气田水通常是指在采气过程中随天然气一同带出地面的地下水[1], 携带着大量的重金属、固体悬浮物、各种无机盐、石油类等污染物质。大量气田水被带至地面, 如不经处理直接排放会造成土壤板结, 引起地下水污染等环境问题。对那些产水量大和无外排条件的气田水, 一般都采用回注方式进行处置。为保证回注成功和回注系统的正常运行, 对注入层位、注入水质、注入工艺等必须进行正确选择。川中大安寨段储层分布广, 厚度较大, 裂缝发育; 油藏采出量大, 部分裂缝系统和区块已进入开发后期或枯竭停产, 可利用井多; 注水试验也证明大安寨层具有广泛可注性[2]。因此大安寨段可作为气田水回注的首选层位, 但必须通过水质配伍性实验, 证实配伍性好, 不发生沉淀反应, 方可进行回注。若气田水得以回注地层, 不仅具有较好的经济效益, 而且具有重要的环保意义[3, 4]。
大安寨段(J1d)主要由一套内陆淡水湖相灰、页岩组成, 区域厚度为80m~110m, 黑色页岩为主要生油岩, 生物灰岩是主要储集岩。
大安寨段介屑灰岩储集空间可分为原生孔隙、次生孔隙和裂缝三大类。孔隙以基质中的晶间孔、粒内溶孔、粒间溶孔为主, 裂缝则以构造成因的微裂缝和宏观(肉眼能观察到)裂缝为主。裂缝既是重要的储集空间, 同时又是主要的渗滤通道, 孔隙也是储集空间, 但仅有部分与裂缝相对连通者才是有效的。煤油法测得9696个样品孔隙度平均为1.16%, 渗透率均值小于0.1×10-3μm2, 岩心观察到的裂缝孔隙度为0.13%。由于裂缝与孔隙的存在, 使得大安寨段储层具有双重介质的特征, 不仅增加了有效储集空间, 而且极大地改善了渗滤条件。
川中大安寨段储层分布广, 厚度较大, 裂缝发育; 油藏采出量大, 部分裂缝系统和区块已进入开发后期或枯竭停产, 可利用井多。大安寨段储层满足了作为回注层位的地质条件:一是埋藏较浅且封闭性好; 二是目的层有足够大的容积; 三是地层压力不高, 且有能量亏损。因此, 大安寨段可作为气田水回注的首选层位。
须家河气藏共有生产井117口, 目前月产水量在28706m3左右; 嘉二气藏有生产井29口, 月产水量在25377m3左右; 长兴气藏有生产井1口, 月产水量约为1.6m3。
川中气田产出水以上三叠系须家河组(T3x)气田水(通常称之黄卤)和下三叠系嘉陵江组(T1j2)气田水(即常称的黑卤)分布最广和最稳定, 上二叠系长兴组(P2ch)气田水仅有少量产出, 气田水水质的组成成分见表 1。
由表 1可见, 川中产出地层水矿化度较高, 雷一1最高达到148.56g/L; 嘉二矿化度最低也有62.33g/L, 其水质含有一定量的Ca2+、Mg2+等硬离子和大量的Cl-。当气田水回注到异层时, 这些矿物离子随着温度、压力以及pH值的变化就可能发生沉淀, 因此必须对气田水和大安寨段地层水的配伍性做出评价, 水质配伍性要求地层水型与回注水型相容。
通过对现场水样的固悬物含量(SS)和油含量(O)分析可知, 气田水油含量为0, 而固悬物含量严重超标, P2ch气田水SS=247.07mg/L; T3x气田水SS=192.42mg/L; T1j2气田水SS=58.24mg/L。与回注水质中的(SS)和颗粒粒径(d)直接相关的是地层的储渗透性, 换言之就是回注层对水质中悬浮物、微粒粒径指标的要求, 此点可以通过室内岩心驱替实验评价。
注入水与地层水配伍性的好坏, 关系到注水开发能否顺利进行, 一旦不配伍水注入地层, 对储层造成的伤害将是破坏性的。因此, 当两种气田水混合时, 气田水是否能进行混合回注的一个重要指标是气田水水质配伍性的好坏, 水质配伍性要求地层水型与回注水型相容, 对各种注入水水源选择可用注入水配伍性静态实验进行评价。本试验应用浊度仪对混合水样的浊度进行测试, 半定量地评价配伍性。实验结果见表 2。
实验步骤:
(1) 先将回注污水和地层水过滤, 排除水样固体杂质的干扰;
(2) 将回注污水和地层水按等比例混合好后, 装入试管中, 然后放入高温高压反应釜。在储集层温度(65℃)、压力(32.5MPa)条件下放置24h;
(3) 观察实验现象, 评价回注污水与回注层地层水之间的配伍性。
根据配伍实验结果, 可以看出J1d地层水与T3x气藏产出水配伍性好, 其余气层产出水与大安寨段地层水配伍性均比较差, 这与各层位地层水本身组分复杂有密切关系。气田水在经过相互混合后, 水样发生了沉淀反应, 水质配伍性较差, 不能达到回注标准。T3x、P2ch、T1j2单一产出污水因采出地面温度压力下降和药剂处理, 回注到一定的温度压力条件下, 不同程度地出现一定量的微量沉淀, 但是含量很低。目前地面产出污水混合的主要方式:T1j2+P2ch混合配伍性最好; T3x+P2ch混合配伍性一般; T3x+T1j2、T3x+T1j2+P2ch混合水配伍性差。在大安寨段储层条件下, 运用饱和指数法和稳定指数法对气田水和J1d地层水的混合水样进行结垢预测表明, 不结硫酸盐垢, 大部分混合水回注呈轻度结碳酸钙的趋势。形成的沉淀加入盐酸后沉淀大部分消失, 证实了沉淀以钙质组分为主。
因此在处理工艺中, 只采用加药沉淀、混凝沉降、过滤、精滤等方法来去除SS不能满足回注要求, 必须采用防垢措施。同时考虑到因气田水矿化度较高, 其中含有的大量Cl-穿透力强, 会破坏金属表面的保护膜, 腐蚀金属, 从而造成设备和管线的破坏, 给注水作业造成困难和昂贵的维修费用等[2], 可采取投加缓蚀剂来防止Cl-、O2等对金属的腐蚀。
为确定合理的气田产出地层水回注水质指标, 进行以下岩心动态驱替实验研究。
实验选取大安寨段油藏储层的天然岩样。首先将岩样饱和地层水测定岩样初始渗透率, 然后在相同流速下将注人水注人岩心, 计算注入不同孔隙体积倍数时岩样的渗透率值。根据渗透率变化程度评价产出水与储层间的配伍性。
(1) 实验用水:①地层水:未经处理的污水, 经过精细过滤; ②注入水:未处理气田水经粗过滤水样。
(2) 试验程序:①将准备好的岩心抽空饱和地层水24h;②饱和后的岩心装入夹持器中, 恒温65℃; ③用地层水注入岩心, 恒速注入, 待压力稳定后测定岩心的地层水渗透率(K0); ④用注入水驱替10、20、30、40、50、60、80PV, 测其相应的渗透率(Krn); ⑤根据最终注入一定孔隙体积倍数后岩心渗透率K和原始地层水渗透率K0判断配伍性。若K/K0 > 0.70, 则配伍性好, 无伤害。
所得实验结果见表 3。
由表 3可以看出, 相对于混合水样与储层岩石的配伍性, 单一气田水与储层岩石配伍性较好, 其中用P2ch地层水驱替大安寨段岩心, 平均保留率达到77.87%, 混合水样中T3x+P2ch驱替岩心后渗透率保留率最大也只能达到56.59%, 这说明水样混合后组分更加复杂, 配伍性差, 对岩心损害变大。因此, 为避免大安寨段储层回注能力减弱, 气田水应尽量单独回注。通过对比观察实验前后岩心电镜发现, 造成岩心渗透率降低的主要原因是岩心缝面被盐析晶体、悬浮固相及絮凝剂等高分子聚合物覆盖, 对岩心造成了一定的伤害。
另外, 本试验建立四级污水对大安寨段岩心做驱替实验, 通过驱替前后岩心的渗透率变化来优选水质指标。由于气田水水样的含油率已经达到回注标准, 因此仅考虑固悬物含量和中值粒径两大指标, 实验结果见表 4。
从表 4可知, 随着对水质要求的增高, 驱替后岩心渗透率的保留率也逐步增高, 四级污水水样对岩心的损害程度可控制在20%以内, 当然这对现场的注水工艺也提高了要求。根据实际情况, 现场将水样控制在三级到四级之间就可收到较好的注水效果。
通过水质标准系列筛选实验, 推荐气田水回注的水质指标为:固悬物含量SS < 10mg/L, 固悬物粒径中值d < 3μm, 油含量O < 10mg/L。其他指标参考行业标准。
(1) 目前气田水处理还缺少回注水质指标, 再者大安寨段储层裂缝系统存在不均质性, 建议根据不同井确定不同的回注指标, 并制订注水效果监测措施, 确保注人水不窜层。
(2) 从静动态配伍性实验结果可知, 单一气田水与大安寨地层水及岩石的配伍性好于混合水样, 建议污水尽量单独回注。
(3) 推荐气田水回注的水质指标为:固悬物含量SS < 10mg/L, 固悬物粒径中值d < 3μm, 含油量O < 10mg/L。其他指标参考行业标准。
2010, Vol. 39 Issue (1): 79-82
2010, Vol. 39 Issue (1): 79-82