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气田水回注处理工艺技术探讨

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气田 水回注 处理 工艺技术 探讨
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收 稿 日 期 : 2006 - 01 - 27; 修 回 日 期 : 2006 - 06 - 15作 者 简 介 : 刘 倩 (1975 - ) ,助 理 工 程 师 , 1998年 7月 毕 业 于 西 南 石 油 学 院 ,现 从 事 天 然 气 开 采 及 储 运 工 作 。 地 址 : (646001)四 川 省 泸 州 市江 阳 区 兰 田 镇 蜀 南 气 矿 ,电 话 : (0830) 3920326, E - 63. 工 艺气 田 水 回 注 处 理 工 艺 技 术 探 讨刘   倩 1 ,唐 建 荣 1 ,喻   宁 2(1中 国 石 油 西 南 油 气 田 分 公 司 蜀 南 气 矿 2四 川 科 宏 石 油 天 然 气 工 程 有 限 公 司 )刘   倩 等 . 气 田 水 回 注 处 理 工 艺 技 术 探 讨 工 艺 , 2006, 29 (5) : 58 - 60摘   要 : 目 前 气 田 水 的 处 理 方 法 主 要 是 回 注 地 层 。 从 蜀 南 气 矿 的 回 注 情 况 分 析 ,回 注 效 果 的 好 坏 一 方 面 取 决于 回 注 井 回 注 层 的 渗 透 性 与 有 效 储 集 空 间 的 大 小 ,另 一 方 面 取 决 于 回 注 水 质 情 况 ,主 要 是 地 层 水 组 分 、 水 中 悬 浮物 、 氧 化 物 与 回 注 井 地 层 岩 石 的 配 伍 情 况 。 以 碳 酸 盐 岩 枯 竭 气 藏 为 目 标 ,论 述 了 回 注 井 的 选 择 原 则 和 回 注 水 水 质的 处 理 方 法 ,并 以 纳 8井 为 例 探 讨 了 回 注 工 艺 技 术 ,应 用 文 中 的 方 法 不 仅 可 以 确 保 正 常 回 注 ,而 且 可 以 大 幅 度 降 低回 注 工 程 建 设 费 用 和 生 产 运 行 成 本 ,对 提 高 有 水 气 藏 采 收 率 有 重 要 意 义 。关 键 词 : 气 田 水 ; 回 注 ; 碳 酸 盐 岩 ; 枯 竭 气 藏 ; 水 处 理 工 艺中 图 分 类 号 : 22      文 献 标 识 码 : A    文 章 编 号 : 1006 - 768X (2006) 05 - 0058 - 03一 、 气 田 水 处 理 工 艺 方 法及 回 注 井 的 选 择气 田 水 的 处 理 有 回 注 地 层 、 达 标 排 放 、 闪 蒸 法 、膜 法 、 综 合 利 用 等 方 法 ,目 前 国 内 外 用 得 最 多 的 是 回注 地 层 。 从 蜀 南 气 矿 的 回 注 情 况 分 析 ,回 注 效 果 的好 坏 一 方 面 取 决 于 回 注 井 回 注 层 的 渗 透 性 与 有 效 储集 空 间 的 大 小 ,另 一 方 面 取 决 于 回 注 水 质 情 况 ,主 要是 地 层 水 组 分 、 水 中 悬 浮 物 、 氧 化 物 与 回 注 井 地 层 岩石 的 配 伍 情 况 。气 田 水 回 注 井 应 具 备 如 下 条 件 : (1)地 层 裂 缝 、孔 洞 发 育 ,渗 透 性 能 好 ; (2)有 较 大 的 储 水 空 间 ; (3)井 身 结 构 良 好 ,注 入 水 不 窜 至 地 面 ; (4)距 离 出 水 井较 近 ,地 面 建 设 投 资 较 小 。根 据 蜀 南 地 区 气 田 水 回 注 经 验 ,有 以 下 几 类 井可 供 选 择 :选 择 有 漏 层 的 地 方 钻 回 注 井 ;利 用 有 漏 层的 报 废 井 进 行 试 修 ,恢 复 其 漏 层 ;采 气 枯 竭 井 。 如 蜀南 地 区 约 30余 口 气 田 水 回 注 井 均 选 择 采 气 枯 竭 井 。这 类 井 注 水 性 能 好 ,地 面 工 程 投 资 工 作 量 小 。选 择 枯 竭 气 井 作 回 注 井 时 ,其 储 水 空 间 可 由 式(1)计 算 :V = 0. 101325 (Σ ( Z ) + Σ 1)式 中 : V— 储 水 容 积 , Σ 累 积 采 气 量 , 原 始 地 层 压 力 ,Z — 压 缩 因 子 ;Σ 累 积产 水 量 , 、 回 注 压 力 的 确 定1. 常 压 注 水目 前 所 选 回 注 井 多 为 采 气 枯 竭 井 ,井 深 一 般 超过 1 000 m,注 水 时 ,其 井 筒 液 柱 压 力 也 在 10 因 而 对 于 采 气 枯 竭 气 藏 ,注 水 压 力 常 常 为 0。 有时 注 水 速 度 较 高 ,地 层 吸 收 较 慢 ,注 水 压 力 稍 有 上升 ,但 1~ 2 够 。在 集 气 站 ,常 利 用 疏 水 阀 的 压 力 直 接 注 水 ,这时 ,回 注 压 力 就 是 疏 水 阀 的 排 出 压 力 ,见 式 (2) Δ p (2)式 中 : 注 水 压 力 , 油 管 压 力 (从 油 管 注 水 ) , p— 疏 水 阀 出 口 至 回 注 井 口 管 线 的 压 力 损 失 , 据 气 井 水 产 量 (输 水 量 )、 管 道 情 况 (管径 、 长 度 、 材 质 )、 管 道 沿 线 高 程 变 化 等 进 行 计 算 。当 排 水 管 道 沿 线 高 程 变 化 较 小 时 :Δ p = 9. 81 × 10 - 4 × λ × (γ /2 (3)式 中 :Δ p— 排 水 管 线 压 力 降 , — 摩 阻 系 数 ;γ —液 体 密 度 ,取 1 030 kg/ u— 流 速 , m / s; L— 管 道 长度 , m; g— 重 力 加 速 度 , 9. 81 m / d— 管 道 内 径 ,. 高 压 注 水有 时 ,所 选 回 注 井 地 层 渗 透 性 差 ,需 经 过 压 裂 人·85·  钻       采       工       艺 月2006工 造 缝 后 ,才 能 回 注 。 如 川 中 油 气 矿 的 磨 69井 ,地层 经 过 压 裂 后 进 行 注 水 ,该 井 注 水 层 位 为 大 安 寨 砂岩 ,孔 缝 较 差 ,井 段 1 371~ 1 353 m,井 内 油 管 为 51 钢 下 至 1 345. 95 m。 2004年 4月 6日 ~ 20日 试 注 ,累 积 注 水 量 296 注 水 泵 压 由 6 19 前 注 水 泵 压 力 保 持 在 25 ,每 日 注 水 10 h,日 注 水 量 20 从 2004年 11月 至2005年 5月 已 累 积 注 水 6 110 、 碳 酸 盐 岩 枯 竭 气 藏回 注 井 回 注 水 水 质 探 讨1. 气 田 水 组 分不 同 气 田 、 不 同 产 水 层 位 其 所 产 地 层 水 的 组 分不 一 样 ,但 对 蜀 南 地 区 气 田 主 产 层 三 迭 系 嘉 陵 江 气藏 和 二 迭 系 茅 口 气 藏 而 言 ,其 气 田 水 的 组 分 主 要 为钾 、 钠 、 镁 离 子 和 氯 根 、 碳 酸 根 离 子 ,还 有 少 量 的 碘 、溴 、 硼 离 子 等 ,其 他 重 金 属 离 子 如 汞 、 钡 等 离 子 一 般很 少 。从 井 中 采 出 的 地 层 水 除 含 有 上 述 组 分 外 ,还 含有 一 些 固 体 物 质 如 钻 井 时 漏 入 地 层 中 的 钻 井 液 、 岩屑 等 ,此 外 还 有 地 层 水 对 管 道 、 设 备 腐 蚀 产 生 的 腐 蚀余 物 。 这 些 杂 质 在 注 入 回 注 井 前 要 经 过 处 理 ,尽 可能 去 除 ,以 确 保 回 注 井 不 被 堵 塞 降 低 回 注 性 能 。2. 回 注 水 水 质 探 讨制 定 回 注 水 水 质 标 准 应 在 大 量 调 研 ,弄 清 回 注层 情 况 、 水 质 情 况 的 基 础 上 分 别 对 待 ,其 原 则 是 :在确 保 回 注 井 长 期 稳 定 回 注 的 前 提 下 ,气 田 水 经 过 较简 便 的 工 艺 处 理 就 能 达 到 回 注 标 准 ,以 便 尽 可 能 节约 成 本 。对 于 以 孔 隙 为 主 储 水 的 地 层 和 以 裂 缝 为 主 储 水的 地 层 ,回 注 地 层 水 在 地 下 的 运 移 和 储 集 的 机 理 是不 一 样 的 ,其 回 注 水 的 水 质 和 处 理 工 艺 也 不 一 样 。对 于 以 孔 隙 为 主 (砂 岩 层 )的 回 注 井 ,地 层 的 孔隙 既 是 渗 滤 通 道 ,又 是 储 集 空 间 ,一 旦 井 底 附 近 孔 隙被 堵 ,则 回 注 水 就 不 可 能 向 远 处 地 层 流 动 。 因 为 孔隙 直 径 很 小 ,这 就 要 求 回 注 水 中 固 体 微 粒 的 处 理 就要 更 精 细 ,根 据 《 油 田 含 油 污 水 处 理 设 计 规 范 》 ,颗粒 直 径 ≤ 5~ 10μ m,这 一 要 求 是 很 高 的 。 回 注 水 必须 要 精 细 过 滤 才 能 达 到 ,而 增 加 精 细 过 滤 ,则 设 备 和能 耗 增 加 ,水 处 理 成 本 更 高 。对 于 以 裂 缝 、 溶 洞 为 主 的 (碳 酸 盐 岩 层 )回 注井 ,地 层 的 裂 缝 、 溶 洞 既 是 储 集 空 间 又 是 渗 透 通 道 ,这 类 井 的 孔 隙 、 微 孔 隙 、 微 裂 缝 所 占 空 间 比 例 很 小 ,一 般 只 有 10%以 下 ,这 类 空 间 处 于 低 渗 透 带 所 储 存的 气 很 难 采 出 ,因 而 也 很 难 通 过 渗 滤 流 进 回 注 水 。这 就 是 说 ,对 于 碳 酸 盐 岩 裂 缝 性 地 层 作 回 注 层时 ,回 注 地 层 水 的 水 质 就 不 如 象 孔 隙 性 地 层 要 求 那 样高 。 经 过 蜀 南 地 区 多 年 的 实 践 经 验 ,认 为 回 注 水 标 准中 主 要 应 控 制 机 械 杂 质 的 含 量 ,指 标 建 议 : 6~ 9;悬 浮 固 体 物 : ≤ 100 ;颗 粒 直 径 : ≤ 10μ m;石 油 含量 : ≤ 15 。如 果 回 注 水 中 不 含 油 ,在 水 处 理 时 就 不 进 行 油 的处 理 。西 南 油 气 田 分 公 司 目 前 暂 定 气 田 回 注 水 标 准 为固 体 悬 浮 物 ≤ 100 ,油 含 量 < 15 , . 5~ 8. 5。还 应 当 指 出 ,对 于 回 注 地 下 的 水 与 回 注 井 的 地层 、 地 层 水 应 有 相 容 性 ,即 不 产 生 结 垢 、 沉 淀 而 堵 塞 注水 通 道 。四 、 气 田 水 处 理 工 艺 技 水 回 注 处 理 工 艺 选 择 依 据(1)回 注 水 水 质 标 准 ; (2)气 田 水 的 类 型 ; (3)回注 目 标 井 储 集 类 型 。 水 处 理 工 艺 流 程 考 虑 的 主 要 因 素处 理 后 水 与 地 下 水 的 配 伍 性 ;回 注 水 的 特 定 指标 ;降 低 投 资 ;尽 量 降 低 运 行 成 本 的 经 济 合 理 性 ;设 备易 维 护 ;滤 料 再 生 能 力 ;减 少 在 污 水 处 理 过 程 中 带 来的 二 次 损 害 及 产 生 污 泥 量 ;各 单 元 工 艺 的 选 型 和 设 备选 型 对 运 转 可 靠 性 的 影 响 ;各 集 成 单 元 的 迁 移 性 能 。 水 回 注 工 艺 流 程 (见 图 1)。图 1  气 田 水 回 注 工 艺 流 程 示 意 图3. 1  沉 淀 池(1)功 能 :调 节 水 质 水 量 ,隔 油 沉 砂 。 对 原 有 沉淀 池 改 造 ,增 加 斜 管 、 堰 板 ,起 沉 淀 、 隔 油 作 用 。(2)沉 淀 时 间 : 10 h。(3)主 要 设 备 :斜 管 、 堰 板 、 隔 板 、 粗 格 栅 、 提 升 泵两 台 (一 用 一 备 )。3. 2  斜 管 沉 淀(1)功 能 :继 续 隔 油 沉 砂 ,对 悬 浮 物 进 行 聚 结 沉淀 。(2)设 计 流 程 指 标 :出 口 悬 浮 物 在 50~ 100 l,含 油 ≤ 5 l。·95·第 29卷   第 5期29  5钻       采       工       艺              (3)主 要 设 备 :W 30分 离 器 。3. 3  粗 过 滤(1)功 能 :粗 过 滤 ,对 悬 浮 物 和 油 进 行 预 处 理 ,反洗 水 回 到 沉 淀 池 。(2)设 计 流 程 指 标 :出 口 悬 浮 物 ≤ 10 l,含 油≤ 5 l,设 计 压 力 0. 6 3)主 要 设 备 :过 滤 泵 一 台 ;反 洗 泵 一 台 ;过 滤 器一 台 。3. 4  污 泥 干 化 池(1)功 能 :将 沉 淀 池 、 沉 淀 罐 内 的 污 泥 收 集 在 干化 池 内 干 化 。(2)主 要 设 备 :真 空 泵 一 台 ,运 泥 推 车 一 辆 。3. 5  储 水 罐蓄 水 ,供 过 滤 器 反 洗 用 水 。3. 6  综 合 设 备 间(1)值 班 控 制 室 :控 制 值 班 用 ;(2)工 具 室 :存 放 工 具 、 零 配 件 用 ;(3)泵 房 :安 装 注 水 泵 和 离 心 泵 。 特 点该 流 程 针 对 性 较 强 ,根 据 气 田 水 水 质 特 点 ,主 要考 虑 悬 浮 物 和 油 的 过 滤 处 理 ,操 作 简 单 ,关 键 是 不 投加 药 剂 ,避 免 投 加 药 剂 产 生 的 大 量 污 泥 量 ,运 行 费 用低 。 与 加 药 和 精 滤 流 程 比 ,每 个 回 注 站 可 节 约 投 资200~ 300万 元 ,每 立 方 米 的 处 理 费 可 节 省 3~ 5万 元 。五 、 碳 酸 盐 岩 裂 缝 性气 藏 回 注 井 注 水 实 例从 蜀 南 气 矿 所 选 回 注 井 的 储 层 资 料 可 知 ,气 藏 储层 绝 大 多 数 为 碳 酸 盐 岩 裂 缝 型 气 藏 ,裂 缝 既 是 储 气 空间 ,又 是 渗 透 通 道 ,选 择 这 类 井 注 气 田 水 ,主 要 是 靠 裂缝 储 水 而 不 是 靠 孔 隙 储 水 ,更 不 是 靠 微 细 裂 缝 和 微 细孔 隙 储 水 ,因 而 微 小 粒 径 的 悬 浮 物 对 裂 缝 渗 流 通 道 不会 产 生 堵 塞 ,这 就 对 回 注 水 的 水 质 指 标 要 求 与 孔 隙 性气 藏 不 一 样 ,即 回 注 水 处 理 工 艺 中 可 以 少 去 精 细 过 滤或 加 药 工 艺 设 施 ,可 大 大 节 省 工 程 的 投 资 与 运 行 成本 。 这 里 以 纳 溪 气 田 回 注 井 纳 8井 为 例 作 一 说 明 。图 2  纳 8井 裂 缝 圈 闭 压 降 储 量 曲 线 图纳 溪 气 田 纳 8井 于 1964年 6月 9日 投 产 ,生 产层 位 为 茅 口 组 碳 酸 盐 岩 ,产 层 中 部 井 深 2 077. 50 m。该 井 原 始 地 质 储 量 为 0. 42 × 108 1976年 已 枯 竭 ,计 算 的 储 集 空 间 为 17. 6 × 104 纳 8井 于 1977年1月 开 始 作 为 地 层 水 回 注 井 ,至 今 已 累 计 回 注 16. 8 ×104 层 水 。 纳 8井 回 注 层 位 是 茅 口 组 ,属 裂 缝 孔隙 型 气 藏 ,在 长 期 的 回 注 中 ,卤 水 只 经 过 污 水 池 沉 淀与 隔 油 池 初 级 处 理 而 未 进 行 精 细 过 滤 就 回 注 ,至 今 已回 注 26年 ,从 未 发 生 堵 塞 ,现 回 注 量 已 接 近 该 井 的 储集 空 间 ,仍 在 回 注 。 由 图 2可 知 ,该 井 储 集 空 间 主 要是 裂 缝 系 统 ,由 于 裂 缝 发 育 ,渗 流 通 道 连 通 好 ,因 此 对回 注 水 质 的 要 求 不 高 ,气 田 卤 水 只 经 过 简 单 的 沉 淀 处理 就 可 以 实 现 正 常 回 注 。 从 纳 8井 这 一 类 型 的 回 注井 可 以 得 出 以 下 结 论 :气 田 回 注 井 主 要 是 利 用 地 下 大缝 大 洞 形 成 的 储 集 空 间 ,储 层 为 裂 缝 - 孔 隙 型 的 井 ,储 水 能 力 较 强 。 因 此 ,具 有 裂 缝 型 储 层 的 回 注井 ,在 水 处 理 工 艺 中 ,可 以 不 考 虑 精 细 处 理 流 程 ,只 需沉 淀 、 粗 过 滤 就 能 顺 利 回 注 。 通 过 蜀 南 气 矿 已 有 精 细过 滤 装 置 的 运 行 成 本 分 析 ,如 不 搞 精 细 过 滤 ,每 立 方米 水 的 处 理 成 本 可 以 降 低 10元 以 上 。根 据 计 算 ,大 裂 缝 与 大 溶 洞 体 积 为 16. 75 × 104占 整 个 气 藏 孔 隙 体 积 的 95. 17% ,而 微 裂 缝 微 孔隙 体 积 不 足 整 个 气 藏 孔 隙 体 积 的 5% ,对 回 注 水 的 储存 起 的 作 用 较 小 。六 、 结 论对 于 气 田 水 处 理 工 艺 的 选 择 ,主 要 应 认 识 清 楚 两个 方 面 的 问 题 :一 是 回 注 水 水 质 情 况 ,二 是 回 注 层 的地 质 特 征 。 蜀 南 气 田 30多 口 井 20多 年 回 注 的 实 践证 明 ,对 于 碳 酸 盐 岩 裂 缝 性 枯 竭 气 藏 作 回 注 层 时 ,如果 回 注 水 不 与 该 气 藏 所 产 地 层 水 反 应 生 成 垢 ,则 其 处理 工 艺 非 常 简 单 ,即 主 要 是 沉 淀 和 过 滤 ,只 要 经 过 沉淀 、 过 滤 后 的 气 田 水 再 回 注 到 地 层 中 ,不 会 对 裂 缝 、 孔洞 产 生 堵 塞 。 这 样 ,不 仅 可 以 极 大 节 约 水 处 理 装 置 的建 设 费 用 ,而 且 可 以 节 约 能 源 ,降 低 气 田 水 处 理 运 行成 本 ,获 得 良 好 的 经 济 效 益 和 社 会 效 益 。参 考 文 献[ 1 ]  张 兴 儒 ,吴 振 烈 田 环 境 保 护 [M ]. 北 京 :石 油 工 业出 版 社 , 1995年 1月 .[ 2 ]  杨 旭 ,喻 平 仁 ,卢 富 国 ,等 . 气 田 水 回 注 的 水 质 问 题 及 回注 井 选 择 [M ] 田 环 境 保 护 , 1996, 6 (4).(编 辑 :黄 晓 川 )·06·  钻       采       工       艺 月2006006,is in on m ic     il xp 10500,P. R.   (028) 83032052    E - 26. N F O N J 4 , 4 1. 2. 3. 4. , D 5) , 2006: 51 - 53s of p In sp of is to on p p to of It p p sp 980, is s ic     10500, P. R.  13880716397    E - 63. F N O N U 2 , L I X 2 (1. ; 2. Xi’3. , D 9 (5) , 2006: 54 - 57A s a of is of in of is p in p It is to p on p p of is ly of of A t p of of p of p U 972, he is s , he is i′ in on     P. O. 51, 02249, P. R.   ( 010)89734340    E - 63. O N O N F E O U Q U N 1. o. ; 2. o. , L ) ,D 9 (5) , 2006: 58 - 60A t p p p is to On of of of of as as of p le of p of on p a 8 as U s of p of U Q , 975, 998, is in     46001, P. R.   ( 0830)3920326    E - 63. O R N C Q u (D , D 9(5) , 2006: 61 - 63of s to p of in ic to p of in ic is so is In to p of in ic le U p in th of So of is p in ic Q , 952, 982, is on p     18300, P. R.   (0838) 5151369 N D Y X xp o. ; 2. o. ) , D 9 (5) ,2006: 64 - 66of p p of on p by on p le of in to t of sucker
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