1、注水井吸水能力降低原因分析摘要：分析了注水井吸水能力降低的原因，并采取了防止注水井吸水能力下降的措施。分层注水是开发非均质多油层砂岩油田的一套有效方法，是解决油层非均质性对油田开发效果影响的一项重要措施。通过分层注水开采，可以减少不同性质油层之间的干扰，发挥各类油层的作用，从而提高了储量动用程度，控制了油田产水量增长速度，提高了注水利用率，改善油田开发效果。 关键词：吸水能力；地层条件；生产管理；注水水质 中图分类号：TE34 文献标识码：A 文章编号： 目前，A 油田已进入油田高含水后期开采阶段，为实现油田的可持续发展，提高注水质量，注够水注好水已成为关键。但是随着注水井和注水量的增加，由于
2、水质等各方面因素的影响，注水井结垢、吸水能力下降等问题也越来越突出，这不仅增加了作业施工工作量和财力物力的消耗，更主要的是会给地层带来严重的伤害，直接影响原油采收率。为此，从注水井的工作条件入手，以注水水样和水井垢样分析为基础，来分析注水井吸水能力降低的原因，并提出几点防治措施。 1 注水井吸水能力降低的原因 1.1 吸水能力降低原因 引起注水井吸水能力下降的因素很多，根据对注水井的工作条件和注水井水样、垢样的分析，主要有以下四个方面： （1）与注水井井下作业及注水井管理操作等有关的因素。主要包括：作业时，压井泥浆进入地层造成堵塞；由于酸化等措施不当或注水操作不平稳而破坏地层岩石结构，造成砂堵
3、；未按规定洗井或不能洗井的注水井，井筒不洁净，井内的污物随注入水带入地层造成堵塞。 （2）与水质有关的因素。主要包括：注入水与设备和管线的腐蚀产物（如氢氧化铁 Fe(OH)3 及硫化亚铁 FeS 等）造成堵塞；注入水中所含的微生物（如硫酸盐还原菌、腐生菌、铁菌等） ，除了它们自身有堵塞作用外，它们的代谢产物也会造成堵塞；注入水中所带的细小泥砂等杂质堵塞地层。注入水中含有在油层中可能产生沉淀的不稳定的盐类。如注入水中所溶解的重碳酸盐 ，在注水过程中由于温度和压力的变化，可能在地层中生成碳酸盐沉淀。 （3）组成油层的粘土矿物遇水后发生膨胀，造成堵塞。 （4）注水地层的压力上升。前三个方面是指在注水
4、过程中，由于地层孔道被各种堵塞物或粘土膨胀造成堵塞，使吸水能力降低。第四方面则是注水过程中的正常现象。根据对注水井水样、垢样的分析，见表 1、表 2，其堵塞物一般为硫化亚铁、氢氧化铁、碳酸钙、碳酸镁、泥质和细菌等。 表 1 垢样化验对比分析表 由表 1 可知，水井垢样主要成分是 FeS、Fe2O3 和 S（单质） 。其中FeS 含量在 17.21-56.43%；Fe2O3 含量在 30.31-53.91%；S 的含量在9.34-10.30%，表现出了典型的电化学反应特征。而集输系统垢样碳酸盐含量为 59-70.15；胶质沥青含量为 29.9-61%。 表 2 深度注水站 1 至某注水井井沿线水
5、质变化情况 表 2 是从某深度处理站配水间 1注水井 1 井口，连续取 3 个水样进行化学分析（由设计院分析）的几项主要参数变化情况，由表 2 可知，悬浮物和含油量出现上升趋势，主要原因是由于硫酸盐还原菌、腐生菌严重超标造成的。 表 3、表 4 两组数据是大庆石油学院协助采油厂完成的，化学分析数据检测结果表明：从注水站，配水间至井口的二价铁离子、硫酸跟离子逐渐下降，二价硫离子逐渐上升。初步分析产生这种变化的原因是硫酸根在硫酸还原菌的作用下，转化为硫化氢直接参与钢铁化学腐蚀，生成硫化亚铁和氢氧化铁等腐蚀物。 表 3 深度注水站 1 至注水井 2 井口水质变化情况 表 4 注水站 2 至注水井 3
6、 井口水质变化情况 1.2 堵塞物形成机理 （1）铁的沉淀。注水过程中腐蚀所产生的堵塞物主要是氢氧化铁、硫化亚铁和单质硫。氢氧化铁的生成： 根据电化学腐蚀原理，水中溶解氧产生的腐蚀也是电化腐蚀，其过程如下： A：铁被腐蚀放出电子进入溶液，FeFe2+2e B：铁的二价离子 Fe2+进入水中，生成氢氧化亚铁 Fe(OH)2。O2+2H2O+4e4OH- Fe2+ + 2OH- Fe(OH)2 C：注入水中的氧进一步将 Fe(OH)2 氧化，生成氢氧化铁 Fe(OH)3。4Fe（OH）2+O2+2H2O4Fe（OH）3 D：氢氧化铁脱水形成铁锈 Fe2O3，这是垢样中的一种主要物质。当注入水的 P
7、H 接近于值 66.5 时，没有脱水的氢氧化铁处于凝胶状态，进入地层后将发生明显的堵塞作用，从而降低吸水能力。当注入水中含有铁菌时，铁菌的代谢作用也会产生 Fe(OH)3 的沉淀： 4Fe(HCO3)2+2H2O+O2 铁菌 4Fe(OH)3+8CO2 硫化亚铁 FeS 沉淀的生成：当注入水含有硫化氢 H2S 时，腐蚀将会更加严重。H2S 与电化学腐蚀产生的二价铁作用生成硫化亚铁的黑色沉淀物。即使注入水中没有 H2S 气体，当含有硫酸盐还原菌时，也会由于水中的硫酸根 SO42-被这种菌还原成 H2S： 2H+SO42-+4H2 硫酸盐还原菌 H2S+4H2O 而硫化氢将与二价铁生成硫化亚铁沉淀
8、，当其遇有溶解氧时，溶解氧又能将 FeS 转化为 Fe2O3，置换出单质硫 S，这已在垢样组成中得到证实。注水井吐出的水通常为黑色，就是含有 FeS 的缘故。 （2）碳酸盐沉淀。当注入水溶解重碳酸钙、重碳酸镁等不稳定盐类时，注入地层后，由于温度变化，这些溶解盐被析出生成沉淀，堵塞地层孔道，降低吸水能力。水中游离的二氧化碳、重碳酸根及碳酸根在一定的条件下，保持着一定的平衡关系：CO2+H2O+CO32-2HCO3- 当水注入地层后，由于温度升高，将使重碳酸盐分解，平衡左移，溶液中的 CO32-的浓度增大。当水中含有大量的钙离子 Ca2+时，在一定的条件下 CaCO3 将会有从水中析出，而堵塞地层
9、。 另外，在水中的硫酸盐还原菌的作用下，也会生成 CaCO3 沉淀： Ca2+ SO42-+ CO2+8 H+硫酸盐还原菌 CaCO3 +H2S+3 H2O （3）细菌堵塞。注入水中含有的细菌（如硫酸盐还原菌、腐生菌）在注水系统和地层中的繁殖将引起地层孔隙堵塞，使吸水能力降低。这些菌的繁殖除了菌体本身会造成地层堵塞外，还由于它们代谢作用生成的硫化亚铁及氢氧化铁沉淀而堵塞地层。硫酸盐还原菌对钢铁引起的直接腐蚀。硫酸盐还原菌即 SRB，是一种厌氧菌，它的的生存和繁殖不需要氧，而经过脱氧处理过的水正是它生存和繁殖的适宜环境，在这种厌氧的条件下，它能使硫酸盐还原成硫化氢（H2S） ，而硫化氢直接腐蚀铁
10、与铁化合生成黑色的固体腐蚀产物硫化亚铁（FeS）这是检测垢样中发现的主要物质；腐生菌引起的堵塞。和硫酸盐还原菌相反，腐生菌是一种好气性细菌，离开氧就不能生长和繁殖，而且它在利用有机物和氧维持生命活动的过程中，可产生蛋白质、糖类、有机酸类和其它胶体物质。在清、污水混注时，由于地面污水处理站属于敞开体系，溶解氧高达 3-4%mg/L，腐生菌借助于水中的溶解氧和污水中的有机物而大量繁殖，形成一种粘稠鼻涕状的物质，即细菌膜，又称“淤泥” 。这种物质与水中的油质、冲刷下来的垢及污物交联在一起进入地层，就会造成堵塞，时间一长，堵塞会越来越重，所以有的注水井酸化后增住效果不佳，就是这种堵塞与单质硫析出引起的
11、。 （4）粘土的膨胀。由于许多砂岩油层均存在着粘土夹层，而岩石胶结物中也含有一定量的粘土，因而注水过程中，往往由于粘土遇水膨胀造成地层堵塞，甚至由于粘土膨胀后使岩石颗粒之间的联系减弱，严重的在井壁处造成岩层崩解而坍塌。根据有关研究，蒙脱石组成的粘土矿物膨胀性最大，而高龄石组成的膨胀性最小。粘土的膨胀与水的性质有关，通常淡水比盐水使粘土膨胀的大。此外，粘土中最小颗粒含量愈多，膨胀性愈大。 2 防止注水井吸水能力下降的措施 在注水过程中应当采取以预防为主的措施，防止对地层造成堵塞。 （1）为了避免泥浆侵害地层或因措施、操作不当引起井底砂堵，在水井作业时采用不压井不放喷作业，慎重而正确地进行酸化。
12、（2）必须保证水质符合要求，尽量避免由于水质不合格所引起的各种堵塞。在现有水质处理技术基础上，应将“杀菌、除氧、防腐防垢”作为重点，加大力度，抓紧抓好。 （3）要做好注水井的日常管理工作。及时取水样化验分析，发现水质不合格时，立即采取措施，保证不把不合格的水注入地层；按规定冲洗地面管线和洗井，保证管线、储水设备和水井内的清洁；保证平稳注水，减少波动，以免破坏地层结构和防止井壁上的腐蚀物污染水质堵塞地层；保证注水井的测试质量，按要求注水，更不能超破裂压力注水，以免破坏地层。 3 几点认识 （1）通过对垢样和水样的分析，找出了水井吸水能力降低的最主要的原因是注入水中的硫酸盐还原菌、腐生菌和溶解氧 参与电化学腐蚀引起的。 （2）A 油田注水系统是腐蚀、结垢和堵塞三者并存，想解决堵塞问题，首先必须解决腐蚀和结垢的问题。 （3）在注水过程中，要防止注水井吸水能力下降，首先必须保证水质符合要求，尽量避免由于水质不合格所引起的各种堵塞。 （4）影响吸水能力的因素很多，这些因素可能同时出现，但在不同的条件下，它们各自对注水井的吸水能力的影响程度却有所不同，因此，对具体情况应作具体分析，分析影响吸水能力降低的因素，找出主要矛盾，然后加以解决。 参考文献： 1 李道品.低渗透砂岩油田开发M.北京：石油工业出版社，1997.
