【石油科技】海上注水井 海水水源的“是是非非”
受海上环境因素制约，海上注水提高采收率往往会直接采用海水。本文详细介绍了注海水面临的挑战、应对措施和推荐做法...
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编译： 白小明 魏亚蒙
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海水注入面临挑战
油田注入海水的目的是为了保持储层压力，其也是一种提高采收率的方法，即通过注入海水将油从注入井推扫到生产井。因此，注海水的两个目的及其原因为：首先，注入海水保持储层压力，因为随着生产活动的进行，储层压力会逐渐枯竭；其次，注入海水提高采收率，因为油田初次采收的原油量有限。
海水注入面临的挑战包括：
1.由于海水悬浮物造成的堵塞；
2.注入水对储层造成损害；
3.腐蚀；
4.结垢；
5.储层变酸。
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1 悬浮物堵塞
当悬浮物堵塞储层的吼道时，便减小了储层的孔隙度，也减小了井眼的可注入能力并增加了所需的注入压力。因此，可以使用过滤器来降低注入海水中悬浮物造成堵塞的风险。
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2 注入水对储层造成损害
储层损害主要以表皮效应为特征。表皮效应可以作为近井眼区域损害程度的测量指标。近井眼区域损害主要是由于成垢、碳氢化合物发生相变或其他生产活动引起的储层渗透率降低的现象。注入水对储层造成的损害可以通过修井作业来进行修复。
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3 腐蚀
腐蚀是一种电化学的还原和氧化过程，包括发生在金属表面的阴阳极反应。腐蚀会导致金属材料的消耗、浪费，可致使金属发生脆化和裂化，这都可能导致设备发生损害失效。腐蚀是一个不可逆的化学过程，处理腐蚀的措施主要包括如下几种：
1.海水注入采用防腐合金材料（CRAs）；
2.添加化学试剂进行防腐，如注入腐蚀抑制剂、杀菌剂以及硝酸盐等；
3.海水曝气处理（机械的和化学的），避免发生氧腐蚀。
防腐合金材料
防腐合金材料即具有一定防腐级别的一系列合金材料。
腐蚀抑制剂
使用化学腐蚀抑制剂可以避免电解池作用的形成，从而防止腐蚀的发生。腐蚀抑制剂有无机物和有机物两种。
无机的腐蚀抑制剂有两种作用原理，即：钝化化学反应的金属阳极；直接作为化学反应的阴极。前者主要是通过在金属表面形成一层不参加反应的薄膜起到防腐作用，而后者主要是通过抑制水还原生成氧气起到防腐作用。
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曝气
海水曝气可以通过机械或者化学处理的方式完成。机械曝气主要是使用曝气塔来减少海水中的溶解气含量，降低到20ppb以下。有些还会采用气体剥离、真空曝气、压缩脱氧处理（如MINOX系统）以及湿式燃烧催化处理等方法。化学曝气主要采用氧气清除剂与水中的溶解氧气反应以将其去除。氧气清除剂可使用亚硫酸钠、亚硫酸氢钠和亚硫酸（氢）铵等。
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4 结垢
水垢是一种无机沉积，主要是从产出液体的水相中沉积而来，包括方解石硬石膏（CaCO3）、重金石（BaSO4）、岩盐（NaCl）、硫化铁（FeS）、硫酸钙（CaSO4）以及菱铁矿（FeCO3）等。
防止水垢形成的主要措施包括：
1.使用化学水垢抑制剂；
2.清除成垢成分。
水垢抑制剂
工程中一般使用水垢抑制剂来避免水垢的形成，其机理是抑制晶体成核，延迟晶体的生产速率，或是对结垢成分起到分散或者螯合的作用。该抑制剂可以进行持续注入，也可以进行间歇注入或者采用挤注方式处理水垢。
清除成垢成分
清除成垢成分可以使用硫酸盐清除装置（SRP）。其清除方法为一种膜分离方法，主要是避免硫酸钡（很难清理）的形成。SRP可以将海水中的硫酸盐含量降至20ppm以下。SRP的纳米级过滤系统可以大幅减少海水中的硫酸根离子，可将其含量从2,800mg/l减少到100mg/l或者更低，这会大大降低硫酸盐水垢的形成。但是，使用SRP时需要花费一笔大的资金进行购买，且该重型设备的占地面积也较大。
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5 储层变酸
储层变酸是指：储层起初为非酸性的（若无H2S产出），然后随着H2S的产出，逐渐变成酸性储层。由于硫酸盐还原菌会代谢产生H2S，因此，注入含硫酸盐的海水之后，可能会产生大量的H2S，从而使储层变酸。
储层变酸的化学处理方式包括注入好氧菌微生物抑制剂、厌氧菌微生物抑制剂以及硝酸盐等，也可使用SRP来减少注入水中硫酸盐的含量，从而抑制储层中的硫酸盐还原菌数量。
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海水注入推荐经验做法
以下是关于海水注入的一些推荐做法：
1.注入优质的清洁海水，确保海水注入系统吸水口的水深低于海平面50m；
2.避免氧气通过管道连接处以及设备的泄漏点侵入，防止发生氧腐蚀；
3.要定期对真空泵进行适当的维保，以确保海水的曝气效果；
4.要确保监测系统的可靠性；
5.采用在线的固体颗粒测量系统，时刻监测注水系统中的固体分布情况；
6.定期检查海水注入参数，如海水注入速率、压力等，不稳定的注入速率都可能是发生问题的征兆。
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深水海水注入项目分布
下表和图展示了正在进行中的以及计划进行的深水海水注入项目的地理位置分布情况，主要是想让读者对目前全球范围内深水海水注入项目有一定程度的了解。
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上表和上图为正在进行的或者计划进行的深水海水注入项目数量；根据表和图可以看出，北美（含墨西哥湾）及欧洲的深水海水注入项目（包括正在进行的项目以及计划进行的项目）数量总和超过了全球数量的一半。
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