某气田采出水回注储层伤害研究＊

张本艳 王勇飞 朱 婧

(中石化西南油气分公司勘探开发研究院)

0 引 言

目前，我国众多气田面临一个严峻问题，随着气田开发的深入，油气采出量逐渐增多，从地下采出的地层水也越来越多，受钻井液和生产时加入的泡排剂等外来液体的影响，采出水如何处理变得十分棘手。气田产出水一般矿化度高、对地表农作物和生态环境具有较强的负面影响。同其他处理技术相比，气田采出水回注技术目前在油气田污水处理方面得到了越来越广泛的应用，具有投资较低、运行成本较低、水处理工艺简单等优点[1-7]。如果对采出水进行适当处理，并用于深层回注，则不仅可解决气田开采过程中采出水量日益增加的问题，同时也可减少环境污染，降低油气田运行成本，有利于气田的可持续发展。

对普光气田、川中气矿、元坝气田、川西气田等气矿的调研结果显示，以上气矿主要采取了回注的方法来处理气井采出水。从回注站运行情况来看，回注不仅节约了生产成本，同时也有利于保护生态环境，取得了良好的社会效益和经济效益。普光气田先后建立了3 座地层水回注站。回注层位选择主要是选择钻井中出现严重井漏或放空、储层物性好、厚度大的地层以及裂缝孔洞发育的雷口坡组、嘉陵江组、飞仙关组作为回注层[8-9]。川中气矿1997 年选了1口回注井，拉开了川中气田水进行地层回注的序幕。目前14 口井的回注层位主要集中在大安寨、须家河、东岳庙、珍珠冲和沙溪庙等层系[10]。元坝地区长兴组气藏采出水矿化度、含盐量高，氯离子含量尤其高，在温度、压力等条件发生变化时有结垢产生沉淀的可能。综合对比元坝上沙溪庙组、阆中大安寨段、阆中上沙溪庙组，元坝上沙溪庙组回注层位深、储水空间大，环保风险较小，适合污水回注[11]。川西气田地层水回注研究起步较晚[12]，尽管2005 年在L气田进行过试注，但对地层水回注加快探索步伐始于2009 年的回注试验[13]，试验结果表明：对于蓬莱镇组这类浅层地层来说，累计采出量高的、地层能量存在亏空的区域具有一定的回注潜力。另外，调研显示，单井多层回注可以降低投入费用，增加注水效益，与多井单层注水模式相比，前者能节省注水设施等投入的费用，增加注水效益。

1 某气田产出水现状

1.1 产水情况

某气田2020年日产水约840 m3/d左右，是2005年产水量的10倍。X气田目前纵向上有3个生产层位，自上而下分别是蓬莱镇组气藏(JP)、沙溪庙组气藏(JS)及须家河组气藏(TX)。其中TX气藏日产水733 m3/d，占X气田产水量的87%左右；JS气藏日产水95 m3/d，占11%；JP气藏日产水12 m3/d，占2%。

由于气田采出水通常矿化度高、水质复杂、含有各种悬浮物和有机物等污染物。国家和地方环保部门对气田外排水水质标准和管理逐步规范化并越来越严格的情况下，采出水处理后外排费用越来越高。相比之下，回注地层是处理采出水行之有效的方法。由于污水拉运成本大，一般回注区块选择的大原则为：就近回注。X气田TX气藏目前处于勘探评价期，不能回注污水；JS气藏和JP气藏层位部分区域采出程度较高，可评价回注的可行性。

1.2 水质现状

由于X气田大多数气井呈低产低压，为了增加气井连续携液能力，会在生产过程中加入大量泡排剂，导致产出水水样基本呈现白色或者浑浊的黄色乳状液。采用多功能离子色谱仪ICS-5000对水样进行检测分析，为避免样品中杂质或部分有机物进入柱子导致柱头堵塞或柱性能下降，测试前会对水样进行预处理。将水样经静置-粗滤(滤纸)-破乳-过滤(孔径为0.45 μm的纤维素酯微孔膜过滤)预处理后，对其水质进行了检测，水分析离子检测结果见表1。

表1 某气田产出水水质分析 mg·L-1

2 须家河组产出水回注配伍性分析

2.1 浊度测试

根据测试各气藏平均矿化度浓度配制实验用水。

将TX采出水分别与JP采出水和JS采出水按1∶0，0∶1，1∶1，3∶1，5∶1，7∶1的比例混合，在80℃下反应静置24 h以上，利用散射光浊度仪分别测量不同比例的混合水样初始浊度和反应静置24 h的浊度，定量表征混合水样悬浮颗粒物质的含量变化情况，浊度测定前，采用平均孔径为0.45 μm的纤维素酯微孔膜进行过滤预处理。浊度测定结果见表2、表3。

表2 TX与JP气藏混合水样浊度统计

表3 TX与JS气藏混合水样浊度统计

由表2、表3可以看出，经预处理后的单一的TX气藏采出水浊度10 NTU，低于单一JP气藏采出水浊度102 NTU及JS气藏采出水浊度42。当TX气藏与JP气藏采出水按不同比例混合后，混合初期浊度均急剧增加，在80℃下反应静置24 h后，浊度略有增加，基本趋于平稳。

分析认为，TX气藏与JP气藏采出水混合后发生化学反应，生产大量沉淀物，导致固体悬浮物含量明显增多，造成浊度增加，且生产的沉淀在80℃下比较稳定。

TX气藏与JS气藏采出水按不同比例混合后，随着TX采出水比例的增加，混合水样的浊度逐渐减小，在80℃下反应静置24 h后，混合水样浊度略有增加，但最高值始终未超过单一JS气藏采出水的浊度，说明TX气藏采出水与JS气藏采出水配伍性较好。

2.2 结垢分析

考虑X气田实际产水情况，将TX气藏采出水分别与JP气藏和JS气藏采出水按不同比例混合，根据SY/T 0600—2016《油田水结垢趋势预测》[14]，计算了混合水样不同配比情况下的垢样类型及结垢量，见图1、图2。

图2 TX与JS采出水不同比例混合后的结垢预测

在这两种混合水样中，均生成了CaCO3和BaSO4垢样。在TX与JP混合水样中，随着TX采出水比例增加，CaCO3和BaSO4结垢量增加，当TX采出水与JP采出水比例为3∶1时，结垢逐渐变缓，CaCO3和BaSO4最大值分别为593.66 mg/L和198.37 mg/L，详见图1。

在TX与JS混合水样中，随着TX采出水比例增加，CaCO3和BaSO4结垢量均先增加，当TX采出水与JS采出水比例达到1∶1时，CaCO3结垢量达到最大，并趋于稳定；当TX采出水与JS采出水比例增加到3∶1时，BaSO4结垢量达到最大，随后又明显下降，这与TX和JS气藏地层水的离子成分和浓度有关。TX与JS不同比例混合水样中，CaCO3和BaSO4最大值分别为220.37 mg/L和240.24 mg/L，结果见图2，但垢量总和低于TX和JP的混合水样。

在回注过程中，回注水与地层水反应可能会在地层孔隙中发生结垢，对储层造成伤害，减小孔径或堵塞喉道，从而影响回注水的渗流通道，并引起回注压力的增大。由此可见，TX采出水回注到JS气藏比回注到JP气藏产生的伤害要小，且混合比例越大，优势越明显。

2.3 储层伤害评价

TX气藏采出水注入回注层的过程中，TX水样比例是一个逐步增大的过程。考虑TX与JS采出水混合比例为3∶1时CaCO3和BaSO4总垢量达到最大值，选取岩心样品，分别注入TX与JP的混合水样(比例3∶1)和TX与JS的混合水样(比例3∶1)，开展回注水对储层的伤害评价实验，评价最大限度下储层的渗透率损失率。将不同注入倍数(PV)下的岩心渗透率值与原始渗透率相比，得到不同PV下的渗透率比值，结果见图3、图4。

图4 TX与JS采出水混合水样(比例3∶1)对渗透率的影响

图3 TX与JP采出水混合水样(比例3∶1)对渗透率的影响

从驱替实验可知，随着流体注入倍数的增加，对储层的渗透率损害越来越大。当注入TX与JP混合水样体积倍数为12～14 PV时，渗透率的损失逐渐变缓，当注入混合水样体积倍数达到24 PV时，渗透率从初始的4.24×103μm2下降到1.3×103μm2，渗透率损失率为69.34%。

当注入TX与JS混合水样体积倍数为10～12 PV时，渗透率的损失逐渐变缓，当注入混合水样体积倍数达到24 PV时，渗透率从初始的3.73×103μm2下降到2.25×103μm2，渗透率损失率为39.68%。TX气藏的采出水注入JP气藏比注入JS气藏会造成储层更大的渗透率损失。

3 结 论

X气田采出水主要来自于须家河组气藏，各气藏地层水水分析离子浓度差异大。须家河组与沙溪庙组流体的配伍性好于须家河组与蓬莱镇组的流体配伍性；两种混合水样中均产生了CaCO3和BaSO4沉淀，须家河组与沙溪庙组地层水混合产生的垢量更小；储层伤害评价实验显示，须家河组采出水注入沙溪庙组造成的岩心渗透率损失率更小。对比蓬莱镇气藏和沙溪庙组气藏地层伤害评价研究结果，建议将X气田须家河组采出水回注到沙溪庙组气藏。