1、 油田注水工藝技術 注水開發(Waterflooding)是最重要的油田開 發(Development)方式。 A method of secondary recovery in which water is injected into the reservoir formation to pressurize and displace residual oil. The water from injection wells physically sweeps the displaced oil to adjacent production wells. 注水是一種二次采油方法。通過注水井向地

2、 層注水，將地下原油驅替到生產井，增加原油 的采收率。 1. 水質 2. 水源及水處理 3. 注水井動態 4. 注水工藝 5. 注水井工藝措施 主要內容 Sec.1 Water Quality 水質 (1) Formation Damage Factors and Mechanism during water flooding注水中油層傷害因素及堵塞機理 (2) Basic Requirements of water quality注水水質的基本要求 (3) Index of water quality水質的指標體系 (4) Water quality criteria注入水水質標準 (1)

3、注水中油層傷害原因及機理 Causes： a.Incompatibility of Injection water with formation water 注入水與地層水不配伍 b.Incompatibility of Injection water with mineral 注入水與儲層巖石礦物不配伍 c.Changes of injection Conditions 注入條件變化 d.Plug caused by insoluble material 不溶物造成地層堵塞 直接生成直接生成CaCO3、CaSO4或或BaSO4、SrSO4等沉淀等沉淀 水中溶解氧引起水中溶解氧引起鐵氧化物鐵氧

4、化物沉淀沉淀 水中硫化氫引起水中硫化氫引起硫化亞鐵硫化亞鐵沉淀沉淀 水中二氧化碳引起水中二氧化碳引起CaCO3、 、 BaCO3等沉淀 等沉淀 注入水與地層水不配伍 鐵的沉淀機理： 注入水經地面管線到井底，含注入水經地面管線到井底，含鐵鐵量顯著增加。量顯著增加。 注入水與地層水不配伍 腐蝕產物主要是腐蝕產物主要是氫氧化鐵氫氧化鐵和和硫化亞鐵硫化亞鐵。 取樣點來水大罐泵出口3-24井4-3井4-27井6-3井6-25井 Fe mg/L 0.210.140.290.721.232.382.964.43 注入水與地層水不配伍 氫氧化鐵沉淀生成機理氫氧化鐵沉淀生成機理 Fe2+氧化生成 鐵菌的代謝作用

5、產生 注入水與地層水不配伍 硫化亞鐵沉淀生成機理： 水中硫化氫H2S與Fe2+生成 水中硫酸鹽菌還原成H2S 注入水與地層水不配伍 碳酸鹽沉淀的機理： 重碳酸鈣、重碳酸鎂等不穩定鹽類，由于溫度變 化，析出生成沉淀。 在硫酸鹽還原菌作用下，生成CaCO3沉淀。 油層傷害表現在：油層傷害表現在： Swelling, disperse, migration of water-sensitive mineral caused by salinity sensitive礦化度敏感引起水敏物質的膨 脹、分散與運移 Slough, disperse, sediment of particles caused

6、 by change of pHpH值變化引起的微粒脫落、分散和沉淀 wettabilityalterationcausedbyinjectedwater注入水引起巖 石潤濕性反轉 注入水與儲層巖石礦物不配伍 油層傷害表現在：油層傷害表現在： Effectofinjectingrate流速影響 Effectoftemp.溫度變化影響 Effectofinjectingpressure壓力變化影響 注入條件變化 油層傷害表現在：油層傷害表現在： lPlugging caused by mechanical impurity l外來的機械雜質堵塞地層 lPlugging caused by Cor

7、rosion products l注水系統中的腐蝕產物 lBacteria 各種環境下生長的細菌 lOil 危害：與鐵細菌大體相同危害：與鐵細菌大體相同; 腐生菌（TGB） (3) 水質的指標體系 五類指標：五類指標： l 溶解氣溶解氣 l 生物類生物類 l 礦物類礦物類 l 相關指標相關指標 l 綜合類綜合類 溶解在水中的溶解在水中的O2、CO2和和 H2S的濃度的濃度 單位：單位：mg/L 溶解氣 生物類 描述菌類及種菌的含量描述菌類及種菌的含量 單位：單位：個個/mL 礦物類 陽離子：鈣、鎂、鐵、鋇（鍶）離子陽離子：鈣、鎂、鐵、鋇（鍶）離子 陰離子：氯根、碳酸根和碳酸氫根及硫酸根陰離子：

8、氯根、碳酸根和碳酸氫根及硫酸根 相關指標 PH值值 溫度溫度 含油：含油：mg/L l 懸浮固體含量 l懸浮固體顆粒直徑 l平均腐蝕率 l總鐵含量 l膜濾系數MF l總礦化度 綜合類 (4) 注入水水質標準 n 注水水質標準注水水質標準(water quality criteria)沿革沿革 n SY/T5329-94標準規范標準規范 n 執行標準的原則執行標準的原則 n 水質標準水質標準(water quality criteria)的制定方法的制定方法 注水水質標準沿革 沿用前蘇聯沿用前蘇聯二項指標二項指標（懸浮物，含鐵量）（懸浮物，含鐵量） 七十年代未提出的七十年代未提出的“五指標、三要

9、求五指標、三要求“的建議的建議 六十年代中期，增加六十年代中期，增加含油量含油量指標指標 88年底，我國首次頒布年底，我國首次頒布SY5329-88注水水質標準注水水質標準 (water quality criteria) 95年，修訂為年，修訂為SY/T5329-94標準標準 SY/T 5329-94 標準規范 Dominant indexes水質主要控制指標水質主要控制指標：懸浮物顆：懸浮物顆 粒直徑、懸浮固體含量、含油量、平均腐蝕率、粒直徑、懸浮固體含量、含油量、平均腐蝕率、SRBSRB、 鐵細菌、腐生菌、點腐蝕等指標。鐵細菌、腐生菌、點腐蝕等指標。 水質基本要求水質基本要求：水質穩定；

10、不使粘土礦物產生水：水質穩定；不使粘土礦物產生水 化膨脹或懸濁；配伍性好；低腐蝕、低懸浮；水源選擇化膨脹或懸濁；配伍性好；低腐蝕、低懸浮；水源選擇 評價合標準。評價合標準。 Subsidiary indexes輔助性指標輔助性指標：溶解氧、侵蝕性溶解氧、侵蝕性 CO2、H2S、PH值、總鐵含量等指標。值、總鐵含量等指標。 執行標準的原則 控制指標優先原則控制指標優先原則 l水質主要控制指標應首先達到要求。水質主要控制指標應首先達到要求。 l在主要控制指標已達到注水要求的前提下，在主要控制指標已達到注水要求的前提下， 若注水又較順利，可以不考慮輔助性指標。若注水又較順利，可以不考慮輔助性指標。

11、執行標準的原則 三類油層指標各自分級，先嚴后松，逐級放寬。三類油層指標各自分級，先嚴后松，逐級放寬。新新 投入注水開發的油藏或新建注水站投入注水開發的油藏或新建注水站(waterflood plant) 應執行一級標準（應執行一級標準（A1、B1、C1），而建站時間較長），而建站時間較長 或實際水處理能力已超過原設計能力或高含水期可執或實際水處理能力已超過原設計能力或高含水期可執 行二級標準（行二級標準（A2、B2、C2），甚至三級標準。），甚至三級標準。 標準分級原則標準分級原則 執行標準的原則 實際油田，具體標準原則實際油田，具體標準原則 各油田應借薦而不是照搬行業標準，應各油田應借薦而不

12、是照搬行業標準，應 根據油層的具體特性和生產實際情況，科學根據油層的具體特性和生產實際情況，科學 制定切合實際的水質標準制定切合實際的水質標準(water quality criteria)，各油田的水質標準，各油田的水質標準(water quality criteria)是不完全一致的。是不完全一致的。 水質標準(water quality criteria)的制定方法 a.獲取油層巖性、油層水、注入水（水源水）資料獲取油層巖性、油層水、注入水（水源水）資料 測定注入水及油層水中離子濃度，分析溶解氣體濃度及測定注入水及油層水中離子濃度，分析溶解氣體濃度及 PH值等參數。值等參數。 測定水的溫

13、度、密度、粘度，懸浮固體濃度及顆粒分布、測定水的溫度、密度、粘度，懸浮固體濃度及顆粒分布、 腐生菌、硫酸鹽還原菌、鐵細菌和平均腐蝕率等。腐生菌、硫酸鹽還原菌、鐵細菌和平均腐蝕率等。 測定注水層位巖心的滲透率、孔道分布規律、粘土礦物測定注水層位巖心的滲透率、孔道分布規律、粘土礦物 組成及其含量，巖心的陽離子交換量組成及其含量，巖心的陽離子交換量CEC(Cation Exchange Capacity)以及水敏指數。以及水敏指數。 b.b.水的配伍性評價水的配伍性評價 含含鋇、鍶、鈣鋇、鍶、鈣離子的水與含有離子的水與含有硫酸根硫酸根離子的水混合時，經離子的水混合時，經 試驗后不能生成沉淀時才能注水

14、，否則應進行水質處理。試驗后不能生成沉淀時才能注水，否則應進行水質處理。 BaSO4結垢量控制指標為結垢量控制指標為BaS04 2.5mg/L。 二價二價硫離子硫離子含量高的水與含有含量高的水與含有二價鐵離子二價鐵離子的水混注時，必的水混注時，必 須考慮須考慮硫化亞鐵結垢硫化亞鐵結垢問題。問題。 含堿度較高的水與含含堿度較高的水與含鈣、鎂、鋇、鍶、鐵（鈣、鎂、鋇、鍶、鐵（Fe2+）等離子的等離子的 水相混或當水中游離二氧化碳含量較高，或二氧化碳逸出使水相混或當水中游離二氧化碳含量較高，或二氧化碳逸出使 水的水的PH值升高時，應考慮值升高時，應考慮碳酸鹽結垢碳酸鹽結垢問題。問題。 水質標準(wa

15、ter quality criteria)的制定方法 根據化學的溶度積原理，初步判斷各離子在水中根據化學的溶度積原理，初步判斷各離子在水中 的穩定性的穩定性 。 C.E.C值大于值大于0.09mmol/g（按一價離子計算）（按一價離子計算） 時，就不能忽視時，就不能忽視粘土的水化膨脹粘土的水化膨脹。 采用注入層巖心進行水驅實驗，了解粘土礦物的采用注入層巖心進行水驅實驗，了解粘土礦物的 水化膨脹程度為注水時是否需要防膨提供依據。水化膨脹程度為注水時是否需要防膨提供依據。 水質標準(water quality criteria)的制定方法 c.水中懸浮物的不同處理程度對巖心傷害試驗 固相含量固相含

16、量變化與巖心滲透率變化的關系試驗。變化與巖心滲透率變化的關系試驗。 含油量含油量變化與巖心傷害關系。變化與巖心傷害關系。 固相顆粒直徑中值與巖心傷害關系。固相顆粒直徑中值與巖心傷害關系。 懸浮物（固相懸浮物（固相+含油）不同標準分級含油）不同標準分級各指標系列與巖心各指標系列與巖心 的傷害關系。在此基礎上提出初步的懸浮物指標方案。的傷害關系。在此基礎上提出初步的懸浮物指標方案。 水質標準(water quality criteria)的制定方法 d. d.注入水水質指標方案設計注入水水質指標方案設計 對注入水水質指標進行對注入水水質指標進行概念設計概念設計，并盡可能向行業標準靠近，并盡可能向行

17、業標準靠近， 概念設計方案可提供二到三個方案。概念設計方案可提供二到三個方案。 結合油層傷害程度、吸水能力隨時間的變化規律等預測吸水能結合油層傷害程度、吸水能力隨時間的變化規律等預測吸水能 力，討論不同方案的配注力，討論不同方案的配注指標實現程度指標實現程度。 水質指標方案的水質指標方案的水質處理可行性研究水質處理可行性研究。 結合開發方案、注水工藝技術現狀、水處理費用等優選出一結合開發方案、注水工藝技術現狀、水處理費用等優選出一 套套水質指標的試注方案水質指標的試注方案。 e. Pilot flood試注試注 水質標準(water quality criteria)的制定方法 Sec.2 S

18、ource of Water and Treatment水源及水處理 lSelection of Water Source 水源選擇 lMeasures of Water treatment 水處理基本措施 lBasic Scheme of Water treatment 水處理基本流程 水源選擇 Type of water source 水源類型水源類型 l Groundwater地下水：地下水：水量穩定，水水量穩定，水 質不受季節影響，礦化度較高。質不受季節影響，礦化度較高。 l Open water地表水：地表水：礦化度低，泥礦化度低，泥 砂含量高，溶解氧充足，水量受季節變化。砂含量高，

19、溶解氧充足，水量受季節變化。 l Produced sewage油田污水：油田污水：偏堿性，偏堿性， 硬度低，含鐵少，礦化度高，含油量高和硬度低，含鐵少，礦化度高，含油量高和 膠體物量高，懸浮物組成復雜膠體物量高，懸浮物組成復雜,油田注水的油田注水的 主要水源主要水源。 水源類型水源類型 l Sea water海水：海水：高含高含氧和鹽氧和鹽，腐蝕，腐蝕 性強，懸浮固體顆粒隨季節變化性強，懸浮固體顆粒隨季節變化,水源豐富。水源豐富。 l Mixed water混合水：混合水：混合水指上述混合水指上述 二種或三種以上水源相混合的水。大多數二種或三種以上水源相混合的水。大多數 情況是含油污水與其它

20、水源混合注入地層。情況是含油污水與其它水源混合注入地層。 水源選擇 水源選擇原則水源選擇原則 l充足的水量，且供水量穩定。充足的水量，且供水量穩定。 l良好或相對良好的水質，且水處理工藝相對簡單良好或相對良好的水質，且水處理工藝相對簡單 或水處理經經濟技術可行。或水處理經經濟技術可行。 l含油污水優先，以減少環境污染。含油污水優先，以減少環境污染。 l考慮水的二次或多次利用，減少資源浪費。考慮水的二次或多次利用，減少資源浪費。 水源選擇 Selection principles 水源選擇原則 水源總供水量： Q1油田注水量；Q2油田輔助生產用水量 Q3油田生活用水量；Q4其它用水量 Selec

21、tion of Water source水源選擇 Methods of Water treatment 水處理基本措施 Precipitation沉降 Filtration過濾 Bactericide殺菌 Gas freeing 脫氣 Oil removal除油 Insolation曝曬 Precipitation沉淀 沉淀是讓水在沉淀池（罐）內有一定的停留時間， 使其中所懸浮的固體顆粒借助自身的重量沉淀下來。 Stokes沉降規律： 提高沉降效果 足夠的沉淀時間：加迂回擋板，增大流程。 快速的下沉速度：加入絮凝劑，增大顆粒直徑。 Filtration過濾 過濾目的過濾目的是除懸浮是除懸浮固體

22、固體或除或除鐵鐵。 過濾器的種類：過濾器的種類：不同的過濾器，過濾標不同的過濾器，過濾標 準或過濾對象不盡相同。準或過濾對象不盡相同。 常見的除鐵方法：常見的除鐵方法：自然氧化法（石英砂自然氧化法（石英砂 過濾）、接觸催化法（天然錳砂過濾）、過濾）、接觸催化法（天然錳砂過濾）、 人工石英砂法。人工石英砂法。 雙向濾器結構示意圖雙向濾器結構示意圖 1-罐體； 2-防砂器； 3-上井水管； 4-反沖洗排水管； 5-出水管； 6-反沖洗進水管； 7-配水管； 8-出水管； 9-集水篩管； 10-無煙煤濾料層； 11-石英砂濾料層； 12-磁石礦砂層； 13-卵石墊料層 壓力式錳砂除鐵濾罐壓力式錳砂除

23、鐵濾罐 1-罐體； 2-濾料層； 3-墊料層； 4-集配水管； 5-進水管； 6-反沖洗排水管； 7-出水管； 8-反沖洗進水管； 9-自動排氣閥； 10-排氣管 Bactericidal 殺菌 殺菌方法有化學法和物理法殺菌方法有化學法和物理法, ,油田常用殺菌劑油田常用殺菌劑: : 名稱名稱特性特性 甲醛、氯氣、 次氯酸鈉、次氯酸鈣 通用產品 過氧乙酸雙氧水和醋酸合成 戊二醛 TS-801、TS-802季銨鹽類液體藥劑含量24% 1227(潔爾滅)季銨鹽類無色淡黃色液體含量40% HC1-126棕色液體 Gas freeing 脫氣 l真空除氧：真空除氧：降低壓力就降低了溶解氣量。降低壓力就降低了溶解氣量。 l氣提脫氧：氣提脫氧：用天然氣或惰性氣體從水中逆流以用天然氣