气田水回注方式研究

2020-01-12张鹏飞

化工设计通讯 2020年5期

张鹏飞

（四川科宏石油天然气工程有限公司，四川成都 610000）

气田生产过程中，对气田水的处理主要有回注法、膜法、综合利用法等，其中回注法的应用最常见。在气田水回注方法SY/T 6596—2004中，明确规定了气田水回注井、回注层的要求[1]。随着气田生产技术的进步，气田水回注工艺也应该不断改进，切实满足水处理要求。

1 气田水回注流程和常见问题

1.1 回注流程

气田水回注，就是将气井产生的气田水，重新注入地层的过程。回注过程中，为了防止形成环境问题，对回注层的要求如下：①优先选择废弃井、枯竭井；②结合水文地质条件，回注后不会污染淡水层；③储存空间足够，能满足长期回注要求；④上下隔层不窜漏，连贯性好，没有断层、出露点；⑤吸渗能力强，不会引起回注水外泄、外注；⑥回注层的岩性和地层水配伍性好，不会形成沉淀、堵塞现象。一般情况下，气田水回注流程是：收集气田水→沉淀除油→加入药剂→二次沉淀→储存→回注。

其中，沉淀和二次沉淀处理，主要是改善气田水的质量，满足回注标准：①水质稳定，和地层水混合后不会沉淀；②回注水不会促使黏土矿物悬浮、膨胀；③回注水的悬浮物、油、有机淤泥、乳化液含量均达标；④对注水设施的腐蚀性小；⑤与回注岩层、地层水的配伍性好。回注作业时，设备主要是离心泵或柱塞泵，前者的排量大、压力小，后者的压力高、回注量小，应该根据实际工况进行选择，提高综合效益。

1.2 常见问题

气田开采过程中，随着气田水增多，回注站的工作量也在增加，加重了机泵负荷，实际作业中就可能出现一些问题，总结如下：

第一，机泵发生故障。回注泵在使用时，长期接触气田水，会导致内部元件腐蚀、损坏，常见故障有机封漏水、盘根漏水等。机泵发生故障后，必须对泵体拆开，分离电机和泵，维修后重新安装。多次拆装维修后，会导致电机转动轴、机泵转动轴不同心，继而引起轴承损坏。如果机泵元件的出厂质量差，那么后期运行中的故障就会增多，提高了维修率。

第二，回注设施腐蚀。注水管线在设计时，均采用耐腐蚀方案，但随着使用时间延长，管线壁厚发生腐蚀，集中在管线下部、弯头、焊缝等部位[2]。在控制阀上，井口闸阀容易出现阀杆外漏、闸板脱落、控制阀失能等问题。针对这些故障，即使进行维修，也会降低工作性能。

第三，蒸汽影响环境。维修过程中，机泵盘根漏水、管线泄漏等问题，导致气田水积聚在站场内，气田水挥发出的气体会影响环境。

2 气田水加压回注的设想和实现方式

2.1 设想

结合实践可知，气田水回注作业中，对设备造成的腐蚀非常严重，增加了维修工作量。为了解决这个问题，可尝试加压回注工艺，要点包括三个方面：

第一，减少动设备数量。动设备的密封点多，这是发生泄漏的一个主要原因。回注作业中，机泵要降温、润滑处理，因此润滑油要经常补充[3]。如果动设备发生故障，就要更换零部件，一来更换的零部件质量和原件的质量有差异，二来因停工会影响生产。因此，减少动设备的数量，才能从根本上解决这一问题。第二，设备少接触气田水。气田水具有较强的腐蚀性，设备和气田水长期接触，就会引起腐蚀问题。选用设备时，对设备内表面进行防腐处理，减少设备和气田水的接触面积、接触时间，就能保护设备性能。第三，方便运行和维修。加压回注系统的运行，应该方便运行和维修，降低人力成本，提高运行效率。

基于以上三个条件，可以从高含硫气井气田的水处理工作吸取经验，在回注过程中使用压力容器。气田水回注时，将化学药剂、沉淀气田水，倒进压力容器中，以天然气或压缩空气为动力，加压到一定压力，促使气田水回注到地层。如此作业，一方面能减少设备和密封点的数量，另一方面气田水和设备的接触减少，可以保护设备，降低维修成本。

2.2 实现方式

第一，选择压力容器。参考高含硫气井气田的作业，气田水回注压力容器可以选择闪蒸罐，其容积在20m3以上，设计压力约为1.0MPa，且内表面进行防腐蚀处理。针对使用时间达到10a的闪蒸罐进行检测，结果显示性能依然满足使用条件。另外，根据高含硫气井的特点，也可以选择抗腐蚀性的玻璃钢罐，在气田生产现场，玻璃钢罐可用来存放气田水[4]。

第二，选择回注气源。回注气源有两种选择：一是井站燃料气。回注站自用的燃料气，供气压力一般为0.3MPa，供气管网内的压力为2.5MPa，机泵回注压力为0.6MPa。对此，提高燃料气供气系统的压力，可以满足回注要求。二是压缩空气。使用压缩空气作为气源，应选择合适的空气压缩机，压缩空气和气田水接触，能防止设备腐蚀，有利于压缩机使用和维修。

第三，自动化控制。以排污系统为例，使用液位高度控制开关，能动态监测容器压力值，通过回注次数准确计算容积，实现精确计量、远程控制的目标。如果整个回注系统均实现自动化，就能显著降低人力成本。

第四，回注管线耐腐蚀处理。为了解决回注管线的腐蚀问题，应选择耐腐蚀的管材，并对管道内表面进行防腐处理，或者使用玻璃材质的管线[5]。

3 工程实例分析

3.1 工程概况

以国内某油气田为例，共计注水井1 000多口，井下作业每年400井次，每井次产生气田水160m3。注水井泄压方式有两种：一是在井口连接管线，将气田水排放至排污池，但会污染周围环境；二是使用罐车运输至指定地点回注，缺点是作业不连续，不仅延长了泄压时间，还会增加运输成本。

3.2 回注装置

结合该油气田的生产情况，决定采用高压气田水回注方案。装置组成包括沉降罐、过滤器、喂水泵、柱塞泵、连接阀、高压软管等，同时配置压力表、流量计等，保证运行稳定性。该回注方案中，首先对气田水进行沉降、除杂、过滤，然后经注水管线进入加压配水间，最后回注至配水间或注水井。总结技术特点如下：①注水井的泄压速度快，能缩短放压周期；②气田水处理后就地回注，节省了运输费用；③回注装置的体积小、结构简单，方便现场组装；④回注作业工艺简单，有利于现场操作。