注水水质指标及水处理工艺设计(教材)

注水水质指标及水处理工艺设计

第一节概述

设计目的和技术思路

油田注水生产过程中的储层伤害机理非常复杂，由于外来入井流体（注入水或其它化学剂）进入油气层，必然要与油气层的岩石和流体接触，产生各种物理或化学的变化，这样就可能使储层孔隙结构发生变化，形成各种堵塞，从而降低储层渗透率，损害油气层。

注水生产过程中可能造成的油气层损害原因很多，有些还具有叠加性，深入了解储层特性并在此基础上分析潜在损害因素，可有效地预防生产过程中可能造成的伤害，为制定合理的注水开发方案和保护油气层措施提供可靠的依据。

注水中不合格的注入水质引起的地层损害是注水的主要损害。注入水质不合格表现在两个方面：一是指注入水与地层岩石不配伍；二是指注入水与地层的流体不配伍。第一种不合格造成的结果是（1）注入水造成地层粘土矿物水化、膨胀、分散和运移；（2）由于注水速度过快，引起地层松散微粒的分散、运移；（3）注入水机械杂质粒径、浓度超标，堵塞孔道等。第二种不合格造成的结果是（1）注入水与地层水不配伍，产生沉淀和结垢；（2）注入水和地层油不配伍产生有机垢或毛细现象。因此由于水质所引起的损害包括两个基本因素：注水地层自身的岩性与它所含流体特性；注入水的水质。前者是客观存在的，是引起地层损害的潜在因素，而后者是诱发地层损害发生的外部因素，是可以通过主观努力来控制的。因此，控制注入水水质，采用合理注水强度是减少注水损害的技术关键。

本章所讨论的储层潜在伤害识别、注水指标确定和注水水质处理，仅为一个完整的注水工程方案设计的主要部分。在本设计中，暂不涉及注水工艺参数及地面工程设计。

本设计的技术思路大致可用图1-1来表示。

为了正确评价储层，找出储层潜在的损害因素，制定合理的水质指标，应收集如下基本资料：

1、储层岩石岩性特征，其中包括：

（1）岩石矿物组成及粘土矿物相对含量；

（2）粘土矿物的产状；

（3）胶结物类型及胶结强度

（4）岩石表面润湿性。

2、储层岩石储渗空间特征，其中包括：

（1）渗透率、孔隙度、比面；

（2）岩石孔隙大小分布特征（平均孔隙半径，最大孔隙半径）。

3、储层流体性质

（1）储层原油粘度、密度、凝固点、原油饱和压力；

（2）原油组份分析（胶质、沥青、蜡等含量）；

（3）地层水粘度、密度、矿化度；

（4）地层水组成分析资料。

4、注入水水源分析资料

（1）矿化度、温度；

（2）注入水组成分析资料；

（3）注入水源水质分析资料。

5、生产资料

（1）日注量，注入压力；

（2）地层压力，地层温度；

（3）注水井层位、井段、厚度。

第二节注水储层潜在损害因素及伤害类型

一、注水储层潜在损害

油气层的潜在损害与其储渗空间特性、敏感性矿物、岩石表面性质和流体性质有关，下面就讨论各因素对油气层损害的影响。

（一）油气层储渗空间

油气层的储集空间主要是孔隙，渗流通道主要是喉道，喉道是指两个颗粒间连通的狭窄部分，是易受损害的敏感部位。孔隙和喉道的几何形状、大小、分布及其连通关系，称为油气层的孔隙结构。孔隙结构是从微观角度来描述油气层的储渗特性，而孔隙度与渗透率则是从宏观角度来描述岩石的储渗特性。

1、油气层岩石的孔隙结构

常用的孔隙结构参数有孔喉大小与分布、孔喉弯曲程度和孔隙连通程度。一般来说，它们与油气层损害的关系为：

（1）在其它条件相同的情况下，孔喉越大，不匹配的固相颗粒侵入的深度就越深，造成的固相损害程度可能就越大，但滤液造成的水锁、贾敏效应等损害的可能性较小。

（2）孔喉弯曲程度越大，外来固相颗粒侵入越困难，侵入深度小；而地层微粒易在喉道中阻卡，微粒分散或运移的损害潜力增加，喉道越易受到损害。

（3）孔隙连通性越差，油气层越易受到损害。

2、油气层的孔隙度和渗透率

孔隙度是衡量岩石储集空间多少及储集能力大小的参数，渗透率是衡量油气层岩石渗流能力大小的参数，它们是从宏观上表征油气层特征的两个基本参数。其中与油气层损害关系比较密切的是渗透率，因为它是孔喉的大小、均匀性和连通性三者的共同体现。对于一个渗透性很好的油气层来说，可以推断它的孔喉较大或较均匀，连通性好，胶结物含量低，这样它受固相侵入损害的可能性较大；相反，对于一个低渗透性油气层来说，可以推断它的孔喉小或连通性差，胶结物

含量较高，这样它容易受到粘土水化膨胀、分散运移及水锁和贾敏损害。

（二）油气层的敏感性矿物

1、敏感性矿物的定义和特点

油气层岩石骨架是由矿物构成的，它们可以是矿屑和岩屑。从沉积物来源上讲，有碎屑成因、化学成因和生物成因之分。储层中的造岩矿物绝大部分属于化学性质比较稳定的类型，如石英、长石和碳酸盐矿物，不易与工作液发生物理和化学作用，对油气层没有多大损害。成岩过程中形成的自生矿物数量虽少，但易与工作液发生物理和化学作用。导致油气层渗透性显著降低，这部分矿物就称为油气层敏感性矿物。它们的特点是粒径小很（<37μm），比表面大，且多数位于孔喉处。因此它们必然优先与外界流体接触，进行充分作用，引起油气层敏感性损害。

2、敏感性矿物的类型

敏感性矿物的类型决定着其引起油气层损害的类型。根据不同矿物与不同性质的流体发生反应造成的油气层损害，可以将敏感性矿物分为四类：（1）水敏和盐敏矿物：指油气层中与矿化度不同于地层水和水相作用产生水化膨胀或分散、脱落等，并引起油气层渗透率下降的矿物。主要有蒙脱石、伊利石/蒙皂石间层矿物和绿泥石/蒙皂石间层矿物。

（2）碱敏矿物：是指油气层中与高pH值外来液作用产生分散、脱落或新的硅酸盐沉淀和硅凝胶体，并引起渗透率下降的矿物。主要有长石、微晶石英、各类粘土矿物和蛋白石。

（3）酸敏矿物：是指油气层中与酸液作用产生化学沉淀或酸蚀后释放出颗粒，并引起渗透率下降的矿物。酸敏矿物分为盐酸酸敏矿物和氢氟酸酸敏矿物。前者主要有：含铁绿泥石、铁方解石、铁白云石、赤铁矿、菱铁矿和水化黑云母；后者主要有：方解石、石灰石、白云石、钙长石、沸石、云母和各类粘土矿物。

（4）速敏矿物：是指油气层中在高速流体流动作用下发生运移，并堵塞喉道的微粒矿物。主要有粘土矿物及粒径小于37μm的各种非粘土矿物，如石英、长石、方解石等等。

3、敏感性矿物的产状

敏感性矿物的产状是指它们在含油气岩石中的分布位置和存在状态，其对油气层损害有较大影响。通过大量的研究，敏感性矿物有四种产状类型（图1-2），它们与油气层损害的关系如下：