一种油田采出水处理系统的评价方法与流程

本发明涉及油田采出水处理过程中一种适合于在采出水处理现场对各处理单元进行快速取样检测评价的油田采出水处理系统的评价方法。

背景技术：

1、油田投入开发后，随着开采时间的增加，油层本身能量将不断地被消耗，开采的油层压力持续下降，油井产量大幅下降，造成剩余油无法开采出来。为了弥补原油采出后所造成的地下亏空，保持或提高油层压力，并获得较高的采收率，必须对地下储层采取增加地层压力方式的开发。油田注水目前仍然是油田开发过程中，向地层补充能量、提高油田采收率的最重要手段之一。注水的对象是由不同渗透率的致密岩石组成的油层，因此要求注水水质达到一定的指标要求，注入水水质的好坏是决定油田注水开发效果好坏的重要因素，同时也决定着油田整体开发寿命的长短。

2、水质好坏的评价标准，通常由相应开发层系的储层类别与渗透率物性决定，行业上常常采用相应的行业技术标准中的测试方法来测试分析；用行业标准中的推荐指标来评价水质，比如适用于碎屑岩油藏的《碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法》sy/t5329-2012，该标准水质主要控制指标包括悬浮固体、颗粒直径中值、含油量、srb、tgb、ib等7个检测项目，辅助性控制指标包括溶解氧、硫化氢、侵蚀性二氧化碳、铁、ph值等5个检测项目。注水水质的基本要求一般是水质稳定与油层水相混合不产生明显沉淀，同时水中不得携带大量的悬浮物，防止出现对地层的堵塞，造成水井注不进水或注水井的注水压力持续上升的恶果。从油田采出水处理处理的核心要求看，水质12项指标中，最重要、最核心的指标为悬浮物固体含量，其变化因素与其余11项控制指标均高度关联，同时在上游行业采出水处理的生产管理中，达标率最低、控制难度最大的单项指标也为悬浮物固体含量，但在实际生产中，尚缺乏适于现场使用与悬浮物固体含量对应的针对性评价装置与可重复性较高的量化评价分析方法。

3、现有技术中，油田采出水处理过程中的水质评价与管理，目前主要依托于以下两项工作。

4、一是采出水处理系统的水质监测分析与管理。即通过部分数据现场检测、部分数据现场取样后的室内检测，得到12个项目的水质检测数据，并基于此，对地面采出水处理系统各单元的运行状况，做出客观的评估。具体来说，目前油田行业普遍采用的方式为，依托油田内部的专业检测单位，开展每季度一次的水质监测，来评估采出水处理各单元与整体系统的运行状况，一般在现场取样测试后的1-2月内，根据检测数据，对本季度水质监测各站点的实际运行情况，进行整体系统运行状况评估与水质达标率分析，编制水质监测公报，并提出措施建议，经上级部门审核后下，水质监测公报在水质监测后1-2月后，下发至采油厂管理部门、采油厂技术管理部门，由后者根据公报的水质情况和措施建议，对采出水处理系统做出生产参数调整或问题整改。这一监测评估和管理方式，存在以下三个问题，①测试周期过长，测试数据难以快速应用，现场问题难以快速反馈并整改，水质监测包括12项指标，一个站点的各监测点位，从开始检测到拿到测试结果，一般需耗时7-15天(srb培养周期一般为7-15天)，同一站点再次测试一般间隔90天；②测试成本较高，部分测试项目周期长、费用高，比如三项细菌监测中二次稀释法或三次稀释法，需要大量消耗测试瓶，成本费用逐年上升，且测试周期均需要7天；③按照sy/t5329对标采样测试过程中，会产生大量的含油危险废弃物及固体废弃物，即影响环境安全，又增加企业生产成本。

5、二是日常的采出水处理药剂的投加管理。由于油田采出水处理过程中普遍存在的腐蚀、结垢等问题及处理过程中降低或有效控制12项水质指标的目的，需要在油田采出水处理过程中，不同位置投加及动态调整不同类别的化学药剂，因此日常采出水处理药剂的保质保量的有效投加是现场采出水处理工作的另一项重要的工作内容。由于油田生产过程中采出水层系变化或不同采出水的混合变化的现状，使得油田采出水处理化学药剂需要周期性评估，并监控药剂处理采出水效果的好坏，这与采出水处理水质达标率的高低高度相关。目前，采出水处理用化学药剂的评价，我们常常利用模拟装置现场采集水样，室内评价的方式，进行周期性评估。

6、油田采出水处理系统，一般有以下特点，一是处理站点多面广较为分散，站点之间常常相距百多公里，高昂的采出水运输成本与实际注水增压的现实需求，使得油田行业一般采用采出液就近处理就地回注的工艺方式；二是采出水处理量差异较大，每天的采出水处理量从数十方到数万方(站点进水量波动超过30％)；三是采出水处理站点进液水量水质变化大(单项测试参数变化超过50％)。总体看，对于油田采出水处理系统运行状况，整体及单元的动态评价领域，目前仍然缺乏简单、有效的、低成本的现场快速评价装置与方法。

7、通过文献检索及专利查询，对于油田采出水处理过程中的水质评价与管理中遇到的，采出水处理系统与单元运行状况、采出水处理系统中，沉降单元用的化学药剂的效果，缺乏有效评估方法手段的问题，行业内外的主要的解决方式，主要有以下几个方面：

8、对于基于水质评价基础上的现场生产管理技术领域，国内外油田采出水大多数站点的运行模式，仍然主要是依靠周期性的按照行业标准开展的水质检测评价，来实现油田采出水处理系统的生产维护管理；存在测试及反馈周期过长、测试成本过高、现场调整响应滞后等问题，缺乏简便、快速、低成本的评价方法。查询相关资料，对于与油田采出水相类似的包括石化、炼化、化工等废水的处理技术领域中，采出水水质评价分析的方法，有采用在线采出水监测评价警报的专利技术，尤其是采用在线浊度测试方式，如专利号zl2018206300840的污水在线浊度检测系统，利用光电系统建立光电平衡，在预处理系统出水端的进水口，之后的管道混合器出口的输出管道上安装，采集浊度变化数据，实现超标预警分流的效果。检测系统的采集水样位置在预处理后端位置，无法实现采出水处理系统全流程，尤其是采出水处理前端来水端的采出水水质测试与评价分析；同时由于油田采出水处理系统进水水量、水质的极不稳定导致在线测试系统的传感器易受到污染，测试常常无法稳定运行，整体工作程序复杂，维护困难。专利号为zl2017800838595的专利，公开一种抚浊度计装置、污泥浓缩装置和用浊度计装置确定液体样本的浊度的方法利用真空泵填充浊度计测试腔体容器同时生成低压实现液体样本脱气。专利实现自动进液、排气、排液，但装置复杂，主要用于活性污泥系统中的污泥浊度测试。但此系统只适用于污水处理系统中的活性污泥处理工艺方式，目前油田采出水处理系统中大多数采用常规絮凝沉降过滤的物化工艺方式，其余采用的生物采出水处理技术中90％以上采用接触氧化方式处理。本专利利用真空泵填充浊度计测试腔体容器同时形成低压实现液体样本脱气。但装置复杂，主要用于活性污泥系统中的污泥浊度测试，不适于油田采出水系统使用，费用高昂，维护困难。公开号cn114690700 a的专利中，一种基于plc的智能污水处理决策优化方法及系统：采集污水质量评价指标数据，并对评价指标数据进行预处理，构建混合污水处理决策优化模型，将预处理后的污水质量评价指标数据输入到混合污水处理决策优化模型中，得到混合污水处理决策的plc参数配置，将最终的plc参数配置反馈到plc控制台，plc控制台依据plc参数配置进行采出水处理参数的修改，最终实现控制污水处理系统进行采出水优化处理。需要在沿程各节点位置大量安装传感器，通过plv系统决策、参数配置，实现污水优化处理；此技术相关水质传感器的抗污染性、可再生性及在油田废水适应性，仍然是此类技术难以逾越的技术难题。公开号cn109853704 a的专利中：一种城市污水系统问题诊断方法以污水提升泵站为节点，诊断污水处理水量、水质、达标率等资料，结合采出水处理水量与进出水的水质数据指标进行诊断，为市政排水系统管理提供一种有效的技术支持与数据支撑。诊断与评估取决于现场大量的采出水处理系统水量、水质传感器测试单元的基本数据，此诊断方法设计参数均为常规外排水处理技术领域相关指标，诊断的计算方法过于繁琐，适于常规市政采出水，难以适应油田采出水处理系统，点多面广的特点下所需要的的简单快速的解决技术路线，也无法解决油田采出水的污油冲击污染造成的传感器无法正常使用及测试错误的问题。专利5：中国发明专利一种综合性水质评价方法(申请公布号为cn108470234a)，采用了一种将多种污染因子整合计算的方式来评价水质，通过不同污染因子所占成分比例分配权重来计算其整体污染程度。与许多同类专利相似，该申请中主要是对于某一地区外排水的水质进行综合性评价，而不是针对油田采出水处理系统考察对象、控制标准差异巨大，且其提出的水质评价方法，适于整体评估，对采出水处理系统单元运行状况及处理效果的影响因素没有直观数据，无量化标准，无法实现油田采出水处理系统的直接生产管理与水质持续提升。

9、对于基于现场应用的药剂效果评价技术领域，油田采出水大多数站点的药剂处理效果评价方法，仍然是在室内利用相关模拟装置的方式加以评价，只在模拟装置内部的部件、组成上有新的创新，如专利号为zl202122957359专利：一种海上油田采出水处理系统药剂动态评价模拟装置,通过构建包含加药系统、调制罐、撇油器、气浮选器、斜板除油器、过滤装置等主要部件在内的小排量室内采出水处理系统试验装置，采集现场水以室内装置模拟的方式，实现海上油田采出水处理系统的药剂动态评价，实现了模拟现场温度、流量，动态模拟药剂的处理效果。但仍然采用采集现场采出水样品，在室内利用由各处理单元部件组成的室内小型模拟装置，模拟评价现场的药剂处理效果，需要将大量现场水样运输至实验室，试验周期长、试验费用高，同时无法实现现场药剂投加后基于现场工艺条件下的实际效果评价。

10、综述所述，目前油田采出水处理系统现场快速评价手段缺乏，实际生产领域尤其是采出水处理系统最重要的进水位置，未见相应检测评估技术在油田采出水处理现场持续、稳定的应用，同时由于油田生产系统安全防爆的实际需求，采购与维护费用过高，客观上也限制了接触式传感器类采出水测试与决策系统，在油田采出水处理系统中的使用；采出水处理用化学剂的使用，仍缺乏简单高效便捷的现场评估技术方法。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中油田采出水处理系统的评价参数多，现场评价方面缺少快速、即时、有效的评价手段的问题，提供一种油田采出水处理系统的评价方法主要解决以下几个方面的技术问题，一是基于对油田采出水水质主要控制指标的控制、多参数的关联性分析、油田采出水处理系统涉及的技术原理等角度，提出一种适于油田采出水处理现场水质便捷检测、快速评估的重要参数；二是适用于现场取样快速检测，实际测试数据，基于不同处理工艺下的数据归类分析，建立评估方法，对油田采出水处理系统的整体及各单元运行状况，提出具有可操作性的、有利于指导现场生产的评估方法；三是利用评估方法，解决采出水处理过程中，常常遇到脱稳处理等化学药剂，难以快捷量化现场评价的难题。

2、本发明的目的是这样实现的，一种油田采出水处理系统的评价方法，其特征在于，通过如下步骤定期提取水样检测评价：

3、第1步，定期从油田采出水处理系统的进水口、每个单元的出水口处分别放水取样，封装在不同的玻璃取样桶内，并按单元标记取样；

4、第2步检测各水样的初始透光率t初1、t初2…t初i水,各水样静置30-60分钟后的透光率t末1、、t末2…t末i，检测各水样的电位值e0、e1…e2第3步，根据第2步的检测的透光率和电位值计算采出水处理系统各单元的处理效率xi和整体的处理效率η

5、其中，单元处理效率为xi，xi＝单元净化率di+单元稳定率ki+单元辅助净化率fi

6、di＝(t初i-t初i-1)*100/t t初i-1         式(1)

7、ki＝＝(t末i-t初i)*100/t初i           式(2)

8、fi＝(ei-1-ei)*100/ei-1/50          式(3)

9、

10、其中，式(4)中50为归一调节常数，其数据根据投加脱稳类等取得明显絮凝效果药剂的水样电位与原始水样电位的差值；qi为各单元对整体系统处理效率的贡献权重，油田目前的采出水处理流程分类，按沉降单元、过滤单元和注水单元分别取值为30％、60％、10％；

11、第4步，计算脱稳药剂在现有沉降单元处理系统的处理效率yi，

12、yi＝(ei-1- ei)*100/ ei-1            式(5)；

13、第5步，根据第3步η值，评价油田采出水处理系统的整体运行效果并制定处理措施；

14、第6步，根据第4步中，沉降单元的yi值，制定加药措施。

15、本发明的油田采出水处理系统的评价方法，引入透光率、电位两个检测项目作为关键控制评价指标，形成了一种适于现场的快速检测的油田采出水处理系统的沿程各单元运行状况的评价方法，可实现水样中与悬浮物固体含量高度相关的透光率数据，与硫化物、二氧化碳含量、脱稳等药剂相关的电位数据等关键参数检测，通过数据的处理，计算各单元的处理效率和整体系统的效果分别对各功能单元和整体系统进行全面的快速评价，并根据评价结构快速作业决策，以确保处理系统稳定运行，水质持续平稳提高。

16、进一步地，所述油田采出水处理系统包括依次连接的采出水进水、沉降单元、过滤单元和注水单元，每个单元的出口处分别设有取样口。

17、进一步地，第1步中，定期取样的周期为48小时。

18、进一步地，同一功能单元包括依次串连多级单元时，每级单元的出水口均分别取样。

19、进一步地，第4步中，单元每级权重为此类单元权重除以单元级数。

20、进一步地，第5步中，采出水处理系统的整体运行效果评价标准为：根据经验值设定以下单元及系统效率变化的干预阈值，出现测试单元或系统运行效率低于干预阈值时，采用干预措施。

21、进一步地，第5步中，干预措施为，缩短定期取水样检测的周期为原周期的一半，当连续两次测试出现如下情况时

22、η≥5，表明整体系统运行良好，单元运行良好；

23、xi≥5，表明单元系统运行良好，正常定期取样；

24、当-10＜xi＜5，加密取样，xi结果连续位于此区间，则需对所在单元采取措施；

25、当xi指数＜-10，直接针对所在单元采取措施。

26、进一步地，第6步中，根据yi值判定沉降单元当前现场加药效果的评价标准为：yi≤10，需开展药剂评价筛选更换，再次判断现有药剂与水体是否匹配；yi≥30时药剂与现场的工艺条件匹配，当10＜yi＜30时，增加沉降药剂用量5％～10％。

27、进一步地，第2步中，测试前将各水样分别封装在不同的玻璃测试管内，并于玻璃测试管内的水样分别通入氮气或懒性气体以排除管内空气。

28、本发明的上述油田采出水处理系统的评价方法，基于对悬浮物固体含量的关联分析，在油田采出水处理效率评价时，引入透光率、电位值两项参数，换算为对各处理单元和整体系统效率的计算，实现油田采出水处理用脱稳等关联类别药剂的现场快捷评价，实现采出水处理系统单元及整体系统运行状况定量评价，根据处理效率变化，找出问题节点、提出针对性实施方案。