 MPa/月，压力上升趋势小幅变缓，由于监测时间较短，效果仍需进一步跟踪。

3.3提高吸水厚度

通过3口纳滤投用后具有可对比性的注水井吸水剖面数据分析，其中2口井吸水剖面厚度平均增加了1 m，水驱储量动用程度增加了7%，吸水剖面及水驱效率得到了改善，剩余1口井由于欠注导致吸水剖面变差（见表3）。

表3　对比井吸水剖面变化情况

4　结论与认识

（1）耿83区油藏注入水与地层水型不配伍易形成硫酸钡锶垢堵塞地层是注水压力不断上升的主要原因。

（2）注入水通过纳滤脱硫技术处理后脱硫率能达到97%，能够有效地减缓地层结垢及压力上升速率。

（3）通过纳滤脱硫处理后的注入水能够对注水井吸水剖面起到改善的作用，从而提高水驱储量动用程度。

（4）目前该设备投运时间仅为4个月尚无法形成有效的评价结果，仍需继续监测。但针对前期因地层结垢导致注水压力上升的油藏，在配套纳滤脱硫技术改善注入水水质的基础上，可配合投加清垢剂或解堵剂，对深部堵塞地层起到解堵的作用，从而达到长期稳定注水压力的目的。

［1］叶庆全，冀宝发，王健新，等.油气田开发地质［M］.北京：石油工业出版社，1999.

［2］付美龙，唐善法，黄俊英.油田应用化学［M］.武汉：武汉大学出版社，2005.

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.06.031

TE358.5

B

1673-5285（2015）06-0115-03

2015－05-04

罗恒，男（1987－），2009年7月毕业于重庆科技学院，石油工程，工学学士，现为长庆油田第九采油厂地质研究所采油助理工程师。