榆林某气田开发以水平井为主，裸眼完井，分段压裂，气井产量大，流速高，回注污水以高含醇采气废水处理后回用为主。由于作业频繁及气田自身特点使得作业废水复杂多变(具有高浊度、高矿化度、高腐蚀性、高铁离子、低pH值“四高一低”的特点)，加之高含醇采气废水处理工艺不合理，直接导致回注污水水质波动大，引起污水回注井堵塞，造成污水回注井的注水量降低或注不进去。为此，气田采取多次盐酸酸化解堵施工，解堵效果随施工次数的增加而降低，使得酸化解堵作业频繁，增加了生产成本。本文通过对回注罐罐底沉积物和回注污水的研究来分析污水回注井堵塞原因，为解堵施工的优化提供依据。
榆林某气田回注污水来源于处理后回用的高含醇采气废水，目前高含醇废水经过三相分离器初步分离后，通过管道混合器加入调整剂、絮凝剂、助凝剂，进入甲醇富液罐与高含醇废水混合沉降，然后经三级过滤后进入精馏塔回收甲醇，塔底出水进入回注罐再回注地层。具体工艺流程见图 1。
此系统自投运以来，由于处理工艺不完善、来水性质不稳定、预处理药剂不配伍及加药装置频繁故障等原因，导致处理后回注污水中含油量、固体悬浮物、有机物、铁离子等成垢离子含量严重超标。以上水质特点均可造成污水回注井堵塞，为此，对该系统处理后的回注污水进行水质分析来判断堵塞物的性质。
由回注污水处理工艺可得：废水经精馏塔后直接进入回注罐，因此可分析精馏塔塔底出水来评价回注污水性质。为了客观、全面、有效地分析评价目前回注污水处理系统对污水回注井堵塞的影响，分别于不同时间采集精馏塔塔底出水，对其进行水质全分析。实验结果见表 1所示。
由表 1可见，精馏塔塔底出水水质不稳定，成分复杂，其性质可造成污水回注井堵塞。主要表现为：(1)塔底出水为乳白色、不透明液体，污水水质呈弱酸性，pH值为6.4左右，其弱酸性可能是引起注水管网腐蚀的原因，其腐蚀产物可引起地层机械堵塞[2]；(2)污水中含油量很高，水中的残油进入地层后通过吸附粘滞作用堵塞回注井井底周围，这可能是引起回注井堵塞的主要原因之一；(3)污水中铁离子含量高，其中Fe2+离子为100 mg/L~130 mg/L，Fe3+离子为20 mg/L~45 mg/L，可腐蚀注水管网，造成地层机械堵塞；(4)污水中Ca2+、Mg2+含量较低，Ca2+含量为90 mg/L~190 mg/L，Mg2+含量为5 mg/L~25 mg/L，但HCO3-含量高，由此判断该气田污水回注井堵塞的成垢物质主要为碳酸盐；(5)固体悬浮物含量远远大于注水标准，为40 mg/L~230 mg/L，可通过机械截留、吸附截留和架桥截留作用造成堵塞[3]。
由于回注污水在回注罐中累积停留时间较长和固体悬浮物的沉降等原因，可在回注罐罐底形成沉积物。沉积物的物理化学性质与污水回注井堵塞物相似，可通过罐底沉积物的性质来研究污水回注井堵塞原因和机理。
将沉积物样品用滤纸吸干，所得半固体样品在80 ℃真空干燥器中干燥。研磨后过40目试验筛，再将样品在80 ℃真空干燥器干燥至恒重，取样时用“四分法”。
将沉积物在80 ℃真空干燥器干燥后，沉积物颜色由黑色变为黄褐色。用沸程为60 ℃~90 ℃的石油醚萃取后，沉积物颜色由黄褐色变为土黄色，说明沉积物中含油量较高，证明含油对污水回注井堵塞有很大影响。将其过滤，测定滤纸上截留的固体质量，计算沉积物含油量。实验结果见表 2。
配制20%的盐酸，将其与烘干后的沉积物以液(体积)固(质量)为20:1混合，加热煮沸5 min。将其过滤，测定滤纸上截留物的质量，计算沉积物酸溶物组分含量。实验结果见表 3。
回注罐罐底沉积物经过长期淤积，成分复杂，主要表现为无机物和有机物并存。无机物主要为垢和酸不溶物，有机物主要为微生物及其代谢产物和油。表 4为沉积物的组分分析。
可见，沉积物中的可酸溶性组分主要是CaCO3和一些有机物，酸不溶物主要是SiO2。由此可见，回注污水中HCO3-对结垢影响显著，证明前面的推测。由于FeS的存在，可推测回注污水中存在硫酸盐还原菌[4]。由此可对沉积物上清液细菌含量进行分析，以期确认FeS形成原因。
取沉积物上清液，采用绝迹稀释法测定SRB、TGB和FB含量。结果见表 5。
由上表可得：SRB和FB含量很高，证明沉积物中存在FeS和可溶性有机物含量高的结果与细菌含量有关。高细菌含量的回注污水势必会由于细菌繁殖、代谢引起地层有机物堵塞。高SRB含量还会引起注水管网的腐蚀，腐蚀产物也可堵塞污水回注井。另外，其产生的CO2、H2S、S-等能引起FeS、CaCO3等无机沉淀，也可造成堵塞[5]。
由于回注污水中固体悬浮物含量高，须对回注罐罐底沉积物进行粒径分析，得出固体悬浮物的粒径对污水回注井堵塞的影响。取少量未经干燥处理过的沉积物加入水中，用超声波分散后，在搅拌速度为2 400 r/min~2 800 r/min的条件下用MASTERSIZER2000激光粒度仪测定颗粒粒径分布，该测定结果为各种颗粒处于完全分散状态下的粒径分布。实验结果见图 2。
由图 2可得：罐底沉积物的体积中位直径(D50)为36.875 μm、体积平均直径为54.729 μm、表面积平均直径为12.222 μm。由此可见，沉积物粒径较大，容易通过机械截留堵塞污水回注井中孔隙吼道，从而造成堵塞。
根据上述分析，可以推测污水回注井堵塞有以下几个方面的原因：
(1) 回注污水中固体悬浮物和残油通过机械截留、吸附截留和架桥截留堵塞地层孔隙通道造成的堵塞；
(2) 回注污水中的成垢离子含量过高，造成的结垢或者与地层水不配伍形成无机物堵塞。
(3) 细菌及其繁殖、代谢产物形成的有机物堵塞或细菌及其粘性代谢产物吸附腐蚀产物和固体悬浮物形成的无机物和有机物混合堵塞[6]。
(4) 低pH值、SRB和氯离子等对注水管网的腐蚀产物可能会堵塞地层。
由沉积物组成分析可得：堵塞物主要表现为可酸溶性无机物、不可酸溶性无机物、有机物和残油。所以，榆林某气田前期盐酸酸化解堵可溶解其中的酸溶性无机物，较好地改善污水回注井的渗透性、提高注水量，但是不能溶解酸不溶性无机物、有机物和残油。这些物质经过长期的累积使得回注井渗透性降低，盐酸酸化效果越来越差。所以，榆林某气田污水回注井堵塞主要是由于回注污水水质不达标造成的。其堵塞主要原因为残油堵塞、结垢和细菌繁殖、代谢等。为使气田产量稳定，建议从以下两方面解决污水回注井堵塞问题。
(1) 合理改造作业废水处理工艺，使得回注污水达到回注标准并与地层水配伍，从根本上解决地层堵塞问题[7]。
(2) 通过一系列的解堵措施来恢复地层的渗透率，增加注水量。
2011, Vol. 40 Issue (6): 636-638, 645
2011, Vol. 40 Issue (6): 636-638, 645