注水工程设计一、注水过程中的储层伤害（一）储层潜在损害因素1、储层敏感性矿物1）粘土矿物粘土矿物是高度分散的含水的层状硅酸盐和含水的非晶质硅酸盐矿物的总称。

粘土矿物种类：高岭石、蒙皂石、伊利石、绿泥石2）非粘土敏感性矿物流速敏感性矿物盐酸敏感性矿物氢氟酸敏感性矿物碱敏性矿物2、岩石储渗空间3、岩石的表面性质4、储层流体性质地层水性质、地层原油性质（二）注水过程中的储层伤害类型注水开发过程中可能造成油气层损害的原因很多，但主要的损害可以按损害机理归纳为以下四个方面：（1）外来液体与油气层岩石矿物不配伍造成的损害；（2）外来液体与油气层流体不配伍造成的损害；（3）毛细现象造成的损害；（4）固相颗粒堵塞引起的损害。

无论哪一种损害，储层本身的内在条件均是主要因素。

1、储层速敏性2、储层水敏性3、 储层酸敏性4、 储层碱敏性5、 润湿性反转造成的伤害6、 无机沉淀造成的伤害（无机垢伤害）7、 有机沉淀造成的伤害（有机垢伤害）8、 乳化造成的伤害9、 细菌造成的伤害 10、 毛细现象造成的伤害水锁效应 贾敏效应 11、 固相颗粒堵塞二、储层敏感性实验数据分析和应用（一）、速敏评价实验以不同的注入速度向岩心中注入实验流体，水速敏用地层水，油速敏用油（煤油或实际地层原油），并测定各个注入速度下岩心的渗透率，从注入速度与渗透率的变化关系上，判断油气层岩心对流速的敏感性，并找出渗透率明显下降的临界流速。

如果流量Q i-1对应的渗透率K i-1，与流量Q i 对应的渗透率K i 满足式（3-1）：%5%10011≥⨯---i K i K i K （1-1）说明已发生速度敏感，流量Q i-1即为临界流速。

速敏程度评价标准见表1-2。

表1-2 敏感程度评价指标损害程度的计算见式（1-2）：损害程度%100maxmin max ⨯-=K K K （1-2）式中 K max ——渗透率变化曲线中各渗透率点中的最大值，μm 2； K min ——渗透率变化曲线中各渗透率点小的最小值，μm 2。

（二）、水敏评价实验首先用地层水测定岩心的渗透率K max 然后再用次地层水测定岩心的渗透率，最后用淡水测定岩心的渗透率K min ，从而确定淡水引起岩心中粘土矿物的水化膨胀及造成的损害程度。

评价指标见表1-3。

损害程度使用公式（1-2）。

（三）、盐敏评价实验通过向岩心注入不同矿化度等级的盐水（按地层水的化学组成配制），并测定各矿化度下岩心对盐水的渗透率，根据渗透率随矿化度的变化来评价盐敏损害程度，找出盐敏损害发生的条件。

对于盐敏评价实验，第一级盐水为地层水，将盐水按一定的浓度差逐级降低矿化度，直至注入液的矿化度接近零为止，求出的临界矿化度为C c 。

如果矿化度C i-1对应渗透率K i-1与矿化度C i 对应的渗透率K i 之间满足下述关系：%5%10011≥⨯---i K i K i K （3-3）说明已发生盐敏，并且矿化度C i-1，即为临界矿化度C c 。

（四）、碱敏评价实验通过注入不同pH 值的地层水并测定其渗透率，根据渗透率的变化来评价碱敏损害程度，找出碱敏损害发生的条件。

不同pH 值盐水的制备，根据实际情况，一般要从地层水的pH 值开始，逐级升高pH 值，最后一级盐水的pH 值可定为12。

临界pH 值的确定与盐敏实验中临界矿化度的确定方法相同。

（五）、酸敏评价实验酸敏实验的具体作法是：（1）用地层水测基础渗透率K 1（正向）；（2）反向注入0.5～1.0倍孔隙体积的酸液，关闭阀门反应1～3h；（3）用地层水正向测出恢复渗透率K2。

酸敏伤害程度用K2与K1的比值（K2/K1）来评价，评价方法见表1-4。

五敏评价实验所得的结果可直接用于保护油气层技术的确定，具体应用方法见表1-5。

三、注水水质标准确定注入水水质是指溶解在水中的矿物盐、有机质和气体的总含量，以及水中悬浮物含量及其粒度分布。

一般注入水应满足以下要求：（1）机械杂质含量及其料径不堵塞喉道；（2）注入水中的溶解气、细菌等造成的腐蚀产物、沉淀不造成油气层堵塞；（3）与油气层水相配伍；（4）与油气层的岩石和原油相配伍。

目前，我国有关部门已制订了注入水水质标准，表1-6就是我国石油工业制订的碎屑岩油田注入水水质标准。

要强调的是，不同的油气层应有与之相应的合格水质，切忌用一种水质标准来对所有不同类型的油气层的注入水水质进行对比评价。

注：1、1<n<10；2、清水水质指标中去掉含油量。

在制定水质指标时除了以上各项指标外，还应注意注入水矿化度和pH值的确定。

有条件许可的情况下应保证注入水矿化度高于盐敏评价实验中所测定的临界矿化度，这样才能防止注水时水敏损害的发生。

若注入水源矿化度低于临界矿化度，则必须采取防膨措施。

注入水的pH值确定应控制在7±0.5为宜，也可在6.5-PHc之间。

四、结垢预测当注入水注入地层后，如果与地层水不配伍将生成一定量的不溶物，这就是我们通常所说的结垢问题。

目前预测结垢趋势的方法主要有两种，一种是按照注入水和地层水中各种阴、阳离子的浓度以及所处温度、压力等条件，通过计算进行预测；另一种方法是直接将两种水在一定条件下按一定比例混合后放置起来，观察析出沉淀情况。

根据化学的溶度积原理，当两种水（注入水与注入水，或注入水与地层水）相混合，如果某化合物的阳离子浓度（mol/L）与阴离子浓度（mol/L）的乘积大于该化合物的溶度积时，可能有沉淀生成。

几种难溶化合物溶度积常数见表1-7。

五、油田注水水质处理在水源确定的基础上，一般要进行水质处理。

水源不同，水处理的工艺也就不同，现场上常用的水质处理措施有以下几种：（1）沉淀；（2）过滤；（3）杀菌；（4）脱氧；（5）化学剂注入。

本设计介绍四种水源的处理方法。

（一）、浅层地下水水质处理1、除铁（1）方法：地下水中铁质的主要成分是二价铁，通常以Fe(HCO3)2的形态存在。

二价铁极易水解，生成Fe(OH)2，氧化后形成Fe(OH)3，易堵塞地层。

除铁方法一般采用物理或化学方法。

（2）工艺流程：见图1-3。

图1-3 地下水锰砂除铁工艺流程图1—地下水源井来水；2—锰砂除铁滤罐；3—缓冲水罐；4—输水泵；5—输水管线2、除悬浮物地下水因地层的过滤作用悬浮物含量较少，在除铁的同时也可将大部分悬浮物除去，而达到高渗透油田注水水质标准。

但用于低渗透油田注水时，还需在除铁后再进行深度处理。

工艺流程见图1-4。

图1-4 地下水除悬浮固体工艺流程图1—地下水源井来水；2—锰砂除铁滤罐；3—石英砂滤罐；（精细过滤罐）；4—缓冲水罐；5—输水泵；6—输水管线（二）、地面水处理1、工艺流程地面水是指江河、湖泊、水库内的水。

图1-5是地面水处理主要工艺流程图。

该流程随着对处理后水质的要求不同而有所变化，当水中泥砂含量高时，应考虑在反应沉淀池前加预沉池。

图1-5 地面水处理流程框图1—地面水源来水；2—取水泵；3—药水混合器；4—反应沉淀池；5—滤池；6—吸水池；7—输水泵2、水处理药剂（絮凝剂）详见表1-8。

表1-8 油田注水用清水或含油污水处理常用絮凝剂、缓蚀阻垢剂、杀菌剂的性能表种类序号名称分子式及详细名称性质及组成的主要部分主要技术指标絮凝剂1 硫酸铝Al2(SO4)3·18H2O白色结晶状，易溶于水相对密度：0.7～1.62，Al2O3含量14%～18%2 聚合氯化铝[Al n(OH)n Cl3-n]m固体为黄色透明体固体Al2O3：30%～40%，液体Al2O3：10%，相对密度：1.2，PH值3.5～5.03 硫酸亚铁FeSO4·7H2O 块状结晶体含FeSO4·7H2O：95%,FeSO4：52%，相对密度：1.894 反相破乳剂淡黄色液体有效含量≥50%，pH值3.5～5.0，相对密度≥1.165 高分子聚丙烯酰胺胶体状或白色粉状胶体有效含量：8%～10%，粉状：90%以上缓蚀阻垢剂6丙烯酸-2-甲基-2′-丙烯酰胺基丙烷磺酸类聚合物淡黄色至金黄色液体相对密度≥1.05，有效含量≥30%7 AA―AMPS―HPA三元共聚物相对密度≥1.06，有效含量≥28%8氨基三甲叉磷酸C3H12NO9P3 淡黄色液体相对密度：1.3～1.4，有效含量≥50%，pH值2～39乙二胺四磷酸C6H20N2P4O12黄棕色透明液体相对密度：1.3～1.4，有效含量≥28%，pH值9～10 10羟基乙叉二磷酸C2H8O7P2棕黄色或浅绿色油状液体有效含量≥55%11 聚丙烯酸[C2H2―CH],a―COOH无色或淡黄色液体有效含量≥25%，聚合率：95%12水解聚马兰酸酐棕黄色透明粘稠性液体有效含量≥50%，pH值2左右，相对密度≥1.20杀菌剂13 洁尔灭十二烷基二甲基苄基氯化按淡黄色蜡状物，溶于水有效含量（40±2）%14 戊二醛液体，溶于水15稳定性二氧化氯有效含量≥2%（三）、含油污水处理图1-9是目前油田上常用的重力式混凝除油、石英砂压力过滤处理含油污水工艺流程图。

图1-9 含油污水处理流程图1—除油罐；2—沉降罐；3—提升泵；4,5—一、二过滤罐；6—净水水罐；7—污水回收池；8—回收水泵（四）、脱氧处理氧是造成注水系统腐蚀的最主要、最直接的因素，也是其它水质指标能否达到标准的关键。

脱氧的方法有化学法和真空法。

常用的化学除氧剂有亚硫酸钠（Na 2SO 3）、二氧化硫（SO 2）和联氨（N 2H 4）等。

真空脱氧的原理是基于享利定律，可表述如下：某气体在水中溶解量的大小与该气体在水面上分压成正比，并与该气体在水中的溶解常数有关。

当采用真空设备使水面上的气体压力接近于零时，则水面上各种气体的分压亦接近于零，此时，溶解在水中的气体就大量逸出，以此达到脱氧的目的。

真空脱氧可用两种方法获得真空，一种是水力喷射器法，另一种是真空泵法，本设计主要介绍第二种方法，即用多级水环——大气喷射真空泵直接获得真空的方法，工艺流程简图见表1-10。

（五）、海水处理如果注入水源选用海水，注水系统包括海水提升、粗过滤、细过滤、脱氧、增压和注入、化学剂注入以及各种工艺管线和装置监控仪表。

图5-11表示整个图1-10 水环—大气喷射真空泵脱氧工艺流程图1—清水罐；2—压力过滤罐、脱氧塔进水泵；3—压力过滤罐；4—脱氧塔；5—脱氧塔出水泵；6—加药；7—水环—大气喷射真空泵；8—排气；9—脱氧水罐注水系统的工艺流程图。

整个工艺过程包括：（1）海水提升；（2）粗过滤；（3）细过滤；（4）脱氧；（5）海水增压；（6）海水注入；（7）化学剂注入。

图5-11 注水系统工艺流程六、工程设计要求对某油田—注水开发区块进行储层注水潜在伤害分析；敏感性分析；水质指标设计，并根据指定水源进行结垢预测和水处理设计，提出注水中保护油气层的措施或建议。