很多人通常不會(huì)將水與地下石油和天然氣的生產(chǎn)聯(lián)系起來(lái)。采出水既非能源，也無(wú)銷售價(jià)值，那么其分離、處理和排放還重要嗎？

石油天然氣行業(yè)以外的人普遍認(rèn)為地下油藏中含有大量的碳?xì)漕惢衔铮N），而實(shí)際上碳?xì)浠衔锎嬖谟诙嗫椎膸r石層中，而且上面覆蓋著一層不透水的巖層或頁(yè)巖。

沉積的砂巖和石灰?guī)r是兩種主要的含油巖石。這些巖石為多孔結(jié)構(gòu)，孔徑在亞微米到幾十微米之間。有些微孔是相通的，流體可以通過。石油中的水通常被稱作“原生水”或“地層水”。兩種水來(lái)源不同，原生水是在巖層的形成過程中被截留在巖層中的，其成分可能會(huì)變化。地層水就是在巖層中形成的，然后被不透水的冠巖截留在碳?xì)浠衔镏小?/p>

碳酸根離子可以與鈣離子結(jié)合，形成不溶性的碳酸鈣。這不僅會(huì)導(dǎo)致流速下降（產(chǎn)量損失），還會(huì)對(duì)系統(tǒng)完整性帶來(lái)不利影響。這一問題必須解決。向油藏中添加抑制性化學(xué)試劑可以抑制碳酸鈣的形成，同時(shí)保持高壓。

石油和其他組分進(jìn)行分離的第一階段通常采用三級(jí)臥式分離器，其尺寸要保證石油和水具有最長(zhǎng)的停留時(shí)間。石油、天然氣和水的采出過程中有時(shí)會(huì)產(chǎn)生固體，因此還要考慮固體的去除和處理。天然氣／石油／水／固體的分離過程遵守斯托克斯定律。

油水分離之后流出的水不可能是“干凈的”，其中含有部分渣油，以小液滴的形式分散在水中；也有可能含有部分固體。

這些水中還溶解有少量的烴和氣體，例如腐蝕性的二氧化碳和輕質(zhì)烴，以及用于提高石油產(chǎn)量而添加的水溶性化學(xué)物質(zhì)。這些水既沒有用也沒有價(jià)值。那么為什么要對(duì)它們進(jìn)行處理？

首先，水通常會(huì)從海上油氣開采平臺(tái)直接排入海洋環(huán)境之中的，或從地上生產(chǎn)系統(tǒng)中排入當(dāng)?shù)氐暮恿髦�，或者從煉油廠排入河流入海口和近海水域。在環(huán)境法規(guī)的壓力之下，這些可能含有污染物的水必須得以處理。其次，這些水中確實(shí)含有部分烴，可以將其回收出來(lái)并送回到主生產(chǎn)系統(tǒng)中。

采出水的去油

在早期的處理工藝中，系統(tǒng)多以礦物處理技術(shù)為基礎(chǔ)，但只能去除較大的油滴，對(duì)于小油滴則無(wú)能為力。采出水中分散油滴的去除技術(shù)有下列幾種發(fā)展方向：

A）增大油滴的尺寸（結(jié)合法）；

B）使油滴吸附在氣泡上，改變油滴的比重；

C）增加分離過程的重力，例如水力旋流器和離心機(jī)。

這些降低采出水中殘留烴的技術(shù)通�？梢詫⑺械氖蜐舛瓤刂圃�40MG／L。在早些年，這一數(shù)據(jù)足以滿足英國(guó)相關(guān)法規(guī)的排放要求。但最近這一法規(guī)對(duì)于海上采油平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商的要求有所提高，即降低烴的年排放總量。最低標(biāo)準(zhǔn)為：石油的排放總量必須比2001年低15％。對(duì)于烴排放超標(biāo)的企業(yè)，必須支付每千克（超標(biāo)排放量）108英鎊的罰款。所有新建油氣田均無(wú)寬限，采出水量增多的老油田也不例外。排放的采出水中，石油的最大含量規(guī)定為30MG／L。因此，為了滿足新的法規(guī)要求，一些運(yùn)營(yíng)商必須采取更嚴(yán)格的處理標(biāo)準(zhǔn)。有些運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)提出了采出水零排放的目標(biāo)。

地上平臺(tái)的排放由相關(guān)的環(huán)境保護(hù)機(jī)構(gòu)監(jiān)督，其排放標(biāo)準(zhǔn)中可能規(guī)定了重金屬和溶解烴的最高濃度。

其他的水

隨著石油的采出，壓力下降，會(huì)產(chǎn)生另外兩種作用：氣頂膨脹和油水界面的升高。氣頂膨脹是我們不希望發(fā)生的，因?yàn)閴毫Φ慕档蜁?huì)使溶解在石油中的天然氣逸出溶液。由于天然氣比石油的流動(dòng)性更強(qiáng)，因此它會(huì)優(yōu)先流向油井。這一情況是我們非常不希望發(fā)生的，因?yàn)椴沙龅氖蜁?huì)改道而遺留在油藏中。

油水界面高度的提升也是我們不希望發(fā)生的，因?yàn)�，這會(huì)導(dǎo)致采出水水位隨著石油而提升。這一情況會(huì)導(dǎo)致兩大問題：石油產(chǎn)量的減少和大量采出水需要處理。這些情況如何避免，或者如何在油田達(dá)到最大效益之前盡量避免？

油田注水是石油生產(chǎn)過程的重要一環(huán)。注水有兩個(gè)目的：第一，將油藏的壓力保持在一定水平，防止天然氣逸出；第二，將石油推向油井。據(jù)預(yù)測(cè)，水的注入可以將烴類的采收率平均提高40％。

可用于含油層注水的水的類型包括

1、海水（海上平臺(tái)）；

2、采出水；

3、地層水（容易取得的情況下）；

4、河水或江水；

5、家庭或工業(yè)廢水

所有的水都必須在安全連續(xù)地注入含油巖層前經(jīng)過一定形式的處理。

注入水的處理

迄今為止，最常用的注入水是海水，當(dāng)前針對(duì)注入水的處理工藝也圍繞海水展開。

海水中含有懸浮固體、細(xì)菌和溶解氧，會(huì)對(duì)油藏承受注入水的能力和接觸注入水的材料壽命帶來(lái)不利影響。這些材料包括管道、注入井的相關(guān)設(shè)備和用于輸送水的地下金屬設(shè)備。

由于海水還具有其他功用，例如冷卻，因此首先必須滿足冷卻水水質(zhì)的要求。也就是說(shuō)，必須去除海水中的細(xì)菌、海洋生物和大型懸浮固體。細(xì)菌可以采用殺菌劑（通常是次氯酸鈉）來(lái)去除。大型懸浮固體（例如硬殼類海洋生物和浮游生物）可以采用粗濾工藝去除。

完成冷卻使命之后，這些水可能需要作進(jìn)一步的過濾，方能注入含油巖層。關(guān)于這個(gè)問題，目前有兩種不同的思想流派：一種認(rèn)為過濾可以防止油藏孔隙的堵塞；另一種則認(rèn)為冷的海水進(jìn)入熱的巖層會(huì)導(dǎo)致巖層碎裂，從而導(dǎo)致海水（和固體）四處流動(dòng)。如果要進(jìn)行二級(jí)過濾，通常會(huì)采用雙介質(zhì)高速過濾器。去除了固體和大部分細(xì)菌之后，就需要去除溶解氧了。

碳化鋼是高壓注水的首選材料，而它很容易受到水中氧氣的腐蝕，因此溶解氧的去除不容忽視。海水除氧的常用技術(shù)是真空排氣系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含一個(gè)具有多級(jí)真空的立式容器，可以將海水中的氧氣濃度從8MG／L降低至50礸／L以下。殘留的溶解氧通過亞硫酸鹽來(lái)去除。

不同等級(jí)的真空度由液環(huán)真空泵來(lái)完成，較低的真空度需要借助氣體噴射器。泵的密封／冷卻水通常是冷的粗濾海水，在進(jìn)入注水井之前需要增壓。

隨著脫氣裝置從好氧向下游的厭氧狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，可能會(huì)為厭氧微生物提供生長(zhǎng)條件，從而對(duì)碳鋼系統(tǒng)造成嚴(yán)重?fù)p壞。

微生物腐蝕通�？梢酝ㄟ^非氧化性有機(jī)生物殺滅劑得以緩解。這些物質(zhì)不像氯氣一樣具有腐蝕性�；瘜W(xué)生物殺滅劑包括醛（戊二醛和甲醛）、季銨鹽和一些特殊類型的季磷鹽，可以單獨(dú)添加，也可混合加入。有機(jī)生物殺滅劑價(jià)格昂貴，通常每周添加1－2小時(shí)，添加濃度最高為1000MG／L。真正的添加頻率、時(shí)長(zhǎng)和速度要根據(jù)下游水質(zhì)的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。

當(dāng)注入水的溫度或壓力升至油藏溫度或壓力時(shí)，或者與之混合的海水和地層水化學(xué)不相容時(shí)，可能會(huì)形成不溶性固體。

向注入水內(nèi)添加阻垢劑可以解決這一問題。例如，如果地層水中的堿金屬（特別是鋇和鍶）濃度較高，注入海水的硫酸鹽含量達(dá)到2700MG／L，就很有可能形成不溶性硫酸鋇和硫酸鍶。這些水垢的數(shù)量對(duì)于高效的化學(xué)阻垢系統(tǒng)來(lái)說(shuō)可能太多了。讓海水先流經(jīng)一排納米過濾器可以去除大部分的二價(jià)離子，例如硫酸根。如此，處理過的海水就可以安全地注入油藏。

注入水的處理是一個(gè)重要過程。但是，對(duì)于所有系統(tǒng)來(lái)講，最重要的一點(diǎn)是讓運(yùn)營(yíng)、操作團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)階段就參與進(jìn)來(lái)。

水的處理是石油和天然氣生產(chǎn)中非常重要的一部分。水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)失敗或未進(jìn)行操作優(yōu)化，都可能導(dǎo)致石油生產(chǎn)系統(tǒng)的停機(jī)。而一旦停機(jī)，就必須在故障解決之后才能啟動(dòng)，從而造成利潤(rùn)的重大損失。

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