陜北油田水質(zhì)配伍性研究

曹 博， 楊遵旭， 付 凡， 燕永利

(西安石油大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，陜西 西安 710065)

陜北油田水質(zhì)配伍性研究

曹 博， 楊遵旭， 付 凡， 燕永利

(西安石油大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，陜西 西安 710065)

基于回注水、地層水水質(zhì)的分析結(jié)果，進(jìn)行了回注水與地層水的配伍性實(shí)驗(yàn)，探討影響油田水質(zhì)配伍性的因素。分別采用掃描電鏡(SEM)、X-射線(xiàn)衍射法(XRD)、顯微鏡對(duì)垢樣進(jìn)行分析研究。結(jié)果表明，垢樣主要成分為CaCO3，垢樣尺寸比較均勻，陜北油田采油廠儲(chǔ)層屬于超低滲地層，回注水與地層水存在不配伍性，并且會(huì)對(duì)地層的滲透率產(chǎn)生較大影響，必須避免回注水與地層水的體積比為6∶4的情況。

注水系統(tǒng)； 結(jié)垢趨勢(shì)； 滲透率； 配伍性

陜北油田儲(chǔ)層屬特低孔隙度、超低滲透率的致密砂巖儲(chǔ)層，對(duì)注入水水質(zhì)要求較高，而注入水水質(zhì)通常成分復(fù)雜且不穩(wěn)定，其中有機(jī)物濃度高，礦化度高，腐蝕、結(jié)垢均很?chē)?yán)重。結(jié)垢已成為油田水質(zhì)控制中遇到的最嚴(yán)重的問(wèn)題之一[1]。垢樣沉積在儲(chǔ)油設(shè)備、集輸管線(xiàn)、原油加工設(shè)備及水處理系統(tǒng)的任何部位，不僅嚴(yán)重影響到整個(gè)石油行業(yè)的安全生產(chǎn)，還會(huì)帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)損失[2-4]。水的注入會(huì)使油藏的參數(shù)和特性如儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)以及儲(chǔ)層中的流體性質(zhì)等發(fā)生變化[5]。通過(guò)對(duì)水中離子濃度測(cè)定來(lái)分析回注水和地層水混合時(shí)成垢離子的變化率和結(jié)垢趨勢(shì)，可以確定油田回注水存在結(jié)垢傾向。本文通過(guò)分析陜北油田采油廠區(qū)塊的回注水與地層水的配伍性以及對(duì)儲(chǔ)層的傷害性，研究其配伍性規(guī)律和結(jié)垢原因，預(yù)測(cè)結(jié)垢趨勢(shì)，對(duì)保持油田高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本具有一定的現(xiàn)實(shí)意義[6-7]。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 試劑和儀器

實(shí)驗(yàn)過(guò)程所需水樣均來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)采集，用慢速定性濾紙過(guò)濾掉雜質(zhì)，巖心為現(xiàn)場(chǎng)采集。實(shí)驗(yàn)所需試劑均為分析純(乙二胺四乙酸二鈉，天津市津東天正精細(xì)化學(xué)試劑廠；鉻黑T，天津市津北精細(xì)化工有限公司；無(wú)水硫酸鈉，天津市天力化學(xué)試劑有限公司；氯化鋇，天津市登封化學(xué)品有限公司；硝酸，四川西隴化工有限公司；氨水，四川西隴化工有限公司；氯化銨，鄭州派尼化學(xué)試劑廠；甲基橙，天津市天津新精細(xì)化工開(kāi)發(fā)中心；酚酞，天津市北聯(lián)精細(xì)化學(xué)品開(kāi)發(fā)有限公司；鉻酸鉀，天津市福展化學(xué)試劑廠；鈣羧酸指示劑，天津市天津新精細(xì)化工開(kāi)發(fā)中心；硝酸銀，廣東光華科技股份有限公司；剛果紅試紙，天津市塘沽鵬達(dá)化工廠；無(wú)水乙酸鈉，廣東光華科技股份有限公司；鹽酸羥胺，天津市天津新精細(xì)化工開(kāi)發(fā)中心；鄰菲啰啉，天津市科密歐化試劑有限公司；乙酸銨，廣東光華科技股份有限公司；冰醋酸，廣東光華科技股份有限公司)。

實(shí)驗(yàn)儀器主要包括：徠卡DM4500P顯微鏡，DQ-Ⅳ型堵水調(diào)剖評(píng)價(jià)儀，BSA224S分析天平(精度為0.1 mg)，HH2型數(shù)顯恒溫水浴鍋，101-1AB型恒溫干燥箱，單聯(lián)萬(wàn)用電爐,DDS-11A型數(shù)字電導(dǎo)儀。

1.2 注入水與地層水水質(zhì)分析

參照中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5523—2000油氣田水分析方法[8]、SY/T 5329—94碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法[9]對(duì)試驗(yàn)水樣進(jìn)行水質(zhì)分析。

1.3 注入水與地層水配伍性研究

配伍性通過(guò)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究[10-11]，將待測(cè)樣品置于密封的比色管中，按照預(yù)先設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行樣品預(yù)處理，測(cè)定靜置前后離子濃度的變化情況。方法參照SY/T 0600—2009油田水結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)[12]。

1.4 注入水結(jié)垢趨勢(shì)分析

通過(guò)成垢物質(zhì)的S值來(lái)表征是否有垢生成。預(yù)測(cè)模型為[12]：

結(jié)果判定：Sc，無(wú)結(jié)垢趨勢(shì)。

1.5 注入水動(dòng)態(tài)配伍性研究

采用巖心驅(qū)替法來(lái)研究油田注入水配伍性，分析注水過(guò)程中的儲(chǔ)層傷害原因及傷害程度。方法參照SY/T 5358—2010儲(chǔ)層敏感性流動(dòng)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法[13]，SY/T 6285—2011油氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方法[14]。

2 分析與討論

2.1 水樣離子成份及水質(zhì)分析

表1 油田注入水和地層水的離子組成

2.2 垢樣結(jié)構(gòu)

向垢樣中加入稀鹽酸后有氣泡產(chǎn)生，沉淀基本溶解。為了進(jìn)一步分析結(jié)垢產(chǎn)物，分別采用掃描電鏡分析(見(jiàn)圖1)和X-射線(xiàn)衍射法分析(見(jiàn)圖2)。從圖1 SEM圖譜可以直觀的了解到垢樣表面形貌以及它的尺寸介于4.8～6.8 μm，尺寸相對(duì)比較均勻。由jade6軟件分析結(jié)果可知，垢樣中CaCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%，其他的成分與結(jié)垢無(wú)關(guān)，所以不再列出。因此可以確定結(jié)垢為CaCO3。

圖1 垢樣掃描電鏡分析

Fig.1 SEM picture of scale sample

圖2 垢樣X(jué)-射線(xiàn)衍射法分析

Fig.2 XRD spectrum of scale sample

圖3為回注水與地層水等比例混合后產(chǎn)生的垢樣晶核微觀圖，將試樣置于徠卡DM4500P顯微鏡下觀察，在正交偏振光功能下旋轉(zhuǎn)一定角度后，晶體會(huì)出現(xiàn)特有的雙折射現(xiàn)象，從圖3可以看出垢樣晶體微觀形態(tài)、大小及分散狀態(tài)。由垢樣的微觀形態(tài)

探尋出垢樣晶體成長(zhǎng)的規(guī)律，為后續(xù)研究垢樣處理方式打下基礎(chǔ)。

圖3 水樣的晶核微觀圖(放大倍數(shù)100)

注：1、2、3分別表示當(dāng)試樣在偏光顯微鏡下旋轉(zhuǎn)一定角度后晶體所呈現(xiàn)的圖樣

2.3 回注水與地層水的配伍性

表2為Ca2+質(zhì)量濃度隨時(shí)間、溫度的變化關(guān)系。由表2可知，常溫和50 ℃下，隨著待測(cè)水樣中地層水比例的增加，鈣離子的質(zhì)量濃度越來(lái)越大。通過(guò)0、24、48 h的對(duì)比可知，兩種溫度下水樣中鈣離子質(zhì)量濃度隨著時(shí)間的增加均呈減小趨勢(shì)。當(dāng)常溫下回注水與地層水的體積比為6∶4時(shí)，鈣離子質(zhì)量濃度變化幅度最大；而在50 ℃時(shí)回注水與地層水的體積比在6∶4～4∶6變化幅度較大，特別是當(dāng)回注水與地層水的體積比為5∶5時(shí)，鈣離子質(zhì)量濃度變化幅度最大。鈣離子質(zhì)量濃度的變化情況可以說(shuō)明回注水和地層水不存在配伍性，有結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)。鈣離子質(zhì)量濃度減小幅度越大，則結(jié)垢趨勢(shì)越大，因此在油田實(shí)際生產(chǎn)中要避免此種情形。

表2 鈣離子質(zhì)量濃度隨時(shí)間、溫度的變化

注：回注水與地層水的比例為體積比,簡(jiǎn)記為V(回)/V(地)。

圖4為鎂離子質(zhì)量濃度隨時(shí)間、溫度的變化關(guān)系。由圖4可知，常溫和50 ℃下，隨著待測(cè)水樣中地層水比例的增加，鎂離子質(zhì)量濃度越來(lái)越大。隨著時(shí)間的增加，常溫和50 ℃下各配比水樣的鎂離子質(zhì)量濃度均呈減小趨勢(shì)，即溫度越高鎂離子質(zhì)量濃度越低。常溫和50 ℃時(shí)回注水與地層水的體積比在6∶4～2∶8鎂離子質(zhì)量濃度變化幅度較大。在50 ℃下，48 h時(shí)的鎂離子質(zhì)量濃度相比24 h時(shí)有明顯的下降。鎂離子質(zhì)量濃度的變化情況可以說(shuō)明回注水和地層水存在不配伍性，有結(jié)垢趨勢(shì)。鎂離子質(zhì)量濃度減小幅度越大，則結(jié)垢趨勢(shì)越大。

圖4 常溫和50 ℃時(shí)鎂離子質(zhì)量濃度隨時(shí)間變化的關(guān)系

Fig.4 Relation histogram of vary of magnesium ion concentration with different time under normal temperature and 50 ℃

陜北油田回注水和地層水的配伍性研究結(jié)果見(jiàn)表3、4。由表3、4可見(jiàn)，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)、溫度的升高，鈣離子和鎂離子質(zhì)量濃度損失率均有不同程度的增大，因此可以推斷出鈣離子和鎂離子質(zhì)量濃度均有不同程度的減小。常溫下鈣離子濃度在回注水與地層水的體積比在6∶4時(shí)損失率更大，而鎂離子質(zhì)量濃度在體積比為2∶8混合時(shí)損失率最大。50 ℃時(shí)當(dāng)回注水與地層水按體積比5∶5混合時(shí)鈣離子質(zhì)量濃度損失率最大，在體積比為6∶4時(shí)鎂離子質(zhì)量濃度損失率最大。隨著時(shí)間的變化，溶液中的鈣離子、鎂離子會(huì)與其中的硫酸根、碳酸根、碳酸氫根等離子發(fā)生化學(xué)作用而使離子濃度下降。鈣離子質(zhì)量濃度的損失率隨著溫度升高向回注水比例增加的方向變化，可能與溶解度以及溫度對(duì)結(jié)晶過(guò)程的影響有關(guān)，溫度越低硫酸鈣的飽和度越低。綜上所述，隨著溫度的升高，無(wú)機(jī)鹽結(jié)垢趨勢(shì)增強(qiáng)[15]。

表3 鈣離子質(zhì)量濃度的損失率隨溫度、時(shí)間的變化

表4 鎂離子質(zhì)量濃度的損失率隨溫度、時(shí)間的變化

Table 4 Loss rate of vary of magnesium ion concentration with different temperature and time

溫度時(shí)間/h鎂離子質(zhì)量濃度的損失率/%V(回)/V(地)=10∶0V(回)/V(地)=8∶2V(回)/V(地)=6∶4V(回)/V(地)=5∶5V(回)/V(地)=4∶6V(回)/V(地)=2∶8V(回)/V(地)=0∶10室溫240．410．921．012．086．257．696．25483．683．855．564．176．257．696．2550℃242．272．948．336．256．257．696．25484．558．828．338．338．307．696．25

2.4 結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)

圖5為時(shí)間、溫度對(duì)不同配比的回注水與地層水的結(jié)垢趨勢(shì)的關(guān)系趨勢(shì)圖。由圖5可知，當(dāng)回注水和地層水混合時(shí)均會(huì)發(fā)生不配伍現(xiàn)象，僅有回注水時(shí)不會(huì)發(fā)生結(jié)垢。隨著地層水的比例增加，結(jié)垢趨勢(shì)增加(僅有地層水時(shí)除外)。同一比例的水樣溫度越高水樣結(jié)垢趨勢(shì)越小，時(shí)間對(duì)結(jié)垢趨勢(shì)的影響很小。由圖5可知，S-c的值越小則表示結(jié)垢趨勢(shì)越大，由此可以得出回注水與地層水的最適合體積比是8∶2。

圖5 時(shí)間、溫度對(duì)不同配比的回注水與地層水的結(jié)垢影響

3 結(jié)論

(1) 由XRD圖譜可以確定垢樣主要為CaCO3。

(2) 通過(guò)結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)和對(duì)成垢離子變化率的分析，可以確定陜北油田的注水開(kāi)采存在結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)。

(3) 陜北油田采油廠儲(chǔ)層屬于超低滲儲(chǔ)層，回注水與地層水的不配伍性對(duì)地層的影響較大，應(yīng)該盡量避免回注水與地層水按體積比6∶4配合。綜合溫度對(duì)結(jié)垢的影響，建議在外界溫度較高時(shí)加大阻垢劑的投用量。

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(編輯 閆玉玲)

Compatibility of Water Injection Operation in Shanbei Oilfield

Cao Bo, Yang Zunxu, Fu Fan， Yan Yongli

(CollegeofChemistryandChemicalEngineering,Xi’anShiyouUniversity,Xi’anShaanxi710065,China)

Based on the water quality analysis of injection water and formation water, compatibility test of injection water and formation water was carried out. The factors of oilfield watering quality compatibility were also discussed in this report. The scale was characterized by SEM, XRD and probe microscopy. The results indicated that the main composition of scale sample was CaCO3, which size dispersion was evenly. Shanbei Oilfield Plant region belonged to low permeability formations. Injection water and formation water was not compatible and had a greater impact on the permeability, so volume batching of 6∶4 for the injection water and formation water must be avoided.

Water injection well; Scaling trend; Permeability; Compatibility

1006-396X(2016)06-0027-05

投稿網(wǎng)址：http://journal.lnpu.edu.cn

2016-05-31

2016-09-18

曹博(1989-)，男，碩士研究生，從事油田水處理及控制研究;E-mail:987833107@qq.com。

燕永利(1965-)，男，博士，教授，從事膠體與界面化學(xué)及能源化工方向研究;E-mail:yylhill@163.com。

TE39

A

10.3969/j.issn.1006-396X.2016.06.006