| 【全部正文】 | 摘要： 文南油田是一個(gè)油層埋藏深、滲透率低的復(fù)雜斷塊油田，注水開(kāi)發(fā)后，對(duì)注入水的水質(zhì)要求很高。經(jīng)過(guò)在實(shí)踐中不斷創(chuàng)新改造，總結(jié)出了一項(xiàng)新的水處理工藝技術(shù)扒邐鬯然旌蝦蟠砉ひ占際酢薄８盟砉ひ占際蹙哂興沓殺鏡汀⒆遠(yuǎn)潭雀摺⒉僮骷蟣恪⑺飾榷ǖ忍氐悖硨蟮乃手副甏锏健癝Y5329-94”標(biāo)準(zhǔn)中的A1級(jí)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
關(guān)鍵字： 水處理 混合處理 成本 水質(zhì)穩(wěn)定
Abstract : Wennan oilfield is characteristic with shallow embeded ,low permeable and complicated fault block, the reserve with low permeability covers over 60 percent in total reserves, so the quality for injection water is quite high. The injection water hardly swept up the low-permeable formation due to nonstandard injecting water quality before 1995, which led to quite difficult to develop the low permeability reserve and to form severe corrosion in injecting system, so the huge loss is inevitable for oilfield development. After 1995, through technicians’ continuous summarization and creation in practice , we researched one new water disposal technology : Clean & Dirty Water Mixture Disposal Technology. Its main feature is to pre-mix and react for clean and dirty water resource, subsequently form a stable water quality system so as to resolve the corrosion and deposition problem for two unsuited quality water in injection, and realize the water quality to meet operational standard. This technology has so many advantages including low cost, high automation, easy operation, stable water quality and so forth, the water quality index after disposal reaches A1 level in SY5329-94; furthermore, it matches with formation water very well, never deposit in the ground condition. The application of this technology lays a solid foundation for water injection development in low-permeable oil reserves.
1 前 言
文南油田位于東濮凹陷中央隆起帶文留構(gòu)造的南傾部分，是一個(gè)異常高壓、低滲、高飽和的復(fù)雜斷塊油氣藏。油藏平均埋深3100m，儲(chǔ)層平均孔隙度11.4~21.6%，平均空氣滲透率4.3~208.9×10-3um2，平均孔喉直徑1~5.4um。1983年以來(lái)，陸續(xù)投入了10個(gè)斷塊區(qū)共26個(gè)開(kāi)發(fā)單元，動(dòng)用石油地質(zhì)儲(chǔ)量6517×104t，其中，按滲透率統(tǒng)計(jì)，滲透率小于30×10-3um2的油層地質(zhì)儲(chǔ)量占全油田已動(dòng)用儲(chǔ)量的58%。特殊復(fù)雜的地質(zhì)特征，給文南油田的注水水質(zhì)提出了嚴(yán)格的要求，油田自1984年投入注水開(kāi)發(fā)以來(lái)，水質(zhì)問(wèn)題便成為人們關(guān)心的熱點(diǎn)、難點(diǎn)。
2 問(wèn)題的提出
文南油田的注水，先后經(jīng)歷過(guò)注清水、清污混注等階段，擔(dān)負(fù)其水處理與回注任務(wù)的是文二污水處理站。該站設(shè)計(jì)了兩套并行的水處理工藝流程：一套是日處理能力為5000m3的“斜板除油—誘導(dǎo)浮選—壓力過(guò)濾—精濾”[1]密閉處理裝置；另一套日處理能力為8000m3的“自然除油—混凝除油、斜管沉降—壓力過(guò)濾”[1]密閉處理工藝流程。兩套水處理流程并聯(lián)運(yùn)行，均用來(lái)處理含油污水，技術(shù)改造之前，采用處理后的污水與清水混和后再回注。
2.1 產(chǎn)生的問(wèn)題
文南油田的日注水量大約在12000m3左右，其中油井產(chǎn)出污水量大約為6000 m3左右，每天需補(bǔ)充淺層清水量6000 m3左右，兩種水源的基本情況見(jiàn)表1和表2。從表中可以看出，油井產(chǎn)出水為CaCl2型，
注水水源基本情況表表1
水源類(lèi)型 日供水量m3/d 總礦化度mg/l 水型 PH值 水溫℃ 機(jī)雜mg/l 含油mg/l 含鐵 mg/l 含氧mg/l 含硫mg/l CO2 mg/l SRB 個(gè)/ml TGB個(gè)/ml
油井產(chǎn)出水 6000 6~8×104 CaCl2 6.0 42 〉10 188 27.4 0 0.3 74 103 102
清水 6000 1018~1534 NaHCO3 7.0 20 2 0 0.3 2 0.1 3.7 10 103
清水為NaHCO3型，二者之間不配伍，所以二者混合后，機(jī)雜含量急劇上升，注水水質(zhì)惡化。清污混注過(guò)程中，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)還發(fā)現(xiàn)注水管網(wǎng)流程及注水井井下油套管腐蝕結(jié)垢嚴(yán)重，最大點(diǎn)蝕速率達(dá)3mm/a以上，最大結(jié)垢速率達(dá)5mm/a以上。據(jù)統(tǒng)計(jì)，清污水先分別處理后再混注，油田因注水系統(tǒng)腐蝕結(jié)垢及井口水質(zhì)長(zhǎng)期不達(dá)標(biāo)所造成的經(jīng)濟(jì)損失每年都在2500萬(wàn)元以上，該油田帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。
2.2 產(chǎn)生問(wèn)題的原因分析
清、污水混注后，主要表現(xiàn)出以下兩方面：
1）結(jié)垢加劇，懸浮物含量增高：污水中含有大量的Ca2+、Mg2+、Fe2+、SO42-和部分HCO3-，清、污水混合后，清水中的HCO3-加速了CaCO3的沉淀；溫度升高，壓力下降可以促使HCO3-分解，加速成垢。其反應(yīng)機(jī)理[1]如下：
Ca2++2HCO3-→CaCO3↓+ CO2+H2O
Fe2++2HCO3-→FeCO3↓+ CO2+H2O
2）細(xì)菌大量繁殖：污水中含有大量有機(jī)物，但因礦化度高，介質(zhì)與胞體內(nèi)滲透壓差大，故不宜滋生細(xì)菌，清水里有生成細(xì)菌的條件，可又沒(méi)有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，故單一污水或清水都不適合細(xì)菌大量繁殖。而兩者混合后，既有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，又有細(xì)菌生長(zhǎng)的最佳環(huán)境條件（溫度、含鹽量、PH值），因此，大量細(xì)菌繁衍滋生（測(cè)定混合水中SRB的含量高達(dá)106個(gè)/ml）。
腐蝕產(chǎn)物和垢物的沉積，又為硫酸鹽還原菌提供了良好的生存環(huán)境，加劇腐蝕,致使注水水質(zhì)沿注水管網(wǎng)急劇惡化。
2.3 清、污水先混合后處理問(wèn)題的提出
清、污水先分別處理后再混合導(dǎo)致注水系統(tǒng)腐蝕、結(jié)垢嚴(yán)重，系統(tǒng)水質(zhì)難以達(dá)標(biāo)。問(wèn)題的解決有兩條途徑：一、是清、污水分注；二是清、污水先混合，經(jīng)處理后混注。清污分注存在兩個(gè)問(wèn)題：⑴清水對(duì)地層傷害大（儲(chǔ)層存在中強(qiáng)度水敏），清水與地層水不配伍，易結(jié)垢，對(duì)油層的傷害加大；⑵清、污分注需要從儲(chǔ)水罐、注水泵、分水器、流程上完全分開(kāi)，不僅需要耗費(fèi)大量資金改造現(xiàn)有工藝流程、裝置和設(shè)備，而且將增大分注后的運(yùn)行和管理費(fèi)用。因此，開(kāi)展清、污混合處理可行性研究十分必要。
采油四廠于1993年首先提出并于1994年初正式以“清污水先混合后處理水質(zhì)達(dá)標(biāo)可行性研究”為題進(jìn)行立項(xiàng)、研究，其中心論點(diǎn)就是“讓兩種不同性質(zhì)的水源提前混合、反應(yīng)，將地下的矛盾提前到地面解決，將系統(tǒng)中的矛盾提前到站內(nèi)解決”。
3 “清污水先混合后處理水質(zhì)達(dá)標(biāo)工藝技術(shù)”的研究及應(yīng)用
3.1 清污水先混合后處理水質(zhì)達(dá)標(biāo)工藝技術(shù)的研究
清污水混合處理的技術(shù)關(guān)鍵是清污兩大不配伍水源在污水站內(nèi)混合反應(yīng)后能否形成一個(gè)穩(wěn)定的水質(zhì)體系，且處理后的水質(zhì)能否達(dá)標(biāo)，并與地層水配伍性好。為此，采油四廠與有關(guān)專(zhuān)家組成專(zhuān)門(mén)的項(xiàng)目組，進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)一年半的研究和試驗(yàn)，并獲得成功。研究試驗(yàn)的主要內(nèi)容有：清污水混合處理工藝技術(shù)研究,水處理工藝動(dòng)態(tài)摸擬試驗(yàn),儲(chǔ)層敏感性試驗(yàn),驅(qū)油效率試驗(yàn),殺菌試驗(yàn),不同PH值的清污混配水在地面和地層條件下的化學(xué)穩(wěn)定性及與地層水的配伍性試驗(yàn)、垢物分析等，取得了1000多個(gè)主要數(shù)據(jù)，為清污水混合處理工藝奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
3.2 清污水先混合后處理工藝技術(shù)的應(yīng)用
在室內(nèi)研究試驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上，1995年9月17日在文二污水處理站進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，歷時(shí)44天，累計(jì)處理水量484541m3。試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)處理后的水質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：
1)處理后的水質(zhì)達(dá)到了文南低滲透油藏注入水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)表2），動(dòng)態(tài)掛片測(cè)試腐蝕速率為0.003~0.0182mm/a，低于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[2]。
2)地面和地層條件下，處理后的水化學(xué)穩(wěn)定性好，不結(jié)垢。
3)處理后的水與地層水配伍性好。
清污混合處理工藝現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表表2
取樣地點(diǎn) 取樣時(shí)間 PH值 水溫℃ 含氧mg/l S2- mg/l 懸浮物mg/l 含油mg/l 濾膜系數(shù) 含鐵 mg/l 細(xì)菌 個(gè)/ml
Fe3+ ∑Fe SRB TGB
文二污濾后水 1995.10.31 6.5 29 0.02 0.2 2.0 4 26 0.3 0.5 0 10
注水泵房 1995.10.31 6.5 29 0.01 0.3 2.4 3 31 0.2 0.4 10 10
4 “清、污水先混合后處理水質(zhì)達(dá)標(biāo)工藝技術(shù)”的配套完善
4.1 初期的試驗(yàn)流程及缺陷
清、污水混合處理工藝技術(shù)在文二污水站應(yīng)用初期的流程如下圖如示。
因原斜管沉降罐內(nèi)部構(gòu)件腐蝕穿孔短路，試驗(yàn)被迫利用文二聯(lián)的萬(wàn)方事故池作為平流式沉淀池進(jìn)行。即產(chǎn)出水加入1#藥劑后與已加入
2#藥劑的清水混合，然后再加入3#藥劑進(jìn)入反應(yīng)器反應(yīng)，并在反應(yīng)器中加入4#藥劑，然后再進(jìn)入平流式沉淀池沉降，沉降后的水利用污水處理站的原處理流程進(jìn)入自然除油罐，然后再進(jìn)入緩沖罐，再加壓過(guò)濾，過(guò)濾后的水加入5#藥劑后回注。該工藝流程的缺陷是：平流式沉淀池面積大，水面上漂浮的浮油靠人工不便回收，池底沉積的污泥每隔23天就會(huì)堆滿(mǎn)全池，靠人工清池不但勞動(dòng)強(qiáng)度大，且不便清除。更重要的是，當(dāng)產(chǎn)出水含油較高時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)水質(zhì)上的波動(dòng)，分析認(rèn)為是部分藥劑被污油吸附或消耗嚴(yán)重，造成水處理效果變差所致。另外，在試驗(yàn)過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)，在平流式沉淀池中污泥與污油粘附在一起，形成一種油泥狀物體，即不上浮，也不下沉，可以在水體中任何位置停留，這種物體在后續(xù)的提升過(guò)程中，極易被提升泵葉輪打碎，從而被帶入濾罐，隨著時(shí)間的累積，濾罐過(guò)濾效果變差。
4.2 清、污水混合處理工藝的配套完善
針對(duì)清污水混合處理工藝試驗(yàn)中存在和發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，2000年對(duì)文二污水站進(jìn)行了改造和配套完善，形成了目前比較先進(jìn)合理的水處理工藝流程（見(jiàn)下圖）。
含油污水首先進(jìn)入5000m3立式自然除油罐進(jìn)行一級(jí)除油，然后再進(jìn)入500 m3立式自然除油罐進(jìn)行二級(jí)除油，再進(jìn)入浮選器進(jìn)行三級(jí)除油，經(jīng)過(guò)三級(jí)除油后的產(chǎn)出水含油量可降至10mg/l以下，然后加入1#藥劑，經(jīng)提升泵葉輪混合后與清水混合，再加入3#藥劑，經(jīng)管道快速混合器混合后進(jìn)入反應(yīng)器，反應(yīng)器中先后加入2#藥劑和4#藥劑，使清污水充分反應(yīng)，然后進(jìn)入1000 m3立式斜板沉降罐，沉降后進(jìn)入平流式沉淀池進(jìn)行二次沉降，從萬(wàn)方池提升出來(lái)的水直接進(jìn)入壓力濾罐過(guò)濾，過(guò)濾后加入5#藥劑回注。改造的主要內(nèi)容是：對(duì)含油污水先期進(jìn)行除油，然后再與清水混合反應(yīng)，去除泥垢，并加強(qiáng)對(duì)含油污水的除油處理，從而減小了污油對(duì)后續(xù)水處理的干擾和影響，并在平流式沉淀池前增設(shè)了斜板沉降罐，這不僅增強(qiáng)了懸浮物的去除作用，而且絕大部分的污泥沉降后，可以從設(shè)在罐底的排污設(shè)施排入專(zhuān)設(shè)的排污池中，對(duì)污泥集中進(jìn)行濃縮處理，從而大大減輕了工人從平流式沉淀池收油和清泥的工作量，提高了工作效率。另外，新增設(shè)的斜板沉降罐被設(shè)計(jì)為逆向流，即水流在罐底部分配水，從罐上部收集。與同向流沉降罐相比，沉降后的水中懸浮物含量大大減少，為后續(xù)的水處理提供了保障，過(guò)濾后的水質(zhì)明顯提高，濾料的使用壽命大幅度延長(zhǎng)。
為保證水質(zhì)的長(zhǎng)期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)以及各種水處理設(shè)施的安全高效運(yùn)行，進(jìn)一步降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，文二污水處理站還廣泛應(yīng)用自動(dòng)化控制技術(shù)，對(duì)一些重要工藝參數(shù)的控制和操作輔以電氣自動(dòng)控制技術(shù)，近幾年相繼實(shí)現(xiàn)了濾罐反沖洗自動(dòng)操作、沉降罐排污自動(dòng)操作、浮選器液位自動(dòng)控制、加藥自動(dòng)控制等，使工藝控制更加科學(xué)、合理，工藝效果更加穩(wěn)定。另外，各種耐腐蝕材料和先進(jìn)的防腐技術(shù)在文二污水處理站的應(yīng)用也使水處理系統(tǒng)腐蝕大大減緩。
5 水處理效果及效益評(píng)價(jià)
5.1 水質(zhì)處理效果
清污水混合處理工藝配套完善后，工藝過(guò)程更加科學(xué)合理，水處理效果顯著提高（見(jiàn)下表3），工人勞動(dòng)強(qiáng)度大幅度降低，水質(zhì)更加穩(wěn)定。
清污水混合處理工藝配套完善后的水處理效果表表3
指標(biāo) PH值 溶解氧mg/l S2- mg/l 懸浮物mg/l 含油mg/l 含鐵 mg/l 濾膜系數(shù) 細(xì)菌 個(gè)/ml 腐蝕速率mm/a
Fe3+ ∑Fe SRB TGB
處理后的水質(zhì) 6.3 0.02 0.2 ≤1 2 0.1 0.3 42 0 10 0.02
5.2 效果評(píng)價(jià)
“清、污水先混合后處理水質(zhì)達(dá)標(biāo)工藝技術(shù)”在文南油田的成功應(yīng)用，使文南油田的注入水水質(zhì)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)達(dá)標(biāo)，解決了長(zhǎng)期以來(lái)困擾文南油田注水開(kāi)發(fā)的水質(zhì)問(wèn)題，使文南油田7個(gè)低滲透斷塊油藏的注水開(kāi)發(fā)得以實(shí)現(xiàn)，累計(jì)增加水驅(qū)控制儲(chǔ)量927.8萬(wàn)噸，增加水驅(qū)動(dòng)用儲(chǔ)量557.2萬(wàn)噸，并使分層注水工藝措施得以實(shí)施。1995-2003年，文南油田累計(jì)實(shí)施分注措施井48口，增加水驅(qū)動(dòng)用儲(chǔ)量50.1萬(wàn)噸，對(duì)應(yīng)油井見(jiàn)效25口，增油2.36萬(wàn)噸。同時(shí)，由于注水系統(tǒng)水質(zhì)的達(dá)標(biāo)，系統(tǒng)腐蝕和結(jié)垢得到了有效控制，大大延長(zhǎng)了注水系統(tǒng)內(nèi)管網(wǎng)、設(shè)備及注水井井下油套管的使用壽命，注水管網(wǎng)穿孔次數(shù)下降了90%以上，注水井檢管周期延長(zhǎng)到5年以上，并基本上實(shí)現(xiàn)了注水井不洗井、不加藥、注水管線不清洗的管理目標(biāo)，生產(chǎn)系統(tǒng)已完全步入良性循環(huán)，年創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益在4000萬(wàn)元以上。
6 結(jié) 論
對(duì)文南油田這樣的高壓低滲透油藏來(lái)說(shuō)，注水水質(zhì)是決定其注水開(kāi)發(fā)成功與否的關(guān)鍵之一。通過(guò)工程實(shí)踐，驗(yàn)證了我們提出的清、污水先混合后處理技術(shù)思路是正確的，并通過(guò)不斷研究和實(shí)踐，形成了一套成熟的水處理工藝技術(shù)，徹底解決了長(zhǎng)期困擾文南油田注水系統(tǒng)的腐蝕和結(jié)垢問(wèn)題。我們?cè)?ldquo;清污、混注”水處理工藝改進(jìn)過(guò)程中走過(guò)的彎路和取得的一些成功經(jīng)驗(yàn)，可供其他油田借鑒。
參考文獻(xiàn)：
1、劉德緒，油田污水處理工程.北京，石油工業(yè)出版社，2001.9
2、SY/T 5329-94，碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)。
作者簡(jiǎn)介：詹建東（1968-），男，浙江江山，工程師，西安地質(zhì)學(xué)院，在中原油田從事油田地面工程設(shè)計(jì)。電話：0393-4823673，E-mail:zjdlxy@163.com。
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