注入水與地層水及儲層配伍性研究

1、注入水與地層水及儲層配伍性研究在注入開發(fā)油田中，當注入水和不配伍的地層水相遇時，使原有的地層水和儲層礦石之間的離子化學平衡被破壞，巖石和混合水之間，注入水和地層水之間隨注入水不斷介入將逐漸建立一個新的化學平衡。在打破舊的平衡建立新的平衡過程中，只要流體中遇到兩種以上不配伍的水存在或在流動過程中隨壓力和溫度或流體的化學組分不平衡，都存在結垢的可能，不可避免的造成對儲層的一定損害。在導致嚴重水敏的同時，在注水速度過快時，還將產生嚴重的速敏傷害，低滲、特低滲的水敏更為嚴重。本文下面主要從兩方面進行配伍性實驗研究：注入水與地層水的配伍性以及注入水與儲層的配伍性?！炯钟吞锏蜐B透油藏注入水水質實驗研究】

2、1 注入水與地層水的配伍性【油田注入水源與儲層的化學配伍性研究】油氣田進入中后期開發(fā)后，普遍采用注水采油、排水采氣、排水找氣等新工藝，由于壓力、溫度等條件的變化以及水的熱力學不穩(wěn)定性和化學不相容性，往往造成注水地層、油套管、井下、地面設備以及集輸管線出現(xiàn)結垢，造成油氣田產量下降，注水壓力上升，井下以及地面設備甚至油氣井停產。1.1油田水質分析對該油田地層水及注入水的離子濃度進行分析，統(tǒng)計得到下表：（下表）1.2注入水的自身穩(wěn)定性常溫及地層溫度下注入水的自身穩(wěn)定性反映了注入水在注水管柱、采油管柱及儲層中結垢狀況。在常溫(20)和地層溫度(70)的條件下，通過測定在密閉容器里分別放置不同時間的水中

3、主要成垢離子Ca2+、Ba2+、Mg2+等的濃度變化研究水源水自身的穩(wěn)定性以及結垢趨勢。在常溫和地層溫度下分別檢測放置20天、30天時水源水中成垢離子濃度。統(tǒng)計數(shù)據(jù)如下表所示：【商河油田注水配伍性及增注措施實驗研究】1.3 配伍性研究方法1.3.1靜態(tài)配伍性實驗研究【大港北部油田回注污水結垢性與配伍性研究】注入水與地層流體不配伍主要表現(xiàn)在兩者按不同比例混合后是否產生沉淀。將地層水與注入水過濾后分別按不同體積比例混合（1: 9、2: 8、3: 7、4: 6、5:5、6:4、7:3、8:2、及9:1），并在85C下密閉加熱恒溫不同時間，測其濁度。實驗結果見圖2。濁度的測量方法：本方法參照采用國家標

4、準ISO 70271984水質濁度的測定主要方法有兩種：分光光度法和目視比色法。由圖2可以看出，注入水與地層水混合后，均有沉淀生成，恒溫時間越長，結垢越嚴重，濁度變大，表明地層水與海水不配伍。1.3.2動態(tài)配伍性實驗研究（1） 配伍性驅替實驗【油田注入水源與儲層的化學配伍性研究】在低于臨界流速下進行注入水的巖心流動實驗，根據(jù)計算得到的臨界流量，確定巖心驅替實驗中流量的控制范圍。在室溫下用地層水測巖心原始滲透率，然后用注入水驅替2PV后，關閉巖心夾持器的進出口閥，升溫至設定溫度，恒溫靜置6h，待自然冷卻后，室溫下用地層水驅，測巖心滲透率的變化。實驗結果見表2。從表2可以看出隨著溫度的升高巖心滲透

5、率恢復值Kd K0減小這主要是由于溫度升高結垢趨勢增大所引起的。（2） 注入水累積結垢損害實驗注入水在巖心中的累積結垢對巖心滲透率的影響見圖3。由表1、圖l及圖2我們不難看出:隨著累積注水量的增加、注水時間的增長，不論何種水均使巖心滲透率值下降。（3） 交替驅替配伍性實驗為了充分評價注入水和地層水的配伍性進行了交替驅替注入水和地層水結垢對巖心的損害實驗。注入水與地層水交替驅替對巖心滲透率的影響結果見圖4。實驗條件先用地層水測以地層水飽和的巖心原始滲透率，再注入10PV驅替液之后關閉巖心的進出口閥，加熱至90恒溫2h自然冷卻至室溫再打開巖心的進出口閥用地層水驅替測滲透率變化如此反復。由圖4可以看

6、出注入水與地層水交替驅替對巖心損害嚴重。4次交替注入天然海水和地層水巖心滲透率不斷降低達32.3%。1.4結垢可能的判斷（1） 成垢離子濃度變化判斷注入水與地層流體不配伍主要表現(xiàn)在兩者按不同比例混合后是否產生沉淀。將地層水與注入水過濾后分別按不同體積比例混合（1: 9、2: 8、3: 7、4: 6、5:5、6:4、7:3、8:2、及9:1）測定混配水中各成垢離子濃度。50、70及90下混配水中各離子濃度實測值如圖所示。（2）線性判斷【吉林油田低滲透油藏注入水水質實驗研究】注入水與地層水的不相容性，產生結垢是存在的，前蘇聯(lián)學者指出，當注入水與地層水混合，混合物的化學成分符合Y=Ax+B型直線方程

7、，如果曲線呈直線，表示兩種水相容，若背離直線關系，則表示不相容，有生成沉淀的可能。應用離子含量法，對英臺油田方44、方68區(qū)塊的注入水與地層水進行配伍性實驗。將現(xiàn)場取回的注入水與地層水按1: 9、2: 8、3: 7、4: 6配比，模擬油層溫度完成實驗，實驗結果表明(圖1、圖2)，方44、方68區(qū)塊的線性都很差，說明兩種水不相容，可能有碳酸鈣、碳酸鎂、硫酸鈣等沉淀生成。1.5地層水與注入水結垢趨勢預測判斷水質結垢趨勢遵循的一般原則：單一水源的水或幾種不同來源的水相混時，應根據(jù)水中成垢離子的濃度、理論溶度積常數(shù)的大小，進行成垢離子濃度最大或理論溶度積常數(shù)最小的結垢趨勢。1.5.1碳酸鈣結垢趨勢預測

8、a）飽和指數(shù)法飽和指數(shù)按下列公式計算：式中：飽和指數(shù)；水樣的值；修正系數(shù)，由離子強度與水溫度的關系曲線查得，如圖所示。濃度（）的負對數(shù)；總堿度（）的負對數(shù)；離子強度；離子濃度，；離子價數(shù)。判斷：>0，有結垢趨勢；=0，臨界狀態(tài)；<0，無結垢趨勢。圖1 不同溫度時，與離子強度的關系b) 穩(wěn)定指數(shù)法穩(wěn)定指數(shù)按下式計算：式中：穩(wěn)定指數(shù)；、的計算同上。判斷：6，無結垢趨勢；<6，有結垢趨勢；<5；結垢嚴重。1.5.2 硫酸鈣結垢趨勢預測硫酸鈣結垢趨勢按下式計算：式中：結垢趨勢預測值，；修正系數(shù)，由水的離子強度和溫度的關系曲線中查得，如下圖所示；與的濃度差，。測定出水中和，然后再

9、計算出水中實際含量，將與進行比較。判斷：<，有結垢趨勢；=，臨界狀態(tài)；>，無結垢趨勢。1.5.3硫酸鍶結垢預測a）硫酸鍶結垢趨勢判斷按下式計算：式中：與濃度（單位為）的總稱。b）判斷：>1.0，有結垢趨勢；=1.0，臨界狀態(tài)；<1.0，無結垢趨勢。其中，為硫酸鍶的濃度積，25°C時，數(shù)值為2.8×10-7。1.5.4 侵蝕性二氧化碳測定法用侵蝕性二氧化碳測定方法判斷水質結垢趨勢，按SY/T 532994中5.9進行。1.5.5 硫酸鋇結垢趨勢預測硫酸鋇結垢趨勢判斷按SY/T 532994中5.10進行。實驗現(xiàn)象觀測：混配過程試驗現(xiàn)象觀測表明，混配水常

10、溫下變化不明顯，說明常溫下混配性較好。單一處理水加熱前后溶液透亮，加熱后底部見少量沉積物，其他各點加熱后有不同量的沉積物，其顏色隨產出水比例增加由黃變成棕黃，說明鐵垢在垢物中的含量明顯增加。各混配點及單一產出水恒溫后經沖洗容器，容器壁無沉淀附著，表明沒有形成較高強度附著性的晶體垢。詳細結果見表4。5)總垢量分析結果 分析結果見圖1。垢量分布圖呈局部凹陷狀，產出水總垢量145OmgL。6)加熱后結垢量分析結果 加熱后結垢量即扣除懸浮固體含量后的結垢量。結果詳見圖2。處理水生成垢量量1398mgL，比總垢量略有下降。2、注入水與儲層的配伍性注入水是否對儲層造成傷害與注入水的水質和儲層的敏感性有關1

11、。注入水與儲層巖石是否發(fā)生敏感性是注入水與儲層是否配伍的一種主要表現(xiàn)形式。2.1儲層敏感性評價儲層中巖石礦物的組成(特別是粘土礦物)是影響敏感性傷害類型和程度的主要因素，水源水注入儲層是否對儲層造成傷害，主要與水源水的水質和儲層的敏感性有關。由儲層內部微粒運移和粘土礦物膨脹分散運移所產生的速敏性和水敏性是注入水對儲層敏感性傷害的主要表現(xiàn)形式。 （1）速敏性評價速敏是指在油井生產過程中，當流體在儲層中流動時引起儲層中微粒運移，堵塞孔喉，造成儲層滲透率下降。儲層含有速敏性礦物，在注水過程中必須嚴格控制注水速度，速度過大易起速敏現(xiàn)象的出現(xiàn)，從而傷害儲層。開始由低流量(低流速)向巖心注入地層水，測出該

12、注入量下的壓差，并計算出巖心滲透率；然后按同樣的步驟，再按一定流量等級級差增大注入量，找出隨著注入量增大而巖心滲透率發(fā)生突變的臨界速度值。流量等級原則是前面級差小，后面級差大，其具體數(shù)值為010、025、0.5、0.75、1.0、1.5、2.0、3.0、4.0、5.0和6.0mLmin。若巖心滲透率過低則可適當降低初始流速，選取0.03mLmin或者0.05mLmin作為初始點。當測出臨界流速后，流量間隔可以加大，若一直未測出臨界流速，應一直實驗到最大流量6.0mLmin。但對低滲透巖心即使巖心兩端壓差很大，但流速仍可能很低，無法達到6.0mLmin，此時應考慮實驗壓力梯度，如巖心單位長度上壓

13、力梯度大于3MPacm仍未引起微粒運移(即滲透率不變)，則也可認為該巖心對流速不敏感。（2）水敏性評價油氣層中的粘土礦物在原始的地層條件下處在一定礦化度的環(huán)境中，當?shù)M人地層時，某些粘土礦物就會發(fā)生膨脹、分散、運移，從而減小或堵塞地層孔隙和喉道，造成滲透率的降低。油氣層的這種遇淡水后滲透率降低的現(xiàn)象，稱為水敏。水敏性評價實驗一般采用經典驅替法，依次測定三種以上不同鹽度(初始鹽度、鹽度減半、鹽度為零)的液體通過巖樣時的滲透率，也可根據(jù)情況增加中間礦化度的點。初始鹽度的鹽水通常為模擬地層水，也可用標準鹽水代替，驅替速度必須低于臨界速度，此時產生的滲透率變化，才可以認為是僅由于粘土礦物水化膨脹引起

14、的。（3） 酸敏性評價指酸性流體進入地層后與地層中的酸敏性礦物發(fā)生反應，產生沉淀或釋放出顆粒，導致滲透率下降下現(xiàn)象。在酸敏實驗中，砂巖顆粒骨架基本不與鹽酸反應，主要是填隙物與鹽酸反應。酸敏性實驗可以了解準備用于酸化的酸液是否會對儲層產生損害及損害程度，以便尋求更有效的酸化處理方案，保護儲層。（4） 堿敏性評價指堿性液體進入地層后與地層中的堿敏性礦物及地層流體發(fā)生反應而導致滲透率下降的現(xiàn)象。堿敏性評價實驗的目的是研究油層巖石與不同PH值鹽水接觸作用下巖石滲透率的變化過程，找出堿敏損害發(fā)生的條件（臨界PH值）以及由堿敏引起的油層損害程度，為各種工作也PH值的確定提供依據(jù)。2.2注入水水質的影響（1

15、）懸浮物含量對儲層影響注入水中懸浮物含量及懸浮粒徑是注入水水質評價的重要指標。注入水粒徑的不同對油層產生的堵塞作用是不同的，儲層主流喉道尺寸可確定相應的懸浮物粒徑。根據(jù)前人的研究結果，注入水懸浮物顆粒直徑與孔喉直徑（）相比，當懸浮物顆粒直徑>1/3時，懸浮物無法進入儲層內部，不能形成堵塞；當懸浮物顆粒直徑<1/3時，懸浮顆?？梢赃M入儲層，對儲層有堵塞作用。當懸浮物顆粒直徑在1/4到1/7之間時，堵塞作用明顯減弱。【延長油區(qū)注入水水質對儲層傷害因素分析】為了驗證注入水中懸浮物的存在究竟有無傷害，首先用含有懸浮物的注入水對天然巖心進行驅替實驗，其次用除去懸浮物的注入水驅替天然巖心，兩者

16、比較看其滲透率的變化，為了避開礦化度對巖心的敏感性而引起的滲透率變化，做了具有一定礦化度的配制水對天然巖心的傷害實驗?！炯钟吞锏蜐B透油藏注入水水質實驗研究】（2）含油量的影響用具有不同含油量的注入水驅替巖心，試驗結果見圖2。注入水含油量為26.3 mg/L時，沒有造成巖心滲透率的嚴重傷害。觀察發(fā)現(xiàn)注入流程管線內附著有較多原油。分析認為其主要原因是:一方面注入水中所含油較多地黏附在注入水流程管線內，而很少到達巖心注入端面;另一方面，注入水中所含的原油黏附并截留了其中的主要雜質，起到“過濾器”的作用，使驅替巖心的注入水水質變好。這里需要說明的是，這種情況在現(xiàn)場注水生產時，大量原油黏附機械雜質并會

17、被擠入儲層造成嚴重傷害。因此，現(xiàn)場需將注入水中的原油清除干凈。隨注入水注入體積倍數(shù)的增加，地層水測得的巖心滲透率大幅度降低，曲線呈現(xiàn)明顯的下降趨勢，可以看出含油量為10.6 mg/L左右的注入水，會造成巖心滲透率的嚴重損害。主要原因是少量原油會攜帶注入水中的雜質，并隨注入水進入巖心，致使巖心孔喉受到嚴重堵塞。用含油量小于10.6 mg/L的注入水驅替巖心后，隨注入水注入體積倍數(shù)的增加，地層水測得的巖心滲透率有所降低，曲線呈現(xiàn)稍有下降趨勢。巖心滲透率損害率分別為91.9%和49.8%。說明經萃取油后的注入水中含油量低于10.6 mg/L時，對儲層巖心造成的損害明顯減輕?！咀⑷胨|對儲層的傷害】（3）細菌的影響在油田注水中由于存在大量的細菌，使得注入水有強的腐蝕性和堵塞性，因此殺菌問題是油田污水處理的一個重點。采用二氧化氯（ClO2）殺菌是油田污水處理的一項新技術。通過室內實驗和現(xiàn)場實施已經證明ClO2有很好的殺菌效果，但經過處理后的注入水對儲層是否產生傷害，也就是說，處理后的污水與儲層是否配伍，這就需要首先進行室內巖心模擬實驗，綜合評價處理后注入水與儲層的配伍性。實驗方法：采用天然巖心流動注入評價試驗。