清水与污水配伍性微观评价方法

2014年8月大庆石油地质与开发Aug,2014第33卷第4期Petroleum Geology and Oilfield Development in DaqingVol 33 No 4DoI:10.3969/J.ISSN.1000-3754.2014.04.019清水与污水配伍性微观评价方法高建崇!刘义刚山金城张岭文鑫2唐洪明(1.中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津300452;2.中海石油(中国)有限公司深圳分公司广州研究院,广东广州510240;3.西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,四川成都610500)摘要:清、污水混注是海上中高含水油田普遍釆用的注水开发方式,但清水与污水混合容易结垢,伤害储层。为评价清污混注过程中清水与污水的配伍性,对垢物重量法加以改进,将悬浮固体分为沉降垢和悬浮垢,运用偏光显微镜、Ⅹ-射线衍射、扫描电镜和能谱分析等微观分析手段,建立了一套系统评价清污配伍性的新方法和实验流程。评价结果准确、可靠且直观。关键词:清污配伍性;评价方法;垢物重量法;X-射线衍射;扫描电镜中图分类号:TE992.2文献标识码:A文章编号:1000-3754(2014)04-0091-05MICROSCOPIC EVALUATING METHOD OF THE COMPATIBILITYBETWEEN THE FRESH WATER AND SEWAGEGAO Jianchong, LIU Yigang, SHAN Jincheng, ZHANG ling, WEN Xin, TANG Hongming1. Tianjin Branch of CNOOC China Limited, Tianjin 300452, China; 2. Research Institute of Shenzhen Branchof CNOOC China Limited, Guangzhou 510240, China; 3. National Key Laboratory in Petroleum geologand Development Engineering of Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, ChinaAbstract: The mixed injection between the fresh water and sewage is generally adopted waterflooding method in theoffshore oilfields in the periods of medium and high water cuts, but the mixture is prone to scale and damage thereservoirs. In order to evaluate the compatibility between the fresh water and sewage in the process of the abovemixed injection, the scale gravimetric method is improved, thus the suspended solids can be divided into the settledand suspended scales, with the help of the following microscopic analyzing methods such as POM polarizing mi-croscope), XRD, SEM, EDAX (energy dispersive analysis X-ray )and so on, a set of new methods and experi-mental flow charts are established to systematically evaluate the above compatibility. The evaluated results are pre-cise, reliable and intuitiveKey words: fresh water-sewage compatibility; evaluating method; scale weight/ gravimetric method; XRD (X-raydiffraction): SEM (scanning electron microscope产出污水中含有大量的悬浮物、油、无机盐以境污染和水资源浪费,最好的方法是回注地层3。及各种难分解的有机物,直接排放会造成严重的环清、污水混注是海上中高含水油田普遍采用的注水收稿日期:2013-08-11改回日期:2013-11-25作者简介:高建崇,男,1979年生,工程师,现主要从事采油工艺方面的研究。E-mailh@cnooc.com.cn92·大庆石油地质与开发2014年开发方式,但清水与污水混合容易结垢,伤害储定义为悬浮垢,将锥形瓶内壁上的垢定义为沉降层。目前对油田注入水与地层水配伍性研究还垢,沉降垢与悬浮垢总称悬浮固体。具体实验评价没有统一的评价方法,国内主要采用静态实验评方法价也有学者用动态实验评价方法配伍(1)洗净250mL锥形瓶,于100℃干燥箱中性评价方法主要有成垢离子分析法、透光率(浊烘干2h,在每个锥形瓶中放入一片载玻片,便于度)分析法和垢物重量分析法3类,当生成的垢实验结束后对沉降垢进行观察分析,锥形瓶冷却到量较少、且在静置期间生成的垢基本黏附在容器壁室温后采用精度为0.Img的天平精确称重待用。上时,采用垢物重量分析法会因其有过滤、干燥等(2)将预处理后的清水与污水在锥形瓶中按不程序致使实验误差较大5,且悬浮固体质量浓同体积比例(1:0、5:1、3:1、2:1、1:1、1:2度测定忽略了附着于实验瓶壁上的垢。运用多种微1:3、1:5、0:1)混合,每样次取200mL,之后观分析方法对清污配伍性实验进行评价,提高了结将锥形瓶密封置于60℃的恒温烘箱中反应8h。果的精确性和直观性。(3)按照行业标准(SYT53292012)用滤1实验部分膜过滤法测试悬浮垢质量浓度,并用滴定法测定过滤后水样中的Ca2质量浓度,将锥形瓶放1.1主要试剂与实验仪器人100℃千燥箱中烘干2h后冷却称重,计算沉降主要试剂:海上油田现场采集的清水和污水垢质量浓度实验所用仪器:恒温烘箱;SHZ-D(Ⅲ)循环水式(4)将实验后滤膜上悬浮垢烘干进行X-射线真空泵及配套的玻璃砂心过滤装置; Quanta450环衍射测试、环境扫描电镜观察、能谱分析,对载玻片上沉降垢进行偏光显微镜观察、环境扫描电镜观公司生产; X-Pert PRO粉末X射线衔射仪,荷兰察、能谐分析帕纳科公司生产;分析天平(精度为0.1mg);(5)测试项目(1)、(2)、(3)全部内容,0.45μm纤维滤膜;锥形瓶;载玻片。测试项目(4)样品制备在海上平台完成,其余测1.2实验方法试和研究内容在陆上实验室完成。1.2.1实验准备2实验结果与讨论按照SYT5523-20006《油气田水分析方法》在海上平台水源井口采集清水、核桃壳过滤2.1实验水样离子分析器出口采集污水,并分析水样组成。清水和污水的水质分析结果如表1,利用行业现场采集的清水水质清澈,不含油,直接经标准(SYT060020001对清水与污水进行结0.45μm纤维滤膜精细过滤后使用;现场采集的污垢预测。结果表明,不同比例清水与污水混合有严水水质混浊,含油量与悬浮固体质量浓度都很高,重的结CaCO3垢趋势,且随温度升高,结垢趋势水样透光率极低,故将污水除油后进行2次粗过加强。滤,然后再用0.45μm纤维滤膜在溶剂过滤器上清污不同比例混合水中Ca2质量浓度分析结果抽滤2次至水样无色透明。如图1,假设清污水完全配伍,混合水的离子组成1.2.2配伍性实验应该是清水与污水的等比例混合即计算值。由图1将清水与污水混合产生的沉淀分为悬浮垢和沉可知,实际测得混合水中的Ca2质量浓度低于计算降垢2类,将清污混合水中按照行业标准(SY/T值,即存在Ca2损失,可能以垢的形式析出,说明53292012)17用小于0.45μm滤膜抽滤出的垢清水与污水配伍性可能较差。随混合水中污水比例表1某油田清水和污水水质分析结果Table 1 Water quality analyzeof the fresh water and sewage for an oilfield质量浓度/(mg·L-)类型水型HCO清水CaCl2l112.7145.9953.93752.451.96078.3污水 NaHCO1583.415.573.216621104.4173.54612.1第33卷第4期高建崇等:清水与污水配伍性微观评价方法93·增加,Ca2损失量先增加后减小,清污体积比同比例混合后悬浮固体质量浓度均远大于计算值为1:1时Ca2损失量最大。即清水与污水严重不配伍。不同比例清污混合水中计算值悬浮垢质量浓度远低于沉降垢质量浓度,清污体积800测量值比由5:1增大到1:1,悬浮垢质量浓度少量增损失值加,增量为8.6mg/L,沉降垢质量浓度显著增长,增量达295.4mg/L,之后随着污水体积增加,不配伍程度降低。综上结垢预测、成垢离子分析法和垢物重量法所得结果表明,清水与污水严重不配伍,下面主要05:13:12:11:11:21:31:50:1利用偏光显微镜、X-射线衍射、扫描电镜、能谱分清水体积:污水体积析等方法对清水与污水的不配伍程度及产物特征进图1清水与污水混合后钙离子质量浓度变化Fig 1 Changes of the mass concentration of the行深入研究。calcium ion after mixing between the2.3沉降垢偏光显微镜观察fresh water and sewage利用偏光显微镜可对不同比例清污混合后载玻2.2悬浮固体质量浓度测定片上沉降垢颗粒大小和质量浓度进行定性和半定量清水与污水不同比例混合产生的悬浮固体质量观察,结果见图2。从图2可以看出,单一清水和污水的载玻片上浓度测试结果见表2表2清水与污水混合产生的悬浮固体质量浓度没有明显的垢产生,清污不同比例混合后的载玻片Table 2 Mass concentrations of the suspended solids上均可见明显的垢颗粒,分布密集;随污水比例的generated from the mixture of the fresh增加,载玻片上垢的分布密度先增加后减小,清污质量浓度/(mg·L1)体积比为1:1时分布密度最大,此时垢的颗粒粒清污水体积比悬浮垢沉降垢悬浮固体计算值径较小,滴入稀盐酸后垢消失,垢的成分可能为2.0CacO35:1143.32.4悬浮垢X-射线衍射分析278.08.7悬浮垢X-射线衍射分析结果如图3所示。2:134.0283.3317.3从图3可以看出,除单一清水和单一污水外,清污各种比例混合后的悬浮垢衍射曲线均有明显的438.7l:243.3398.742.07.3CaCO3峰21,表明悬浮垢主要成分为CaCO3。衍射峰的强度反映了矿物的含量,目前计算峰:313.3363.3376.322.7强度方法主要有峰面积积分法、半峰面积积分法以及峰高法。0:14.704.7清污各种比例混合后的悬浮垢衍射曲线峰高及峰面积的变化曲线见图4。由表2可知,单一清水和污水结垢量很小,悬从图4可以看出,随着污水比例增加,CaCO3浮固体质量浓度小于10.0mg/L,但清水与污水不行射峰的高度和面积都增大,当清污体积比为1:1.:要:理活N∵.…(a清污体积比为1:0(b清污体积比为3:1(c请清污体积比为d)清污体积比为1:3c)请污体积比为0:1图2清水与污水不同比例混合后沉降垢显微观察Fig 2 Microphotos of the settled scale in the the different mixed ratiosbetween the fresh water and sewage94·大庆石油地质与开发2014年二德):V(7:3八清水):V/污水(清水):V污水)=2:1清水):V(污水)=1:1V清水):V(污水)=1:2清水):V(污水)=1:3清水):V(污水)=1:5清水):V(污水)=0:1(a)悬浮垢(放大150倍)(b)悬浮垢(放大2000倍)222426283032343638404244464850图3清水与污水不同比例混合后悬浮垢衍射曲线对比Fig 3 Comparisons of the diffracted curves of thesuspended scales in the different mixed ratiosbetween the fresh water and sewagec)沉降垢(放大150倍)(d)沉降垢(放大2000倍)图5清污体积比1:1时悬浮垢与沉降垢微观形貌Fig 5 Micro morphotypes of the settled and一+衍射主峰面积suspended scales when the mixed water衍射主峰高度volume ratio is 1:1粒分别进行能谱分析,结果如表3。能谱点位1为20图5(b)中红框部分,能谱点位2为图5(d)中红框部分。悬浮垢颗粒由C、0、Ca3种原子组成,沉降垢中C、O、Ca3种元素比例超过95%,2000证明清污不配伍产生的沉淀为CaCO3。2.6讨论1:05:13:12:11:11:21:31:50:1将悬浮固体分为沉降垢和悬浮垢,建立了一套清水体积:污水体积系统的评价方法,与目前常见配伍性评价方法的评图4悬浮垢射曲线CaCO3特征峰的峰高及面积变化Fig 4 Changes of CaCO peak height and area of价结果一致,同时也具有以下特点the diffracted curves of the suspended scales(1)提出了沉降垢的概念,并针对其建立了一套评价方法。目前常见配伍性评价方法往往将沉时衍射峰高及面积达到最大值,反映出在该混合降垢和悬浮垢进行笼统的评价,或只针对悬浮垢进比例下悬浮垢质量浓度最高,不配伍程度最严重,行评价,但实验结果表明沉降垢远高于悬浮垢,且之后CaCO3衍射峰强度有所减弱。沉降垢多呈集合状产出,粒径大,对沉降垢进行单2.5悬浮固体扫描电镜观察及能谱分析独评价有利于采取更有针对性的防垢措施。2.5.1悬浮固体微观形貌观察(2)微观分析精度高且值接对垢样进行分析,对清污体积比1:1混合后的滤膜和载玻片垢与结垢预测、成垢离子分析法相比更准确可靠,在样扫描电镜观察,滤膜上的悬浮垢(图5(a)、无定量要求下,可直接利用微观分析方法进行配伍(b))分布均匀,分布密度小,颗粒大小不性评价,避免了常规方法反复的称量、测定过程呈孤立状产出,方解石多为菱面体,亦见柱状不稳X射线衍射、能谱分析能直接测定垢的成分,偏光定文石,单个颗粒粒径5~20μm;载玻片上的沉显微镜、扫描电镜能对悬浮固体的产状、粒径、分降垢分布密度大,排列不规则,颗粒产出形态多布等进行观察,这有利于储层损害机理的进一步研样,以连片状、集合状产出为主,晶形较好,单个究。颗粒粒径10~15μm(图5(c)、(d))。(3)微观评价方法准确、可靠且直观,但只2.5.2能谱组分分析能进行半定量研究,一些实验对设备要求很高,但对图5((b)、(d))中的悬浮垢和沉降垢颗作为一种室内研究方法也未尝不可。第33卷第4期高建崇等:清水与污水配伍性微观评价方法表3清污混合水悬浮固体能谱组分分析Table 3 Spectral component analyses of the suspended solids in the mixture of the fresh water and sewage类型各原子数占总原子数的比例/%0悬浮垢沉降垢22.33.021.27伍性研究[J].石油与天然气化工,2011,40(4):401-4053结论9]吴新民,付伟,白海涛,等.姬塬油田注入水与地层水配伍性研究[J].油田化学,2012,29(1):33-37.(1)清污配伍性评价方法结合了垢物重量法、[101房会春.樊家油田樊4块水源水与储层配伍性研究[].油离子分析法和微观分析等方法,评价结果相互验气地质与采收率,2007,14(4):7981证,准确可靠。[11]王骏骐,史长平,史付平,等.注入水配伍性静态试验评价(2)提出沉降垢的概念并对其进行了评价,方法研究[冂].石油天然气学报:江汉石油学院学报2010,32(4):135-139沉降垢与悬浮垢的特征差异大,对储层损害机理也12]李连江,曾庆辉,商河油田商二区注入水与储层配伍性研究不同,应当引起重视。[].江汉石油学院学报,2003,25(1):77-78(3)微观分析方法可直接测定垢的成分,同131吕秀艺.曲921块沙三段储层注入水与储层配伍性研究时对垢的微观形貌进行研究,结果精确而直观,能J].油田化学,2012,29(2):176-179对清污配伍性进行快速、半定量的评价。14]尹先清,伍家忠,纯化油田回注污水结垢性与配伍性研究[冂].油田化学,2002,19(2):157-159参考文献:15]杨旭,李刚,油田注入水配伍性及阻垢试验研究[J].油田化学,137-341]屈撑囤,王晓飞,谢娟,等.港东采油污水回注可行性研究16]国家能源局,中华人民共和国石油天然气行业标准SY/TJ].西安石油大学学报:自然科学版,2011,265523-2000油气田水分析方法[S].北京:石油工业出版[2]杜春安,潘永强,吴晓玲.海上油田污水处理技术研究进展17]国家能源局,中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T[].化工进展,2012,31(5):114911515329-012碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法[S].北3]唐洪明,刘鹏,黎菁,等含聚污水处理系统HPAM形貌特京:石油工业出版社,2012征及胶状产物成因[J].特种油气藏,2012,19[18]国家能源局,中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T(2):130-1320600-009油田水结垢趋势预测[S].北京:石油工业出版4]陈华兴,白健华,刘义刚,等.岐口172油田清水污水混注社,2009配伍性实验研究[J].石油钻采工艺,2012,34(增刊):[19]程学峰,陈华兴,唐洪明,等.渤海L油田Fd储层修井过程14-116伤害机理及对策[J].特种油气藏,2013,20(2)[5]钟平,陈瑛,石红燕,等.注水过程中油层结垢对储层物性的134-136影响[J.大庆石油地质与开发,2007,26(4):5961[20]晋勇,孙小松,薛屺.X射线衍射分析技术[M].北京:国[6]陈华兴,刘义刚,唐洪明,等,绥中36-1油田注入井欠注原防工业出版社,2008因及治理建议[冂.特种油气藏,2011,18(3):130-132[21]耿后安,张殿英,高良豪,等,烧结矿中亚铁的X射线衍射7]贾忠伟,杨清彦,张江,等.大庆油田低滲透油层注水伤害实量分析[J].物理测试,2007,25(4):13-14验研究[J].大庆石油地质与开发,2007,26(1):7274[8]唐洪明,黎菁,刘鹏,等.旅大10-1油田含聚污水与清水配编辑:周琴