海上油田注水新技术

海上油田注水新技术发展
海洋技术101 林鲁航 101009
摘要：随着海洋在全球的战略地位日趋显著，海洋经济已成为世界经济新的增长点。

注水开发是油田开采的一种重要方式，海水量大易得，本应是海上油田的主要注水来源，甚至是唯一来源。

但海水中的Ca2+、Mg2+、SO42-注入地层后容易与地层水反应，形成沉淀，严重干扰
油田的正常生产。

纳滤(NF)膜能有效去除海水中的Ca2+、Mg2+、SO42-，在国外油田海水回注
领域己有应用范例，但国内在用于海上油田的纳滤海水软化方面研究经验还比较少。

本文对油田注水技术及海水预处理技术进行简要论述。

关键字：油田注水纳滤膜海水软化
引言
在经济日益全球化、国际政治日益复杂化的今天，在新时期、新形势下，如何能够更好的推动我国海洋石油工业又好又快地发展，保障国家能源安全和促进海洋经济发展作出更大的贡献，是中国海上油田服务企业面临的又一重大挑战。

石油开采过程中将水回注至油层是补充地层能量、提高采收率的重要方式。

海上油田注水最便捷的水源是海水，但海水含有高浓度的硫酸根、钙、镁离了，注入油层后很容易与地层水形成结垢，出现不配伍现象;特别是硫酸盐垢，几乎不溶于无机酸和其它溶剂，很难去除，也难以通过加入抑垢剂来缓解结垢。

结垢可以发生在地层、井筒的各个部位，有些井和油层由于垢沉积而过早废弃，给油田生产带来极大危害。

因此选用海水作为回注必须进行去除二价离了的软化处理。

纳滤CNF)膜具有选择分离二价及高价离了的特性，非常适于去除水中的钙、镁、硫酸根等致垢离了。

1海上油田注水开采
1.1 世界海洋石油开采现状
目前，世界石油工业正面临着极大的挑战。

全球油气储量增长乏力，远远无法弥补每年的产量，然而全球的油气消费量仍将以较快的速度增长。

未来巨大的油气需求将如何得以满足，这是摆在世界石油工业面前的一个大难题。

根据
BP2005年能源统计资料，全球对于油气的需求正在强劲增长。

1981年的油气消费量各为29.9亿吨和1.47万亿立方米，而到2004年已分别达到40.4亿吨、2.69万亿立方米。

而且，根据国际能源署（IEA）发布的世界能源展望预测，从
2000-2030年，世界石油需求预计年均增长1.6%，其中到2030年达到57.69亿吨；天然气的需求量年均增长2.4%，到2030年达到42.03亿吨油当量；未来油气仍将在世界一次能源需求中居主导地位，到2030年油气需求占世界一次能源总需求的65%，而且在2015年天然气将超过煤炭成为一次能源中第二大能源种类。

2030年99.72亿吨油当量的油气需求要得以满足，再加上陆上石油资源危
机问题日渐突出，因此急需寻找储量的接替区域。

而未来石油界的希望应该在海上。

1.2海上油田注水开发技术的概况
油田的注水开发技术是利用注水设备将质量符合要求的水有计划的注人油层，注人的水将原油从存储层中驱替出来。

以该方一式降低石油开采的难度，提高油井的产量和油藏采收率。

在石油开采业发展初期，该技术尚未形成，只能依靠油田自然能量进行开采，即为一次采油。

注水技术形成后，即为二次采油，其能够提高油井的产量和采收率，且具有较好的经济效益，使之成为现代油田的主要开发方式。

海上平台注水系统三台注水泵启动方式原为自藕变压器一对一启停操作，在生产过程中，启泵时冲击电流较大，而且要大功率启动时需要启动备用电动机，给平台操作带来不便。

另外平台三台注水泵中，注水泵A为一级注水泵，注水泵B为二级注水泵，注水泵C为A/B泵的备用泵。

在平台实际注水过程中，由于工艺变化，注水泵不能很好工作在有效区域(注水泵的设计排量在100 m3/h左右，而实际注人地层的海水在3060 m3/h左右)，约有4070 m3/h海水排海，见图2。

2 海上油田注水技术
2.1 回注海水处理工艺
对回注海水的处理方法主要有常规过滤和纳滤(NF)膜软化两种方法。

常规过滤技术对海水中的固体悬浮颗粒有很好的去除效果，能够解决海水注水过程中出
2-等仍是现的悬浮颗粒堵塞地层的问题。

但是，海水中一些离子如Ca2+、Mg2+、SO
4
引起沉淀、结垢乃至堵塞的主要源头，而这些离子是无法通过常规过滤方法进行
2-的去除可采用药剂软化、离子交换或纳滤膜软化等技去除的。

对Ca2+、Mg2+、SO
4
术。

药剂软化和离子交换技术占地面积大、操作复杂，尚未见在海上采油平台上应用的报道;与传统的药剂软化法和离子交换软化法相比，纳滤膜软化的优点是无污泥，不需再生，而且操作简便、占地面积小，更适于在海上油田使用。

纳滤膜技术处理海水作为海上油田注水，起步于欧洲北海海域。

1991年英国开始试用将纳滤软化海水用作油田注水，获得了初步成功。

此后北海越来越多的油田也逐步开始采用纳滤技术，例如到了1999年，Janice油田的纳滤软化己经达到了111,300t/d的规模Tiffany油田平台，采用了陶氏第二代纳滤膜产品，纳滤设备具有159,000t/d的产水能力。

2003年11月，Heid:平台也开始采用纳滤膜软化海水进行回注，软化水生产能力为32,000t/d。

美国Marathon石油公司采用DOW Flemtec公司的NF-40纳滤膜去除盐水中的易结垢离子，并将产水作为油田的注入水。

美国GE Osmonics利用纳滤膜处理
2-离子浓度小于海水作为注入水，所得到的盐水Cl-浓度大于18000mg/L, S0
4
50mg/L。

至2002年，世界上己有十二个海上油田采用纳滤软化后的海水作为油田注水水源。

2.2纳滤技术和纳滤膜的海水软化机理概述
纳滤(NF)是在反渗透膜(RO)的基础上发展起来的，介于反渗透和超滤之间的新型膜分离技术。

因此纳滤膜早期被称作“疏松反渗透膜”。

纳滤膜孔径处于纳米级，截留相对分子质量在200-1000。

超滤-纳滤集成膜软化过程以海水为进水。

通过潜水泵将海水送入砂滤装置和超滤前的保安滤器，再送入超滤原水箱，经增压泵输入超滤系统。

超滤产水进入纳滤装置的进水箱，由高压泵输送入纳滤前的保安滤器和纳滤装置，纳滤出水为产品水，实验流程如图1所示。

采用静态法考察产品水与地层水的配伍性，即将产品水与海上油田地层水混合，通过测定混合后水样中离了含量的变化来表征沉淀物的量。

超滤膜采用截留分了量为80000的聚醚飒中空纤维超滤膜组件。

软化实验过程中考察了两种不同的螺旋卷式商品纳滤膜元件。

两种纳滤膜的公称有效膜面积均为2.6 m2，纳滤膜元件分别编号为NF-A、NF-B，两种膜的分离层材料均为聚呱嗓类聚合体。

对于所选用的NF-A和NF-B两种纳滤膜而言，纳滤膜通量均随压力的增大而
2增大，且在操作压力范围内，膜的脱盐率受压力的影响较小，两种纳滤膜对S0
4一 , Ca2+和Mg2+的截留率分别在98.5%, 50%和70%以上。

超滤一纳滤集成膜软化海水工艺中，NF-A纳滤膜能够在长时间运行中保持稳定的产水水质和通量，为海上油田提供优质软化海水，这说明超滤-纳滤集成膜软化海水工艺是可行的。

3海上油田污水处理技术现状及发展
石油开采过程中所产生的污水主要包括开采石油时地下的采出水、钻井作业时产生的污水以及站内散落的石油与水混合所形成的污水。

如果对这些污水没有经过有效的处理就直接排放，势必会对资源环境造成污染和破坏，因此，必须要对其进行系统有效的处理。

目前对油田污水的处理方法和工艺主要有以三种:1）物理法：是借助一些工具或者是设备将污水中掺杂的矿物质颗粒、细小的固体悬浮物及油类给清除掉。

物理法通常应用在油田的各个污水处理站及低渗透区块注水站;物理法污水处理的常用工艺为:上游三段法，即缓冲一沉积分离除油一过滤;下游二段法，即缓冲一精细过滤。

2）化学法指：在污水处理过程中单靠物理法或生物法无法清除污水中的胶体或者是溶解性物质，尤其是对含油废水的处理。

化学法主要用在油田的各个污水处理站，其工艺是通过添加一定比例的化学试剂辅助物理法进行污水处理。

3）生物法：将污水中加入微生物，利用微生物的生化分解作用将污水中的有毒物质给分解掉。

根据微生物的特性即厌氧微生物和好氧微生物，可将生物法分为厌氧生物处理和好氧生物处理。

生物法污水处理工艺主要用在加汽锅炉给水的处理及污水达标排放等油田领域。

科技的投入与技术的开发是解决油田开发中所存在问题的主要途径，任何新设备、新工艺都要用先进技术做支撑。

微波能技术、超声波技术、微生物处理技术发展前景大好，这将是今后研究水处理工艺的重点项目;膜分离技术己在我国的各大油田己推广应用，主要用于油田出水处理效果比较明显。

但是此项工艺也存在着一些弊端，即膜的造价高、膜污染水严重，因此我们以后研究的方向将是研制质优价廉的新型材料膜、减少膜对水污染的方法、清洗方法的优化以及新型清洗剂的开发。

为了能实现田生产和环境的可持续发展的远大目标，国家对油田外排水的主要污染物的排放指标都做了相关规定，但是就我国目前的油田管理现状看目前还没有真正意义上对这一指标落实，油田污水的排放指标大多数还未达标，基于这种情况，我们今后的任务是加快技术开发的速度，提高油田污水处理技术的整体水平使油田污水处理后变为清洁资源。

4 结语
油藏的自身地质条件在很大程度上决定了该油藏注水开发方一式下的水驱
开发效果，影响注水开发油藏最终采收率的地质特征因素有颗粒结构因素、孔隙结构因素、储层渗流物性因素、储层敏感性因素、储层砂体分布因素、储层能量指标及原油物性因素;影响注水开发油藏最终采收率的人为控制因素有开发层系的划分、注水时间、注采井网结构及井网密度、注采强度、水质指标等。

根据注水开发油藏实施的开发方一案和方一案调整分析油藏注水开发效果，反映注水开发油藏水驱效果的指标有水驱储量控制程度、储量动用程度、自然递减率与综合递减率、含水率与含水上升率、能量保持水平和最终采收率。

油田在注水开发之前，首先对地层水、地层矿物粘土成分、储层的各种敏感性进行分析，从而对注水水质的各指标细化，进而对纳滤出水水质做出详细的要求。

以便当纳滤产水水质不达标时及时对纳滤工艺参数进行调整，确保油田注水驱采正常进行。

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