杏子川油田注入水水质劣化原因分析及对策研究

2018-10-18易爱文杨永钊赵海玉李国勇

石油化工应用 2018年9期

易爱文，杨永钊，李刚，赵海玉，房葛，李国勇

（延长油田股份有限公司杏子川采油厂，陕西安塞 717400）

在低渗透油田的开发过程中，油田产出水回注仍然是重要的节水及环保措施。油田回注水受多种因素影响往往水质较差，长期不合格水质的注入不仅伤害地层，还会降低原油的采收率，给油田开发造成困难。因此有必要对回注水水质劣化原因进行研究，以此为依据对回注水进行综合治理，从而提高回注水水质[1-3]。

图1 杏子川采油厂注水工艺流程图

1 杏子川油田注入水工艺现状

杏子川油田某联合站回注水从联合站到注水井工段发生水质劣化现象，造成注水水质不达标，给油田生产带来了极大不便，其注水工艺流程（见图1）。对注水井口取样分析后发现井口出水颜色较深（见图2），明显无法满足油田回注水水质标准。因此，需进行详细的水质劣化原因分析以改善油田注入水水质。

图2 现场井口取样

2 注入水水质劣化原因分析

针对杏子川采油厂某注水站存在的注水水质在管线流动过程随时间的延长，悬浮物、颗粒中值等指标增加，水质变差，尤其井口水质最差的问题，通过分别对污水站、清水站的水处理出水、注水泵房、配水间和井口四个点位取水样进行化验，判断水质主要影响因素。

2.1 水样化验结果

2.1.1 杏6025站点水样化验结果杏6025污水站水处理间，注水泵房及辐射配水间和注水井各处注入水水质取样化验结果（见表1），注入水水型及矿化度数据（见表2）。

由表1数据可见，杏6025处理站pH呈现下降趋势，主要是注水井底水返排及细菌导致；悬浮物值在泵房处小于处理间，这是由于悬浮物下沉到了净化罐底部，而到达井场后其值增加，一方面是水在输送过程产生反应导致悬浮物的生成，其次可能是井底返排水导致；含油量数值上涨表明有井底返排水；硫化物增加是细菌及井底返排导致；总铁含量增加是由于井底油管、套管及阀门等处的腐蚀造成。

表1 杏6025站点水质数据表

表2 杏6025站点矿化度、水型数据表

表3 杏286站点水质数据表

表4 杏286站点矿化度、水型数据表

由表2 数据可见，Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-值不规律变化主要与地层返排水质有关，其次来水过程中水质不一也造成了离子值变化不规律。

2.1.2 杏286站点水样化验结果杏286清水站水处理间，注水泵房及辐射配水间和注水井各处注入水水质取样化验结果（见表3），注入水水型及矿化度数据（见表4）。

由表3、表4可以看出清水注水过程中水质变化较小，一方面是细菌含量少，其次水质整体较好，因此各项指标均出现较好的结果。对杏286井、杏295井（清水）注水站取样化验后发现：杏286井水处理间，泵房，配水间出水均为清澈透明水质，但注水站配水间水质出现变黑现象；杏295井取样水质为深黑色，可能是由于井底阀门关闭不严或者是套管阀门关闭不严导致部分井底水返排的结果，将井底阀门关闭后所取水样颜色变浅。

2.2 黑色物质化验结果

取样过程中有些站点所取的水样颜色呈现深黑色，因此引起水样变色的黑色物质需进一步测定判断其来源，化学分析过程（见图3）。

图3 黑色物质化学分析图

化学分析过程：（1）将泵房处理水加氧化剂后水质颜色变浅但仍显黑色，加入酸后水质变清；（2）将井口水加氧化剂后再加酸颜色变淡但呈土黄色，焙烧后为红色是四氧化三铁的颜色，因此水质中黑色物质应该含有硫化亚铁；（3）对黑色物质过滤烘干，进行焙烧测定其剩余含量所占百分数为38.24%，因此所含有机物较高。

经化学分析可以得出：黑色物质单独加氧化剂未完全褪色这是因为表面硫化亚铁被氧化为四氧化三铁与硫单质阻碍了进一步氧化，所以加入氧化剂黑色物质未完全褪去，待加入酸后表面物质反应后，硫化亚铁继续反应所以泵房出口水质变清，而加入酸黑色物质未褪去是因为黑色物质表面覆盖了有机物质阻碍了反应进行，加入氧化剂后表面物质层破坏导致反应的进行，反应方程式如下所示：

由此可以判断出水样中的黑色物质主要来源于水质输送过程中的管线腐蚀及返排中出现的油、套管腐蚀。

2.3 水质劣化影响因素分析

水质化验和黑色化学物质分析结果表明：回注水水质污染物成分复杂，悬浮物、含油量、硫酸盐还原菌、硫化物等非常规指标含量超标。综合考察水质劣化是物理因素、化学因素、生物因素的共同作用结果。其中，随着温度的降低、压力的升高和降低、时间的增加，水中悬浮物增加为水质劣化的物理因素；化学剂如絮凝剂的“延迟絮凝”作用，硫化物对系统和管线的腐蚀作用，碳酸盐、硅酸盐沉淀的生成、水中油的沉积作用等为水质劣化的化学因素；细菌附着在淤泥上增殖、代谢、消亡，是导致水质劣化的生物因素。具体表现在以下7个方面：

（1）水中污染物对悬浮物的影响：管道中的水在流动过程中，水中的油滴、微生物、有机物、铁化合物等污染物粘附、积聚在管道内壁，时间越长沉积层越厚，使得管网水中的悬浮物增大，对注水水质形成污染。在取样时随着水流冲击力增大，表现出比前端水处理设备水质更差。

（2）沉降和流动时间对悬浮物的影响：随着时间的增加，悬浮物中微生物的生长越来越多，悬浮物的聚集和沉积越来越多，同时流动增大加速了悬浮物的运动，使得悬浮粒子聚集从而导致水质恶化。

（3）化学剂的影响：主要表现在絮凝剂进入后续注水流程后，会将原本在污水中分散、不能够及时絮凝的微小颗粒在合适的条件下重新絮凝，这种延迟絮凝的作用使一些小粒子在絮凝的作用下凝聚后沉降，增加了注水中的悬浮物，从而导致水质恶化。

（4）硫化物的影响：注水中的硫化物会对系统产生腐蚀，进而生成硫化亚铁以及三氧化二铁，这些物质在注水中呈现颗粒物的状态，使水质变差。

（5）成垢离子的影响：注水中的成垢离子在水中生成碳酸盐类化合物、碳酸盐类沉淀，会以悬浮物的形式随水流流动，或附着在系统的内壁之上，导致水质劣化。

（6）油含量的影响：油滴能够包裹悬浮物颗粒，随着时间推移其包裹的悬浮物颗粒越来越多，同时注水中油胶质以及沥青较多，易产生吸附作用在回注水系统的管壁上附着；此外，注水中油滴的轻组分在水中呈现出蜡晶的形式，这种形式的轻组分是水中悬浮物的重要组成部分，易于形成悬浮物。因此，注水中油滴的存在会导致悬浮物增多，水质恶化。

（7）细菌对水质的影响：通过随机取样对铁细菌、硫酸盐还原菌和腐生菌三种细菌进行化验，细菌指标大部分超标。这是由于管道中的油和淤泥可以给细菌营造良好的营养环境和温度，使细菌得以在回注水系统中沉积、生长，最终附着在淤泥的表面或原油中。细菌长时间增殖和代谢不断的积累，导致注水中悬浮物的增加。此外，铁细菌中的硫酸盐细菌不仅能够对回注水系统管线产生污染，同时其腐蚀作用能够产生硫化物。

3 水质劣化治理对策

对于低渗透油田注入水水质，水中悬浮固体含量和颗粒粒径是低渗透油田注入水水质标准两项主要指标。通过水质劣化影响因素分析可知，悬浮物增多是导致杏子川油田注水水质劣化的重要因素，因此需对注入水进行深度处理，采取经济可行的物理、化学等措施降低水中悬浮固体的含量，减小颗粒粒径，改善注水水质。

采用物理措施降低注水中悬浮物颗粒含量的方法主要有：提高水处理设备过滤精度，采用管道清洗、水井清洗技术，加强注水站来水、出水的监测，控制注水压力等。具体如下：

（1）提高设备过滤精度：精细过滤是注入水水质处理的关键，精细过滤设备的选用应根据滤后水质指标和经济性等多方面综合考虑。目前杏子川注水站采用多介质过滤器，通过多次对水处理设备的出水进行检测，悬浮物在15 mg/L～35 mg/L，远远超出小于5 mg/L标准，说明水处理设备过滤精度不够。因此可采用ABC动态膜过滤设备，ABC动态膜过滤设备是在滤布表面均匀涂上一层2 mm厚的精细过滤膜，拦截颗粒径大于0.3 μm的微小固体、胶体、油滴、细菌等，满足粒径中值小于3 μm及减低悬浮物的要求，同时可以除去水中的有害细菌，大幅度提高注水质量。

（2）洗井：注入污水会导致水井注入压力明显上升，影响区块开发效果，通过洗井，可以去除井底污染物，疏通储层孔喉；同时可清理和清除管道上粘附的污染物，防止污染注水水质，保证注水质量，从而达到增注目的。清洗管线：注水管网管线由于长期注水，水中的污染物会大量积聚在管线内壁。为减少沿程水质的二次污染，确保井口及井下水质达标，需要定期对地面管线进行清洗；清洗时需要针对管壁污染物成分，配制清洗剂，达到清洗彻底干净的目的。

（3）加强对来水悬浮物指标值的检测：建议对注水站来水悬浮物含量指标进行控制，如果来水大于控制值，则进行预处理后再进入水处理系统；对于注水站来水水质波动较大的情况，可以在送水前进行加药预处理，通过预处理，达到系统进水要求。

（4）加强对出水的定时检测：可在净水罐前端建一个检测罐，定时取样测悬浮物值，如果水质出现异常不达标情况，将罐内水回流到沉降罐重新处理，避免流入到净化罐中污染罐内好水，保证注入水合格。

（5）严格控制注水井压力，防止水井返排造成相邻水井之间的水体混合污染。

采取化学措施是指通过配伍性实验制定合理的加药方案等方法降低水中的结垢、悬浮物量，防止水质恶化和管道腐蚀。具体方法如下：

（1）通过对长2、长6和清水的配伍实验（见表5），水源井和长2配伍性最差，长6：长 2=1：1和 1：9时钙镁得失率最小，分别为1.22%和1.16%，水源井：长6=3：1时钙镁得失率最小，为1.57%，建议混注时参考。

（2）制定可行有效的加药方案，药剂处理和设备处理是注水处理最重要的手段，要控制好注入水的水质必须控制好包括细菌含量、悬浮物含量、含油量、铁含量等在内的几个重点水质指标。通过对杏子川注水站水处理取样化验，目前水质主要是细菌含量、悬浮物、铁含量超标，需要对药剂的选型和加量进行筛选优化，适合的杀菌剂、除铁剂及加量可以有效控制水质指标。

根据站点各污水的来水情况进行现场配伍性实验，结合实验室烧杯实验结果，针对混凝剂、除铁剂、除硫剂、杀菌剂、助凝剂、阻垢缓蚀剂6种药剂，分区块、分季节、分地层制定了新的完整加药标准（均以每处理10 m3污水为标准制定加药量）体系。其具体加药标准（见表6）。

表5 长2、长6和清水的配伍实验结果

表6 加药标准表

根据加药经验，规定各站点在进行加药时应注意加药次序为：除硫剂、除铁剂、絮凝剂、助凝剂、阻垢缓蚀剂、杀菌剂；pH调节剂（碱性）根据处理后水的pH值化验结果适量添加。所有标准溶液配比：助凝剂按3‰溶液浓度配比，其他药剂均按10%溶液浓度配比。一般冬季加药量比夏季要有所减少，实际应根据每天的来水情况或每次化验结果适当调整相关药剂的加药比例，确保水质达标。