西南石油采油工程课件第五章 注水

第五章注水WaterInjection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。注水保持压力是一项工艺技术。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。注好水（质）注够水（量）和有效注水是注水工程的基本任务。水质水源及水处理注水井动态注水工艺主要内容第一节水质注水中油层伤害原因及机理注水水质的基本要求水质的指标体系注入水水质标准注水中油层伤害原因及机理注水中油层伤害的原因：注入水与地层水不配伍注入水与储层岩石矿物不配伍注入条件变化不溶物造成地层堵塞油层伤害表现在：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某区注入水总铁量沿程变化取样点来水大罐泵出口3-24井4-3井4-27井6-3井6-25井底Fe,mg/L0.210.140.290.721.232.382.964.43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：2322238)(42)(4COOHFeOOHHCOFe32222)()(OHFeOOHFeOHFe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：FeSSHFe22水中硫化氢H2S与Fe2+生成水中硫酸盐菌还原成H2S，与Fe2+生成OHSHHSOH22224442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，析出沉淀。2323222HCOCOOHCO在硫酸盐还原菌作用下，生成CaCO3沉淀。OHSHCaCOHCOSOCa223224238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注入水与岩石沉淀注入水与储层岩石矿物不配伍油层伤害表现在：流速影响温度变化影响压力变化影响注入条件变化油层伤害表现在：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控制细菌含量控制水垢的形成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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一类好氧“异养”型的细菌，存在分布较广。生成环境：存在分布较广。危害：与铁细菌大体相同。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温度含油：mg/L悬浮固体含量悬浮固体颗粒直径平均腐蚀率总铁含量膜滤系数MF总矿化度综合类注入水水质标准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）七十年代末提出的“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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。水质基本要求：水质稳定；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控制指标优先原则水质主要控制指标首先应达到要求。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标准分级原则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。执行标准的原则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获取油层岩性、油层水、注入水（水源水）资料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以及水敏指数。测定注入水及油层水中的阴离子的浓度，分析溶解气浓体度及PH值等参数。水质标准的制定方法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。根据化学的溶度积原理，初步判断各离子在水中的稳定性。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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水质标准的制定方法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。结合油层伤害程度的定量关系、吸水能力随时间的变化规律等预测注水井的吸水能力，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。试注第二节水源及水处理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。油田污水：偏碱性，硬度低，含铁少，矿化度高，含油量高和胶体物含量高，悬浮物组成复杂,油田注水的主要水源。水源选择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：4321QQQQQ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—其它用水量水处理基本措施沉淀过滤杀菌脱气除油曝晒沉淀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：wdwgdV)(2提高沉降效果足够的沉淀时间：加迂回挡板，增大流程。加快下沉速度：加入絮凝剂，增大颗粒直径。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。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-排气管杀菌杀菌方法有化学法和物理法。油田常用杀菌剂。名称特性甲醛氯气次氯酸钠次氯酸钙通用产品过氧乙酸双氧水和醋酸合成戊二醛TS-801TS-802季胺盐类液体药剂含量24%1227（洁尔灭）季胺盐类，无色中淡黄色液体含量40%HC1-126棕色液体脱气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与水逆流冲刷，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、分散油及乳化油。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。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。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。地下水处理流程：1-水源井；2-深井泵；3-锰砂除铁滤罐；4-石英砂滤罐；5-缓冲水罐；6-输水泵；7-输水管线采出水处理流程主要是含油、悬浮颗粒、细菌。采出水处理流程：1-降油罐；2-单阀过滤罐；3-缓冲水罐；4-输水泵；5-注水罐；6-高压注水泵；7-输油泵；8-污油罐；9-污水回收池；10-回收水泵；11-混凝剂溶药池；12-加药泵；13-杀菌剂溶药罐；14-加杀菌剂泵地表水处理流程主要是泥砂含量高，溶解氧含量高。地表水处理流程：清水池吸水池输水泵房计量间输水管道滤池反应沉淀池药水混合物取水泵房引水构筑物海水处理流程主要是含氧和悬浮物。海水处理流程：1-絮凝剂罐；2-压风机；3-砂滤器；4-砂滤器缓冲罐；5-硅藻土滤器；6-简式过滤器；7-提升泵；8-气提脱氧塔；9-Na2SO3罐；10-CoSO4罐；11-过滤器辅助箱第三节注水井动态基本概念注水井的注入量吸水能力因素分析注水指示曲线分析与应用基本概念流度比吸水指数视吸水指数与比吸水指数相对吸水量注水井指示曲线吸水剖面流度比流度比指在注水油藏中水侵区的水的流度与油汇区的油的流度之比值。woror00在见水前，一个开发区流度比将一直不变；在见水后，流度比随含水饱和度、水的相对渗透率的增加而不断增大。人工注水时的流度比范围为0.022.0。吸水指数吸水指数指注水井在单位井底压差下的日注水量，单位用m3/MPa.d。吸水指数表示注水井单井或单层的吸水能力。静压流压日注水量注水压差日注水量吸水指数压差相应两种工作制度下流量两种工作制度下日注水吸水指数视吸水指数视吸水指数指日注水量与井口注入压力之比，单位用m3/MPa.d。比吸水指数指单位油层厚度上的吸水指数或称