第五章 注水(修改)

李勇明Tel:[e-mail]5注水56水力压裂147酸化10学时分配Chap.5WaterFlooding注水开发是最重要的油田开发方式。注水是一种二次采油方法。通过注水井向地层注水，将地下原油驱替到生产井，增加原油的采收率。Chap.5WaterFlooding注水保持压力（waterfloodpressuremaintenance）是一项工艺技术。把水注入油藏，补充油藏原有的天然能量，改善油田的生产特性。Chap.5WaterFloodingWaterQuality(注好水)InjectEffectively(有效注水)InjectionRate（注够水）基本任务1.注水水质指标设计2.水处理与注入系统3.注水井吸水能力4.注水工艺5.注水井工艺措施主要内容Sec.1注水水质指标设计(1)注水中油层伤害因素及堵塞机理(2)注水水质的基本要求(3)水质的指标体系(4)注入水水质标准水质：对注入水质量所规定的指标，包括注入水中的矿物盐、有机质、气体构成与含量、悬浮物含量与粒度分布等(1)注水中油层伤害原因及机理a.注入水与地层水不配伍b.注入水与储层岩石矿物不配伍c.注入条件变化d.不溶物造成地层堵塞直接生成CaCO3、CaSO4或BaSO4、SrSO4等沉淀水中溶解氧引起铁氧化物沉淀水中硫化氢引起硫化亚铁沉淀水中二氧化碳引起CaCO3、BaCO3等沉淀注入水与地层水不配伍铁的沉淀机理：注入水经地面管线到井底，含铁量显著增加。注入水与地层水不配伍腐蚀产物主要是氢氧化铁和硫化亚铁。注入水与地层水不配伍氢氧化铁沉淀生成机理Fe2+氧化生成铁菌的代谢作用产生注入水与地层水不配伍硫化亚铁沉淀生成机理：水中硫化氢H2S与Fe2+生成水中硫酸盐菌还原成H2S，与Fe2+生成注入水与地层水不配伍碳酸盐沉淀的机理：重碳酸钙、重碳酸镁等不稳定盐类，由于温度变化，析出生成沉淀。在硫酸盐还原菌作用下，生成CaCO3沉淀。水注入油层后，温度升高，碳酸氢盐发生分解，平衡左移。油层伤害表现在：矿化度敏感引起水敏物质的膨胀、分散与运移pH值变化引起的微粒脱落、分散和沉淀注入水引起岩石润湿性反转注入水与储层岩石矿物不配伍油层伤害表现在：注入条件变化流速影响：低注入速度速：有利于细菌生长和垢的形成；高注入速度速：加剧腐蚀反应。温度变化影响：温度降低，流体粘度上升，岩石水润湿减小，吸水能力下降；温度上升有利于吸热沉淀生成；降低温度导致蜡的析出。压力变化影响：应力敏感（特别是双重介质）油层伤害表现在：外来的机械杂质堵塞地层注水系统中的腐蚀产物各种环境下生长的细菌油及其乳化物不溶物造成地层堵塞注水中的油层伤害岩石性质地层流体注入水内因外部条件水质(2)注水水质的基本要求控制悬浮固体浓度与粒径控制腐蚀性介质（溶解氧、CO2、H2S）控制含油量控制水垢的形成控制细菌含量硫酸盐还原菌（SRB）一种厌氧条件下使硫酸盐还原成硫化物，以有机物质为营养的细菌。生成环境：PH=7.07.5，温度为2035C。危害：产生H2S并与铁作用形成FeS沉淀和产生粘液物，强化垢的形成。铁细菌多种细菌的总称，是好氧性细菌和兼性细菌。生成环境：水中含有亚铁、氧和有机物，总铁量在16mg/L的水中，温度为2225oC。危害：促成二价铁氧化成Fe3+，产生氢氧化铁沉淀；粘液物质形成浓度差电池腐蚀。腐生菌（TGB）一类好氧“异养”型的细菌。生成环境：存在分布较广。危害：与铁细菌大体相同。(3)水质的指标体系五类指标：溶解气生物类矿物类相关指标综合类溶解在水中的O2、CO2和H2S的浓度单位：mg/L溶解气生物类描述菌类及种菌的含量单位：个/mL阳离子：钙、镁、铁、钡（锶）离子阴离子：氯根、碳酸根和碳酸氢根及硫酸根矿物类相关指标pH值:pH值越高，结垢趋势越大。温度含油：mg/L综合类悬浮固体含量：采用滤膜过滤法测试悬浮固体颗粒直径：采用激光粒度仪测试平均腐蚀率总铁含量：磺基杨酸比色法膜滤系数MF：一定条件下通过滤膜所需的时间总矿化度：单位体积水中各种离子、分子及化合物的总量（mg/L）,不包括游离状态的气体。(4)注入水水质标准注水水质标准沿革SY/T5329-94标准规范执行标准的原则水质标准的制定方法注水水质标准沿革沿用前苏联二项指标（悬浮物，含铁量）七十年代未提出的“五指标、三要求“的建议六十年代中期，增加含油量指标88年底，我国首次颁布SY5329-88注水水质标准(waterqualitycriteria)95年，修订为SY/T5329-94标准SY/T5329-94标准规范水质主要控制指标：悬浮物颗粒直径、悬浮固体含量、含油量、平均腐蚀率、SRB、铁细菌、腐生菌、点腐蚀等指标。{依据K分为高、中、低三类}水质基本要求：水质稳定，与油层水混合不产生沉淀；不使粘土矿物产生水化膨胀或悬浊；配伍性好；低腐蚀、低悬浮；水源选择评价合标准。辅助性指标：溶解氧、侵蚀性CO2、H2S、PH值、总铁含量等指标。执行标准的原则（3项）控制指标优先原则水质主要控制指标应首先达到要求。在主要控制指标已达到注水要求的前提下，若注水又较顺利，可以不考虑辅助性指标。执行标准的原则（3项）三类油层指标各自分级，先严后松，逐级放宽。新投入注水开发的油藏或新建注水站应执行一级标准（A1、B1、C1），而建站时间较长或实际水处理能力已超过原设计能力或高含水期可执行二级标准（A2、B2、C2），甚至三级标准。标准分级原则执行标准的原则（3项）实际油田，具体标准原则各油田应借荐而不是照搬行业标准，应根据油层的具体特性和生产实际情况，科学制定切合实际的水质标准，各油田的水质标准是不完全一致的。水质标准的制定方法a.获取油层岩性、油层水、注入水（水源水）资料测定注入水及油层水中离子浓度，分析溶解气体浓度及PH值等参数。测定水的温度、密度、粘度，悬浮固体浓度及颗粒分布、腐生菌、硫酸盐还原菌、铁细菌和平均腐蚀率等。测定注水层位岩心的渗透率、孔道分布规律、粘土矿物组成及其含量，岩心的阳离子交换量CEC(CationExchangeCapacity)以及水敏指数。b.水的配伍性评价含钡、锶、钙离子的水与含有硫酸根离子的水混合时，经试验后不能生成沉淀时才能注水，否则应进行水质处理。BaSO4结垢量控制指标为BaS042.5mg/L。二价硫离子含量高的水与含有二价铁离子的水混注时，必须考虑硫化亚铁结垢问题。含碱度较高的水与含钙、镁、钡、锶、铁（Fe2+）等离子的水相混或当水中游离二氧化碳含量较高，或二氧化碳逸出使水的PH值升高时，应考虑碳酸盐结垢问题。水质标准的制定方法根据化学的溶度积原理，初步判断各离子在水中的稳定性。阳离子交换量C.E.C值大于0.09mmol/g（按一价离子计算）时，就不能忽视粘土的水化膨胀。采用注入层岩心进行水驱实验，了解粘土矿物的水化膨胀程度为注水时是否需要防膨提供依据。水质标准的制定方法c.水中悬浮物的不同处理程度对岩心伤害试验固相含量变化与岩心渗透率变化的关系试验。含油量变化与岩心伤害关系。固相颗粒直径中值与岩心伤害关系。悬浮物（固相+含油）不同标准分级各指标系列与岩心的伤害关系。在此基础上提出初步的悬浮物指标方案。水质标准的制定方法d.注入水水质指标方案设计对注入水水质指标进行概念设计，并尽可能向行业标准靠近，概念设计方案可提供二到三个方案。结合油层伤害程度、吸水能力随时间的变化规律等预测吸水能力，讨论不同方案的配注指标实现程度。水质指标方案的水质处理可行性研究。结合开发方案、注水工艺技术现状、水处理费用等优选出一套水质指标的试注方案。e.Pilotflood试注水质标准的制定方法Sec.2水处理与注入系统水源选择水处理基本措施水处理基本流程水源选择水源类型地下水：水量稳定，水质不受季节影响，矿化度较高。地表水：矿化度低，泥砂含量高，溶解氧充足，水量受季节变化。含油污水：偏碱性，硬度低，含铁少，矿化度高，含油量高和胶体物量高，悬浮物组成复杂,油田注水的主要水源。水源类型海水：高含氧和盐，腐蚀性强，悬浮固体颗粒随季节变化,水源丰富。混合水：混合水指上述二种或三种以上水源相混合的水。大多数情况是含油污水与其它水源混合注入地层。水源选择水源选择原则充足的水量，且供水量稳定。良好或相对良好的水质，且水处理工艺相对简单或水处理经经济技术可行。含油污水优先，以减少环境污染。考虑水的二次或多次利用，减少资源浪费。水源选择水源选择原则水源总供水量：Q1—油田注水量；Q2—油田辅助生产用水量Q3—油田生活用水量；Q4—其它用水量水源选择水处理基本措施Precipitation沉淀Filtration过滤Sterilization杀菌Gasfreeing脱气Oilremoval除油Insolation曝晒precipitation沉淀沉淀是让水在沉淀池（罐）内有一定的停留时间，使其中所悬浮的固体颗粒借助自身的重量沉淀下来。Stokes沉降规律：提高沉降效果：足够的沉淀时间：加迂回挡板，增大流程。快速的下沉速度：加入絮凝剂，增大颗粒直径。Filtration过滤过滤目的是除悬浮固体或除铁。过滤器的种类：不同的过滤器，过滤标准或过滤对象不尽相同。常见的除铁方法：自然氧化法（石英砂过滤）、接触催化法（天然锰砂过滤）、人工石英砂法。常规分层过滤罐：能除去大部分25-30um的颗粒；硅藻土过滤器：可清除小于5um的颗粒;高速深度过滤器(+絮凝剂)：可清除1-2um的颗粒。双向滤器结构示意图1-罐体；2-滤砂器；3-进水管；4-反冲洗排水管；5-出水管；6-反冲洗进水管；7-配水管；8-出水管；9-集水筛管；10-无烟煤滤料层；11-石英砂滤料层；12-磁石矿砂层；13-卵石垫料层低渗透油田采用的精细过滤器压力式锰砂除铁滤罐1-罐体；2-滤料层；3-垫料层；4-集配水管；5-进水管；6-反冲洗排水管；7-出水管；8-反冲洗进水管；9-自动排气阀；10-排气管Sterilization杀菌杀菌方法有化学法和物理法。油田常用杀菌剂物理法：如紫外线杀灭SRBGasfreeing脱气真空除氧：降低压力就降低了溶解气量。气提脱氧：用天然气或惰性气体从水中逆流以提出水中溶解氧。化学脱氧：化学药剂（氧化剂）与氧反应生成无腐蚀性产物。除去H2S和CO2：在酸性条件下，可在真空脱氧或气提脱氧中完成。真空式除氧塔逆流气提式除氧Oilremoval除油重力分离：提供足够的停留时间以便油珠聚结和重力分离。气体浮选：气泡与悬浮在水流中的油滴接触，使它们象泡沫一样上升到水面。污水中含油分散情况有三类：浮油(100um)、分散油(10-100um)及乳化油(10um)。在管流中油珠处于分散状态，在大罐中处于聚合状态。浮油稍加静置即浮到水面，分散油如果有足够的静置时间，也能浮升至水面。立式除油罐结构1-罐体；2-中心筒；3-水箱；4-中心柱；5-油槽；6-调节堰；7-调节杆；8-斜板；9-通气孔；10-进水管；11-出水管；12-出油管；13-溢流管；14-配水管；15-集水管；16-溢流堰板气浮选槽曝晒当水源含有大量的过饱和碳酸盐(碳酸氢钙、碳酸氢镁、硫酸氢亚铁等)，注入油层后由于温度升高产生碳酸盐沉淀。预先进行曝晒处理，使碳酸盐沉淀下来。水处理基本流程水处理系统分为闭式系统和开式系统两种。闭式系统是一种完全隔绝氧气的系统，适用于原来就不含空气（或极少量氧），并几乎不用化学处理的系统。海水注入系统也可采用闭式系统。开式系统适用于被氧饱和的水源或需要以通气的方式除去H2S和CO2。应采用相应的隔氧技术（油隔氧、天然气隔氧）。地下水处理流程主要是含有铁、锰矿物、高矿化度及悬浮固体。地下水除铁、除悬浮固体工艺流程：1-水源井；2-深井泵；3-锰砂除铁滤罐；4-石英砂滤罐；5-缓冲