油田注水水质及处理技术.ppt

油田注水水质及处理技术,油田注水水质及处理技术,、前 言、油田注水水质标准、油田水处理技术、油田注水中的油层保护,、前 言,油田注水，是提高驱油效率、保持油层产量、稳定油井生产能力的重要措施。随着油田注水开采的日益发展，建立完善的水质标准和配套的快速测试方法、使用经济有效的化学处理剂、改善水质，提高水处理工艺技术尤为重要。另外,在油田水处理过程中，正确选择和应用水处理技术和工艺也是稳定注水、保护油层的一项重要工作。,随着油田开发规模扩大和开发时间的延长，油田产出污水量不断增加，已达9亿立方米/年。从油田水资源现状和环境保护的需求，经济有效而又合理地处理和利用污水资源，也是油田发展过程中必须解决的问题。我国各油田早期普遍采用了注水开发模式，并建立了较为完善的污水处理工艺理论与技术标准体系。近年来，在除去污水中含油方面就愈来愈多的采用高效气浮除油工艺、旋流除油设备；污水过滤设备以多种新型过滤分离技术组合，朝着精细化、智能化方向发展。,全国油田年产量及注水量,（2004年）,制定注水水质标准主要依据油藏地质条件和孔隙结构特征、水源地水质情况、油田水处理设施及工艺水平。合乎水质标准的水能注进地层，注水量稳定，水对设备、管线腐蚀轻。采用先进的水处理工艺，处理后能达到制定的水质标准，经济效果好。因地制宜，易于操作，对地层损害小。,一、标准制订依据,二、影响水质的主要问题,1、腐蚀：溶解氧、H2S、CO2、SRB、pH、含盐量,油田注入水溶解氧腐蚀试验,溶解氧与腐蚀速率呈正线性关系，水中溶解氧含量增加，腐蚀率急剧上升。H2S、CO2引起水的pH下降，产生酸性腐蚀，程度低于溶解氧。SRB在密闭无氧的还原条件下会大量孳生繁殖，引起水质恶化，产生腐蚀。水中含盐量在无氧时对腐蚀率影响不大，有氧时有一定的影响。,悬浮物对岩芯的堵塞与其浓度密切相关。悬浮物颗粒直径与岩芯堵塞的关系 颗粒的直径为孔隙直径1/3以上，形成外部滤饼，堵塞作用小；颗粒的直径为孔隙直径的1/3-1/7，颗粒容易进入孔道内部，形成内部滤饼，堵塞作用最大；颗粒的直径为孔隙直径的1/7以下，无滤饼形成，堵塞作用小；Fe3+、腐生菌、含油含量越大，对油层的堵塞越严重。,2、堵塞：悬浮物、铁、腐生菌、含油,成垢阳、阴离子含量高的两种水混合，生成的垢沉积体或在孔隙喉道表面附着生长，或悬浮于地层流体中，堵塞孔隙喉道，导致油层渗流能力下降。注入水与地层、地层水在地层的温度、压力等条件下混合，不应产生结垢及沉淀，不损害地层。水中添加化学处理剂，亦不产生上述问题。,3、结垢：水中成垢离子、其它理化条件,三、油田注水控制水质指标,SY/T5329-94 碎屑岩油藏注水水质推荐指标,采用柴油密封、胶膜隔氧的密闭注水工艺。对水中氧含量高的区块采用化学除氧，高含成垢阳离子区采用机械真空脱氧工艺。应用纤维球粗滤、PEC烧结管精滤的精细过滤技术。系统内周期段塞式投加杀菌剂，控制细菌孳生；连续投加防垢剂，减缓地层结垢问题。管线砂浆衬里、环氧树脂内涂、涂料油管防腐等技术。一整套改善水质技术的应用，起到了缓蚀、稳注的作用。,清水系统,油田注水简易工艺流程图,高架罐,密闭注水罐,水源井1,水源井2,溢流,恒比加药罐,PEC过滤器,注水泵,配水间,注水井,注水井,油田注水标准工艺流程图,油田注水工艺流程图,采用井口加药、管道破乳、大罐溢流沉降的脱水工艺和绝氧、杀菌、净化、过滤等工艺流程。处理后的污水可以回注地层。处理后的污水达到了注水水质标准，回注地层。同时引进精细过滤及膜技术，使水质进一步改善，水质处理技术得到进一步的提高。,污水系统,油田污水处理流程图（实例）,污油,净化油外输,过滤器2,过滤器1,污油池,油井来液,加热炉,沉降罐,除油罐,污水,排污水及反冲洗水,污水,处理后水,油田污水处理流程图,油田污水处理流程图,油田污水深度处理流程图,污水经沉降除油罐除去大部分污油后，进入高效氮气气浮池进一步除去乳化油和分散油，使含油浓度降到20L，悬浮物浓度10L以下。再经核桃壳过滤器、二级双滤料过滤器，三级改性纤维球过滤器后使出水水质含油浓度5L，悬浮物浓度3L，颗粒粒径中值1 m。进入离子交换后保证出水SO42-30L 以下。,污水处理新进展,离子交换技术,膜装置采用超滤膜，在一定压力的驱动下，利用多孔材料的拦截能力，以物理截留的方式去除水中菌体、颗粒物、有机大分子等一定大小的杂质颗粒，达到筛分污水中不同组分的目的。该分离过程具有固液分离高效、常温操作、无相态变化、操作简单、维护方便等特点。是近年油田污水处理中采用的一项新技术。,膜超滤技术,由于储层高含Ba2+,而注入水中SO42-含量也很高，常常会造成地层结垢堵塞，产量下降、注水压力提高等问题。纳滤技术是从水质源头做起，脱除 SO42-85%以上，从根本上解决了油井及储层的结垢问题。,纳滤技术,处理剂选择原则：有优良的使用性能和效果,投加方便,价格适宜 与地层岩石与地层流体相容，不产生乳化及结垢 使用多种处理剂，保证其之间相容，避免发生化学反应，产生新的化学沉淀或互相作用抵消,二、油田水处理剂,杀菌剂 常用的有两大类，即氧化型和非氧化型。氧化型杀菌剂中应用最广泛的是氯及其制品，如NaOCl、Ca(OCl)2 ClO2和氯胺等，以及臭氧和溴化物(溴基大环化合物）。但由于腐蚀问题并不适用于油田水系统。另一类为非氧化型杀菌剂，使用较普遍的有季铵盐，如十二烷基二甲基苄基氯化铵（1227）及二硫氰基甲烷、戊二醛、异噻唑啉酮等。国外新开发的非氧化性杀菌剂，如硫化氨基甲酸酯。油田先后研究和应用了1227、SQ8、WC85等多种杀菌剂，交替使用，高效低毒，解决了抗药性问题，并且无腐蚀、可以稳定粘土，提高了注水量。杀菌剂已在各油田推广使用。,两种杀菌工艺装置1、电解盐杀菌技术 将3.0%3.5%的食盐水通过电解装置，直流电会使其发生电解反应，生成次氯酸钠（NaClO)，次氯酸钠不稳定，在水中产生了原子态氧，能够氧化细菌使其代表生命的蛋白质变性，从而达到灭菌的作用。2、光电杀菌技术 利用专门的装置产生波长254nm紫外线和二氧化钛发生化合反应，在水中形成光化学催化效应，通过光电氧化过程能破坏细菌的分子结构，有效地杀死水中的细菌。这两项技术近年开始在油田应用，但作者认为，前者装置复杂，且会产生腐蚀问题；后者作用强度和范围有限，油田应谨慎引进和推广。,防垢剂 我国在引进、开发和应用的水处理防垢剂主要有两类，一类是有机膦酸盐（酯),如HEDP(羟基亚乙基二膦酸盐)、EDTMP(乙二胺四亚甲基膦酸盐)以及ATMP(氨基三亚甲基膦酸盐)等。另一类是聚羧酸及衍生物，如PAA(聚丙烯酸)、HPMA(聚马来酸酐)等水溶性聚合物。在水溶性聚合物或共聚物中，还有含磷聚合物，如PBTCA（膦酸基丁烷三羧酸），即含膦酸基团，也含有羧酸基团。一般用量510mg/L时的防垢率达90%，配伍性好、缓蚀、不损害地层，有效地解决了垢的防治及低渗透油层注入不相容水的问题。,缓蚀剂 无机盐类是相当重要的一类缓蚀剂品种。目前采用的铬系、磷系、锌系、硅系、钼系、钨系。在有机配方中常以有机膦酸盐作缓蚀剂。芳香唑类是用于铜及其合金的缓蚀剂，国内常用的是苯并三氮唑和巯基苯并三唑。注水系统以咪唑啉季铵盐及其衍生物为主，另外还有咪唑啉磷酰胺盐酸盐等。用量3060mg/L.,破乳、净化及絮凝剂 絮凝剂能使水中表面带负电的悬浮物形成絮凝物聚集下沉。作用：中和固体悬浮物表面的负电性 使失去电性的固体悬浮物迅速聚结下沉。常用的有混凝剂，如羟基铝、羟基铁等无机阳离子型聚合物；助凝剂有聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素等有机阳离子型聚合物。,其他处理剂 粘土稳定剂：抑制粘土膨胀、粘土颗粒运移，常用的有无机钾盐、铵盐，阳离子聚合物。具季氮原子的有机阳离子聚合物、高分子量水解聚丙烯酰胺等。除氧剂：除氧剂都是还原剂，如亚硫酸盐、水合肼、联胺、异抗坏血酸等。有时，为了稳定注水量、提高驱油效率，在注入水中投加表面活性剂，以降低水的表面张力，改变油水流动状态。,水处理剂对岩心渗透率影响,为了取全取准水质资料，有的项目必须在油田现场进行测试。油田常用的有硫酸盐还原菌、腐生菌测试瓶，注入水中溶解氧、铁、二价硫测试管等五种测试仪器。这些仪器用于油田水现场测试，操作简便，准确可靠，性能达到国外同类产品水平，已在全国各油田推广，形成了国内水质监测的系列产品。,三、水质快速测试技术,、油田注水中的油层保护,油田注水过程中，由于外来水进入油层，必然要与油层的原油、天然气、地层水和岩石接触，发生各种物理、化学反应，对地层造成伤害。保护油层是注水采油工程中的至关重要的环节。,一、保护油层基本概念,1、油层伤害：在钻井、完井、井下作业及注水采油等油田勘探开发过程中，造成地层渗透率下降的现象。2、油层保护：对油层伤害原因进行分析、评价，寻求技术上、经济上可行的防治措施，使地层在生产过程中不受污染。,3、主要研究内容：,油气层特性 进井工作液的评价 伤害机理及因素 伤害程度评价 防护措施及效果,4、油层保护研究的技术路线,研究对象：水油气岩石的多相体系油层地质因素 孔隙结构特征，如物性、敏感性、润湿 性等 矿物特征，如粘土组分、类型、含量 地层流体特征外来液体因素 水的组分 淡水引起粘土膨胀、运移 不相容水引起结垢堵塞 水 油的乳化 水岩反应，溶解、氧化、有机反应,二、油层伤害的室内评价,利用室内试验仪器及手段测定外来工作液对岩心渗透率的影响。目的：伤害因素及机理分析 伤害程度 工作液性能评价 工作液中添加剂的评价 指导保护措施的正确设计与实施内容：油层敏感性评价 工作液对油层伤害评价,1、目的及意义,2、油层敏感性评价,评价标准,以伤害率（D R）评价：D R=（k1-k2）/k1*100%D R 30%弱敏感 D R 30%70%中等敏感 D R 70%强敏感以恢复值评价：k2/k1 0.7 弱敏感 k2/k1 0.70.3 中等敏感 k2/k1 0.3 强敏感,3、注入水对油层的伤害评价,评价的必要性：优选配方、正确设计、完善 措施、提高效益静态试验评价：静滤失试验动态试验评价：岩心流动试验 为综合性的评价方法，要求试验条件 应尽量模拟现场实际情况评价方法：同前 其他评价方法：见下表,油层伤害的其他评价方法,油层伤害的矿场评价,矿场评价技术,试井资料分析,产量递减分析,测井资料分析,根据评价标准判断油层伤害程度,检验保护油层技术的现场效果,压力曲线分析,测试资料定量分析,典型图版拟合解释,最优化灰色系统,坐标旋转分析法,横向图版法,时间推移测井法,三、注入水对油层的伤害机理分析,注入水造成地层粘土矿物水化、膨胀、分散和运移。如果注水速度过快，引起地层松散微粒的分散和运移。注入水机杂粒径、浓度超标，就会堵塞孔道。,1、注入水与地层岩石不配伍,2、注入水与地层流体不配伍,主要表现：产生沉淀和结垢 地层温度下降：产生有机垢，原油粘度增加，流动阻力增加。无机物结垢：下图示,水岩反应油层伤害表现,二价离子的释放造成表面活性剂和聚合物的失效。同表面电荷作用一起出现的离子交换反应能造成地层结构的破坏。粘土膨胀使孔喉通道变小或堵塞。粘土矿物组分与注入水发生化学反应或化学沉淀。这种情况造成的伤害率可达40%以上。当注入水中含有化学处理剂会使砂岩、粘土碳酸岩油湿，产生水锁和乳化堵塞伤害。,地层水与注入水的相容性,无机物结垢趋势试验,高硫酸根水、污水、净化水和高钡地层水结垢趋势图,结垢趋势试验水质资料,岩芯伤害试验,对油田原始污水和经处理后的净化水进行岩心流动试验，比较处理前后水对地层渗透率的影响情况,以直观了解地层结垢的存在和对油层的损害程度。岩芯伤害试验模拟地层温度、压力、流体粘度、离子强度等条件 从试验结果可以看出，BaSO4结垢对长6、长4+5油层岩芯产生明显的伤害，此时，新生的BaSO4晶体微小（0.1）容易进入岩芯，在孔隙、喉道里结晶、发育、堆集（4），造成渗透率的下降。,经气浮、三级过滤及离子交换除去SO42-的净化水，进行岩心驱替，当注入倍数PV从5到25倍，产生的岩心渗透率伤害很低，仅为2.66%11.71%，说明这两种水相容性很好。该水注入地层，不会产生有害的影响。从而证明处理后的水是一种良好的注入水。,岩心：正363井，长4+5；空气渗透率0.12410-3，孔隙度5.141%；水测渗透率0.0043 10-3;试验温度：45,岩心渗透率伤害曲线,地层水,油田集油站站内原始污水，含SO42-1300mg/l。进行岩心驱替，当注入倍数PV=5时，对岩心产生的伤害就达到22.57%，PV到20倍，伤害率为47.62%，最终PV=85，伤害率达到80%以上。说明这两种水严重不相容的，该水注入地层，会产生严重的堵塞伤害。,污水,岩心：正363井，长6；空气渗透率0.16310-3，孔隙度6.991%；水测渗透率0.0424 10-3;试验温度：45,岩心渗透率伤害曲线,岩芯水驱油试验,从岩芯驱油试验，证明通过离子交换的去SO42-水较原始污水驱油效率明显提高。,3、油田注水的伤害因素,潜在因素：注水地层自身的岩性及所含流体特性。储渗空间：孔隙、喉道几何形状、大小、分布及连通关系。,孔喉大、孔隙连通好受固相侵入损害的可能性 大，水锁的可能性小 低渗孔喉小、孔隙连通差受粘土膨胀运移损害 大 敏感性矿物：类型、产状、活动性 含量越高，造成的油层损害越大 渗透率越低，造成的油层损害越大,润湿性：控制孔隙中油水分布；决定毛管压力大小与方向；影响微粒运移。岩石表面亲水时，毛管压力是水驱油的动力 岩石表面亲油时，毛管压力是水驱油的阻力 油层流体性质：地层水、原油、天然气 外部因素：注入水的水质 重要控制因素。腐蚀因素 溶解氧、H2S、CO2 硫酸盐还原菌（SRB）堵塞因素 总铁、机械杂质 腐生菌（TGB）,工程因素：生产或作用压差 压差太大，微粒运移产生速敏；地层近井地带压力低于原始压力，使流体产生无机及有机沉淀；产生应力敏感性伤害 出砂或地层塌漏 温度变化 增加伤害程度：敏感性程度增强 引起结垢问题 生产或作用时间 地层伤害因素的多样性、复杂性、关联性、动态性，要求试验及现场工作要有针对性、系统性和科学性。,4、油田注水过程中的水化学特征,当注入水进入油层后，形成一个由注入水地层水束缚水含溶解气原油地层岩石构成的复杂多组分体系。其中主要是注入水与地层水的混合过程。由于热扩散、水动力扩散及岩石的非均质性导致的分散作用，在地层产生一个热过渡带和水混合带。混合带之前岩石孔隙中只存在地层水、原油和气 混合带之后与该处温度、压力平衡了的注入水和残余油 混合带注入水与岩石滤蚀浸溶、离子交换 注入水与原油相互渗溶、氧化 温度、压力、pH 发生变化，易发生沉淀并达到一种平衡,注入水与地层水的混合,在注入水达到第一次平衡后，继续向前移动，再度与地层水混合，一方面对岩石产生溶解作用，一方面与地层水发生沉淀反应；同时气体在油水中分配与逸失，粘土的膨胀与运移，这种情况循环往复进行，不断有平衡被破坏，不断产生新的平衡，直到注入水达到生产井。在油田高含水期，产出水矿化度降低，变成组分与水型接近注入水的低矿化水。但当含水达到90%以上，矿化度则有所提高，其原因是淡水对岩石的溶解作用。,油田某井油层见水后产出水水质变化情况,油田某井区 SO42-：原始地层水 570mg/L 注入水 1051mg/L，产出水 2100mg/L，其原因就是水岩反应的结果，岩石中方解石、白云石、石膏的淡水溶解。一般水洗35倍，石膏含量1%，也使产出水成为硫酸钙的饱和溶液。长庆的安塞油田，注入水中不含SO42-，可是油井内仍然发生硫酸盐结垢，也是由于在地层注入水中发生了SO42-的富集石膏溶解；硫化物氧化：2FeS2+7O2+7H2O=2FeSO4+2H2SO4 碳酸盐在含CO2 的水中极易溶解使HCO3-、Ca2+、Mg2+浓度增加，发生沉淀粘土矿物吸附二价阳离子迁移水中，也造成成垢阳离子的富集。,注入水与储层岩石的反应,四、注水过程中的油层保护,建立合理的工作制度 注水速度控制在临界流速以下 控制注水，注采平衡防止水指进、水锥形成及乳化。控制注水水质 机杂含量及粒径不堵塞喉道 水中溶解气、细菌造成的腐蚀产物不堵塞油层 与地层水配伍 与油层岩石、原油配伍 严格执行注入水水质行业标准，保证注合格水,正确选用各种处理剂 选择原则：与地层岩石与地层流体相容，防止乳化及结垢 使用多种处理剂，保证其之间相容，避免发生化学反应，产生新的化学沉淀或互相作用抵消 常用处理剂：防膨剂、破乳剂、杀菌剂、防垢剂、除氧剂等,油田注水水质保障体系,