海上纳滤水处理技术研究与应用

海上纳滤水处理技术研究与应用宋吉锋，谢思宇，郑华安，梁玉凯，李彦闯（中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东湛江524057）［摘要］海水作为海上油田常用注水水源因存在大量成垢离子易导致后期结垢。通过静态配伍性试验、动态配伍性试验及岩心配伍性试验，考察了纳滤海水与RX-1油田地层水的配伍性。试验结果表明：纳滤海水与地层水混合后几乎无沉淀，岩心驱替100PＶ，渗透率下降20%以内。矿场试验结果表明：海水经纳滤处理后，水质稳定，Ca2+由366mg/L降到平均19mg/L，Ca2+去除率为94%；SO42-由2690mg/L降到平均4mg/L，SO42-去除率为99%。纳滤装置1a的应用结果表明：注入端压力平稳，未出现结垢问题。［关键词］注水水源；结垢；纳滤；配伍性；地层水［中图分类号］TE357.6［文献标识码］A［文章编号］1005-829X（2019）02-0086-03ResearchandapplicationofaseananofiltrationwatertreatmenttechnologySongJiｆeng，XieSiyｕ，ZhengHｕaan，LiangYｕｋai，LiYanchｕang（ZhanjiangBranch，CNOOC，Zhanjiang524057，China）Abstract：Seawateｒasacommoninｊectionwateｒsoｕｒceinoｆｆshoｒeoilｆielｄsisaｐttoleaｄtoscalinginlateｒstage，ｄｕetotheｐｒesenceoｆalaｒgenｕmｂeｒoｆscale-ｆoｒmingions.Thecomｐatiｂilityoｆnanoｆiltｒationseawateｒanｄtheｆoｒ-mationwateｒoｆRX-1oilｆielｄhasｂeeninvestigateｄｂythestaticcomｐatiｂilitytest，ｄynamiccomｐatiｂilitytestanｄｒocｋcoｒecomｐatiｂilitytest.Theexｐeｒimentalｒesｕltsshowthataｆteｒthenano-ｆiltｒateｄseawateｒanｄｆoｒmationwateｒhaveｂeenmixeｄ，theｒeisalmostnoｐｒeciｐitation，anｄthecoｒeｄisｐlacement100PＶ，theｐeｒmeaｂilityisｄecｒeaseｄｂylessthan20%.Theｆielｄtestｒesｕltsshowthataｆteｒtheseawateｒhasｂeentｒeateｄｂynanoｆiltｒation，thewateｒｑｕa-lityisstaｂle.TheconcentｒationoｆCa2+isｄecｒeaseｄｆｒom366mg/Lto19mg/Laveｒagely，Ca2+ｒemovingｒateis94%.TheconcentｒationoｆSO42-isｄecｒeaseｄｆｒom2690mg/Lto4mg/Laveｒagely，SO42-ｒemovingｒateis99%.Theaｐｐli-cationｒesｕltoｆnanoｄeviceinoneyeaｒshowsthattheｐｒessｕｒeattheinｊectionenｄisstaｂleanｄnoscalingｐｒoｂlemoccｕｒs.Keywords：inｊectionwateｒsoｕｒce；scaling;nanoｆiltｒation；comｐatiｂility；ｆoｒmationwateｒ注水开发作为一种有效维持地层压力、提高采收率的二次采油方式普遍应用于海上油田开发过程〔1-2〕。受限于海上资源，海上油田注水水源多选择海水，但海水中大量的成垢离子易导致后续生产井结垢，影响油井最终采收率。纳滤是20世纪80年代中后期开发的一种新型膜分离技术，其借助于半透膜的选择截留作用，在压力驱动下可有效去除SO42-、Ca2+等成垢离子〔3-5〕。据相关文献报道，纳滤技术已在英国北海油田成功应用，但国内多应用于陆地油田水处理，对于海上油田水处理仅进行了探索性试验，未有海上大规模现场水处理的应用案例〔6-7〕。对此，本研究考察了纳滤对海水的处理效果及纳滤海水与地层水的配伍性，并根据RX-1油田注水需求设计了纳滤工艺装置，首次将纳滤技术成功应用于国内海上油田大规模水处理。该装置已投入运行1a，成垢离子去除率均在90%以上，注入压力稳定。该项研究为海上油田注入水源的选择提供了一种新思路。1试验部分1.1试验材料纳滤膜，中海油天津化工研究设计院有限公司；全自动高温高压动态损害评价仪，湖北创联科技有限公司；CH1015电热恒温水箱，上海舜宇恒平科学仪器有限公司。［基金项目］“十三五”国家科技重大专项课题（2016ZX05024-006）油气田水处理第39卷第2期2019年2月工业水处理InｄｕstｒialWateｒTｒeatmentＶol.39No.2Feｂ.，2019861.2纳滤水制备采用中海油天津化工研究设计院有限公司研制的纳滤膜进行纳滤水的制备。海水为母水源，在进水压力＜3MPa条件下，控制出水率为60%，Ca2+、SO42-去除率均达到90%以上。2结果与讨论2.1纳滤水与地层水水质分析按照《油气田水分析方法》（SY/T5523—2000）系统分析了RX-1油田地层水、海水、纳滤水的水质，结果见表1。表1水质分析结果由表1可知，RX-1油田地层水水型为NaHCO3型，矿化度为10487mg/L，HCO3-﹥2000mg/L，极易形成碳酸钙垢。海水经过纳滤处理后，Ca2+由391mg/L下降至14mg/L，极大降低了结垢风险。2.2纳滤水与地层水的配伍性评价2.2.1纳滤水与地层水静态配伍性将RX-1油田地层水与海水、纳滤水按不同体积混合，测定不同混合条件下Ca2+损失量，以Ca2+损失量来表征结垢严重程度。试验条件：温度为120℃，恒温时间为36h。试验结果见图1。图1注入水与地层水不同混合条件下Ca2+损失量由图1可知，地层条件（120℃）下，Ca2+损失质量浓度为36mg/L，说明地层水自身具有结垢趋势，但结垢量较小。地层水与海水混合后，随着海水注入比例的增加，Ca2+损失量先增大后减小，当V（地层水）∶V（海水）=7∶3时，Ca2+损失量最大，即结垢量最大。相比于海水，地层水与纳滤水混合后，随着纳滤水注入比例的增加，Ca2+损失量降低，从而结垢量降低。2.2.2纳滤水与地层水动态配伍性依据静态配伍性试验结果进行岩心动态配伍性评价。试验条件：V（地层水）∶V（注入水）=7∶3，温度120℃，出口压力10MPa，岩心基础数据见表2。表2岩心基础数据利用流速控制注入水与地层水比例，观察驱替入口压力变化情况，结果见图2。图2纳滤水/海水与地层水动态配伍性由图2可知，地层水与海水混合驱替至80PＶ后，随着驱替体积的增加，入口压力逐渐增大，驱替至140PＶ时，入口压力达到最大，为25.8MPa，说明地层水与海水不配伍，产生结垢，堵塞了岩心，导致压力上升。相比海水，地层水与纳滤水混合驱替至200PＶ时，压力基本保持平稳，未出现压力明显上升现象，说明纳滤水与地层水配伍性良好，这与静态配伍性试验结果一致。2.3注入水与储层岩心配伍性评价注入水与储层岩心配伍性评价主要是通过驱替试验来确定长期注水条件下，注入水是否会导致储层渗流条件的变化〔8-10〕。通过静态配伍性试验及动态配伍性试验可知，纳滤海水与地层水配伍性良好，不存在结垢堵塞地层风险。故进一步考察纳滤水与岩心编号试验用水长度/cm直径/cm孔隙度/%渗透率/mD备注4-2纳滤水混地层水5.82.518.415.4天然岩心1-2海水混地层水5.62.521.215.8天然岩心水源水型ｐH阳离子阴离子总矿化度K++Na+Mg2+Ca2+Ba2+Sｒ2+Cl-SO42-HCO3-CO32-RX-1油田地层水NaHCO37.543636163601.5640873472365010487海水MgCl28.0196181226391——169872665178031065纳滤水MgCl27.66801622140012398569020524工业水处理2019-02，39（2）宋吉锋，等：海上纳滤水处理技术研究与应用注：除ｐH外，其余项目单位均为mg/L。87储层岩心配伍性。试验条件：温度120℃，出口压力10MPa，岩心基础数据见表3。试验结果见图3。表3岩心基础数据图3纳滤水与储层岩心配伍性由图3可知，当纳滤水驱替到20PＶ时，渗透率略微增加，这可能是因为岩心中矿物经过水流冲刷部分脱落，造成微粒运移。纳滤水驱替到40PＶ后，渗透率变化趋于平缓，岩心渗透率下降范围在20%以内。一般认为，当驱替100PＶ后渗透率降低幅度不高于20%，即可判定无伤害。由于纳滤水与地层水的配伍性良好，不存在结垢堵塞岩心问题，并且纳滤水矿化度高于地层水，不会造成低矿化度流体注入储层而引起黏土膨胀，堵塞孔喉，导致渗透率下降问题。3矿场应用实例3.1纳滤处理装置设计根据RX-1油田实际注水量，设计1套纳滤处理装置。装置包括：前置过滤器、保安过滤器、纳滤组件及配套清洗橇，见图4。1—前置过滤器；2—保安过滤器；3—纳滤组件。图4纳滤处理装置前置过滤器为纳滤装置的预处理过滤设备，处理量为440m3/h，过滤精度50μm，利用精滤网拦截水中的悬浮杂质。保安过滤器为纳滤装置的预处理过滤设备，处理量为220m3/h，过滤精度5μm，利用滤芯拦截水中的悬浮杂质。纳滤组件为纳滤装置主体结构，处理量3000m3/ｄ，其系统工作压力要求在2.2～2.4MPa。纳滤组件分4组，每组产水量1000m3/ｄ，3用1备。3.2纳滤出水水质检测结果对纳滤装置出水水质进行了现场检测，结果见表4。表4纳滤装置出水水质mg/L由表4可知，海水经过纳滤处理后，出水水质稳定，Ca2+由366mg/L降到平均19mg/L，Ca2+去除率为94%；Mg2+由1171mg/L降到平均16mg/L，Mg2+去除率为98%；SO42-由2690mg/L降到平均4mg/L，SO42-去除率为99%。3.3注水井注入端评价试验井选择为该区块主力注水井，井深3579m，注水方式为笼统注水，配注288m3/ｄ。装置运行期间，注入量控制在300～320m3/ｄ，注入压力平稳在14MPa，说明纳滤水在注入端与地层水具有良好配伍性，证实了室内试验结果的准确性。4结论（1）利用纳滤技术处理海水后结垢风险降低。纳滤海水与地层水配伍性良好，室内岩心驱替100PＶ，渗透率下降范围在20%以内，判定无伤害。（2）纳滤装置现场应用1a，结果表明，海水经该纳滤装置处理后，Ca2+、SO42-浓度显著降低，Ca2+去除率达94%，SO42-去除率达99%，装置运行稳定。后续将根据实际运转情况更换膜组件。（3）本研究为纳滤技术在国内海上油田首次大规模注水处理中成功应用案例，对后续海上易结垢油田水源选择具有重要指导意义。参考文献［1］周卫东，佟德水，李罗鹏.油田采出水处理方法研究进展［J］.工业水处理，2008，28（12）：5-6.［2］孙先长，万涛，罗云.油田采出水处理新技术与新工艺［J］.工业水处理，2010，30（5）：19-20.［3］陈士佳，吴晓燕，左清泉，等.软化海水与海上绥中36-1油田储层配伍性研究［J］.工业水处理，2014，34（2）：69-70.（下转第105页）岩心编号长度/cm直径/cm孔隙度/%渗透率/mD备注4-15.82.517.110.6天然岩心6-24.92.519.341.0天然岩心水样Ca2+Mg2+SO42-入口海水36611712690纳滤水样（1周）18～2015～203～6纳滤水样（1个月）17～2016～203～5纳滤水样（3个月）19～2015～203～6纳滤水样（8个月）17～2015～203～6油气田水处理工业水处理2019