油田洗井水處理

A. 洗井方法與管井腐蝕、堵塞和結垢的防治

管井的成井工藝，包括從鑽進開始直至下管、回填、洗井等多道工序。一般流程為：選擇沖洗介質、配製泥漿→終孔物探測井→井孔斜度測量→井管安裝→填礫及管外封閉→洗井。其中的任何一道工序處理不當或完成質量不高，都會影響水井的成井質量。

洗井是管井成井工藝中最後和最重要的一道工序。洗井的好壞對管井出水量有很大的影響。對於使用時間較久的井孔，由於泥沙淤塞、化學腐蝕、結垢和堵塞等原因，造成井孔出水量減少，也可採用洗井的方法恢復和增大井孔的出水量。下面著重對洗井方法作一簡要介紹。

洗井的方法基本上可分為機械洗井和化學洗井兩大類。前者目前普遍使用，而後者很有發展前途。

1.機械洗井法

對於泥皮、泥沙淤積堵塞過濾器等，均可採用機械洗井方法處理。目前使用最廣泛的機械選井方法主要有：活塞洗井法、空壓機洗井法和水泵抽壓洗井法（或稱泵抽振盪洗井法），其次是沖孔器洗井法和各種聯合洗井法。

機械洗井法的共同原理是：通過洗井設備在井中產生的強大抽、壓作用和沖擊振盪作用，加大井內外的水壓力差和加快地下水流速，從而破除井壁泥皮、帶出阻塞於含水層空隙與過濾器中的細粒物質，以達到疏通含水層、增加水井出水量的目的。

（1）活塞洗井法：所需設備少，方法簡單，成本較低，洗井效率亦可。但當井管強度不高時，易被活塞拉壞；在細粒含水層中洗井時，可能引起大量進砂。

（2）空壓機洗井：具有工作安全、洗井干凈等優點，但洗井成本較高，且受地下水位深度限制。因此，動水位過深或井深較淺的水井，皆不適於空壓機洗井。

（3）水泵抽壓洗井法（也稱泵抽振盪洗井法）：就是在井孔中間歇性抽水，抽水、停抽（每次停抽一般應在2小時以上）反復進行，抽水使井中水位下降，停抽後水位又迅速回升，二者結合可對井孔產生強烈的沖擊振盪作用，可較好的破除井壁泥皮，疏通含水層，從而達到洗井目的。

當條件適合時，用空壓機與活塞聯合洗井，可以取得很好的洗井效果。

2.化學洗井法

它是近年來國內外正在發展的一種新式洗井方法。這種方法操作簡便，成本低廉，對於因腐蝕（主要是電化學、溶解氧、細菌造成的腐蝕）、結垢（腐蝕產物附著在過濾器上形成結垢、化學或生物化學結垢）和化學作用形成的堵塞（沉澱物，膠結物），化學洗井效果遠比機械洗井為佳；而在某些碳酸鹽岩含水層中，化學洗井還可起到擴大含水層裂隙、溶隙通道的作用。常用的化學洗井方法有：

（1）多磷酸鈉鹽洗井法

目前在洗井中使用的多磷酸鈉鹽有：六偏磷酸鈉［（NaPO₃）₆］、三聚磷酸鈉（Na₅P₃O₁₀）、焦磷酸鈉（Na₄P₂O₇）和磷酸三鈉（Na₃PO₄）等。現以洗井中經常使用的工業用焦磷酸鈉（即無水焦磷酸鹽）為例，說明其原理及使用方法。

無水焦磷酸鈉為白色粉末狀，易溶於水，呈鹼性（pH=9.2），無毒，對鋼材腐蝕性較弱。由於其價格比較便宜，故宜於野外批量使用。焦磷酸鈉洗井的作用機理是：由於焦磷酸鈉與泥漿中的粘土粒子發生配合作用，可形成水溶性的配合離子，其反應式如下：

Na₄P₂O₇+Ca²⁺➝［CaNa₄（P₂O₇）］^2-

Na₄P₂O₇+Mg²⁺➝［MgNa₄（P₂O₇）］^2-

上述反映形成的配合離子［CaNa₄（P₂O₇）］^2-和［MgNa₄（P₂O₇）］^2-是一些惰性離子。這些離子既不發生化學的逆反應，也不會自身聚結沉澱，更不與其他離子化合沉澱，故易於在洗井、抽水時隨水排出。同時，這種帶負電荷的配合離子，還可以吸附在粘土粒子上，使粘土粒子表面的負電性加強，從而加大了粘土粒子之間的斥力、降低了泥漿的粘度與剪切力。這是焦磷酸鈉能夠分解、破壞井壁泥皮和含水層泥漿沉澱的主要原因。

焦磷酸鈉洗井的大致步驟如下：首先下置井管，待礫料填至設計高度後，即用泥漿泵將濃度為0.6%～0.8%的焦磷酸鈉溶液注入井管內、外（先管外、後管內），然後繼續完成管外的止水回填工作。待靜置5～6h，焦磷酸鈉與粘土粒子充分結合後，即可用其他方法進行洗井。焦磷酸鈉鹽溶液的注入量，應與含水層井筒的體積大致等同（扣除井管與礫料骨架所佔體積）。

由於不同的多磷酸鹽，在不同化學性質的水溶液中具有不同的化學活性，因此須根據當地地下水的化學性質和土壤的含鹽成分確定所選用的多磷酸鹽種類。

（2）液態CO₂洗井法

根據實驗可知，CO₂氣體在壓力為5.099×10⁵Pa、溫度為零下37℃（即-37℃）的條件下即可液化；也能在壓力為71.44×10⁵Pa、溫度為31.19℃的條件下液化。液態CO₂在瓶內的壓力，隨著溫度的變化而劇烈變化。當溫度由-25℃上升至0℃、45℃時，其壓力則相應由16.2×10⁵Pa上升到30.4×10⁵Pa、109.43×10⁵Pa。

液態CO₂洗井的基本原理是：通過高壓管送入井下的液態CO₂，經過吸熱和降壓後氣化，並在井內產生強大的高壓水氣流，從而破壞井壁泥漿皮，疏通含水層的孔隙、裂隙通道，並使井內岩屑、泥漿等充填物拌隨高壓水流噴出地表，達到洗井和增加水井出水量的目的。

在碳酸鹽岩和石膏等可溶地層中洗井時，可先向井中注入一定量的鹽酸，靜止1.5～5h後，再灌入液態CO₂。這時，液態CO₂由於吸熱膨脹而產生氣體，將先把鹽酸壓入岩層裂隙深處，起到加速溶解可溶岩石和擴大裂隙的作用，而後所溶解的物質又隨著井噴被帶出井口。有時，在揭露碳酸鹽岩的水井中，即便只注入鹽酸，也可因化學反應生成大量CO₂氣體而產生井噴。

為了防止金屬管材在洗井過程中被酸腐蝕，必須在酸液中加入一定比例的甲醛、丁炔二醇［C₄H₄（OH）₂］和碘化鈉［NaI］、碘化鉀［KI］等防腐蝕劑。此外，當孔內（特別是施工期較長的深孔）泥漿皮較厚時，亦可加入能夠減緩泥皮凝固、硬化的多磷酸鈉鹽，以加強洗井效果。洗井設備的安裝可參看圖11-13。

液態CO₂洗井法，是目前諸種洗井方法中比較先進的方法。方法簡單，節省時間，成本低廉，對於鬆散孔隙含水層或基岩裂隙含水層，以及不同深度、不同材質、不同結構的新、老管井均有較好的洗井效果。但洗井時應注意安全工作。

（3）鹽酸洗井及其他化學洗井方法

當過濾器因化學作用堵塞時，一般可採用酸化處理。例如，當過濾器被碳酸鹽類沉澱、氫氧化物沉澱或膠結物堵塞時，一般可用鹽酸作為酸化處理液（同時為減少管井中金屬材料的腐蝕，可加入適當的防腐劑）。鹽酸酸化處理時的化學反應過程如下：

CaCO₃+HCl➝CaCl₂+H₂O+CO₂

FeCO₃+HCl➝FeCl₂+H₂O+CO₂

Fe（OH）₃+3HCl➝FeCl₃+3H₂O

圖11-13 液態CO₂洗井安裝平面示意圖

如果堵塞物是硅酸鹽類（粘土）時，則需用鹽酸（HCl）與氫氟酸（HF）混合液處理。

當過濾器因細菌作用而堵塞時，一般可採用往孔內輸送氯氣滅菌的方法，或者採用輸送氯氣與酸化處理相結合的方法加以處理。

B. 如何洗井

提筒洗井法 提筒是一種結構簡單,並且操作起來也很簡便的方法,主要就是通過鋼絲繩牽引直下孔底,上下提拉,沖擊井壁泥皮,並將孔底泥漿提出排除。從而達到深井洗井的目的，但是這種方法只針對哪種小口徑淺井,操作費時,不徹底,如果能夠和抽水配合洗井,比較好。水泵洗井 採取這種洗井方法一般是利用鑽機水泵壓入清水,利用它的沖孔器的噴水孔,高壓水流的噴射作用,起到清洗水井的目的。空壓機洗井 該洗井裝置主要分為並列式和同心式兩種,可視況選用。這是常用的洗井方法之一。其洗井效果比較好水泵和空壓機洗井，這種聯合洗井方法,對於含水層埋藏較深、泥漿沉澱物較多的井孔,其效果較好。注水洗井，將水從油管注入套管返出這樣一個反復的過程洗井，該方法對於長期存在於井壁、井筒、井底的污物沖洗干凈.注水洗井分正洗井和反洗井，將水由油管注入套管返出這樣的正循環洗井法稱為正洗，反之就是反洗，目的是為了把井中長期存在於井壁、井筒、井底的污物沖洗干凈.

C. 洗井作業

物探測試、下管、固井作業結束後(或大口徑填礫止水)就應立即開展洗井工作,這一環節在地熱井成井中尤為重要。常用的洗井方法有機械洗井和化學洗井。機械洗井方法主要有活塞洗井法、高壓噴射洗井法、氣舉法、水力震盪法、氣水混合洗井法和潛水泵洗井法。化學洗井方法主要有鹽酸洗井法、二氧化碳洗井法、多磷酸鹽洗井法和氫氟酸洗井法。

(一)機械洗井法

1.活塞洗井法

活塞洗井法是在水文水井中常用的一種方法。活塞常用小徑抽筒製作,下入深度一般為300～600m(視井身結構和儲層情況調整),一般用0.65～1.5m/s速度上下提拉,促使井內產生瞬時真空和形成水力沖擊,將孔壁泥皮、環空中的泥餅破壞並將含水層中的細小顆粒攜入井中,從而疏通含水通道使井達到正常的出水量的目的。這種方法因操作簡單,成本低,有一定的效果,一般在較淺的水井中應用。活塞洗井的不利之處在於因巨大的抽吸力會把地層中的細小顆粒大量引向井的四周,以致引起嚴重的涌砂或堵塞井壁進水通道,甚至損傷井管等。

在地熱井洗井作業中一般很少採用活塞洗井,因地熱井較深,鑽機設備無撈砂滾筒,鑽機提升系統多為8～10股鋼絲繩,提升速度慢,很難在儲層中形成壓力激動。

2.高壓噴射洗井

高壓噴射法是最有效的洗井方法之一,國內外普遍採用這種方法。它能夠使過濾器得到全部有效的吹洗,射流擾動附近含水層,造成一定的壓力波動,能得到很好的效果,是地熱鑽井洗井工藝中必不可少的工藝措施。但高壓噴射的噴嘴應為近似鑽頭噴嘴,優化噴射流型,以提高射流的噴射速度,提高洗井效率。

3.氣舉洗井法

氣舉洗井法是地熱井施工中常用的一種洗井方法,一般採用7m³/min或9m³/min的空壓機,通過下入井內300～600m深的風管向井內壓入壓縮氣體,壓縮空氣與水混合形成密度較小的氣水混合液噴出,造成井管內外的壓力差,井底壓力劇烈激盪,沖擊破壞井壁泥皮,誘導地層水湧入井內,攜帶岩屑顆粒連續懸浮,同時可將孔底沉澱物排出地面,從而達到洗井的目的。

氣舉洗井法對粉細砂含水層或者含水層顆粒級配雖粗,但內含大量細顆粒及粉細砂夾層,洗井效果明顯。關鍵一點是風管下入深度非常重要,風管如果下的過深,對地層形成過大的壓差,極易造成地層砂的紊亂,過濾器外部的鑽井液、泥餅等有害物質被地層砂擠牢而無法洗出,增加洗井難度和時間,天津塘沽地熱井洗井時就曾經發生過類似情況。建議採取漸進、疏導式洗井。

4.水力振盪洗井解堵技術

該工藝是把水力振盪器對准目的層,在地面將液體泵入井內並通過水力振盪器產生高頻水力脈沖波。水力脈沖波可在流體內建立起振動場,以強烈的交變壓力用於目的層,在目的層內產生周期性的張應力和壓應力。對岩石孔隙介質產生剪切作用,使岩石孔隙表面的粘土膠結物被振動脫落,解除孔眼的堵塞。對堵塞於近井地層孔隙中的雜質,在脈沖振盪波的作用下,雜質與孔隙間的結合力將在疲勞應力下遭到破壞,使其振盪脫落,並在洗井時被排出,解除目的層雜質堵塞,恢復近井帶地層滲透率,達到水井正常產水量或回灌量的目的。

國內常用的赫姆霍爾茲(Helmholtz)腔形水力振盪器在油田廣泛應用。同時得到啟發,使用這項工藝將有助於在將來回灌井施工過程中採用這項新技術解決地層的堵塞問題。

通過近年來工作實踐,分析、對比各種洗井方法的實際效果,並進行篩選使其得到優化和規范。如天津地區新近系館陶組地熱井主要洗井步驟如下:

1)首先用清水將井內泥漿置換干凈;

2)打入10～15m³濃度為1%的三聚磷酸鈉浸泡過濾器部位24小時(對該溶液按1%,1.5%、2%濃度進行溶解試驗,結果1%濃度效果最好);

3)下入高壓噴射噴頭,高壓沖洗過濾器部位並產生振盪和壓力波動達到破壞過濾器部位的堵塞物或泥餅等吸附雜質,達到清洗的目的;

4)按照空壓機洗井程序,先下入鑽桿450m,用氣舉產生負壓的方法,誘導地下熱儲層水進入井內排出井外而達到洗井的目的。然後下入鑽桿600～700m依次氣舉洗井,待水清砂凈後,洗井工作結束。

(二)化學洗井法

1)鹽酸洗井原理是鹽酸與含水層(段)孔(裂)隙內及井內的碳酸岩屑、岩塊、含鈣質成分的其他雜質發生反應,生成可溶性鹽類、氣體或其他可溶於水的物質,從而疏通滲水通道。

2)二氧化碳洗井是將二氧化碳液體送入井中,化學反應原理除和鹽酸洗井法相同外,還有物理作用,由於壓力降低及其增溫後迅速氣化膨脹,在短時間內其體積增大數十倍至數百倍,這時二氧化碳以強大的高壓氣流噴出井口,使井產生強大的內向激流和外向激流(前者發生之後的瞬間),使堵塞於孔(裂)隙中的物質在外向激流的作用下隨二氧化碳氣流沖出,被攜帶出地表。

3)多磷酸鹽洗井法常用的試劑有:六偏磷酸鈉[(NaPO₃)₆]、三聚磷酸鈉[Na₅P₃O₁₀](又稱五鈉)、焦磷酸鈉(Na₄P₃O₇)(又稱四焦磷酸鈉)和磷酸三鈉(Na₃PO₄)等。多磷酸鹽是配合物的一種,多磷酸根陰離子配合泥漿中的Ca²⁺,Mg²⁺,使其轉化成惰性離子不再與別的離子化合沉澱,本身亦不會聚結沉澱,因而它可破壞泥漿中的網狀結構,降低表面張力,加速井壁泥皮活化,使其呈分散和懸浮狀態。

4)氫氟酸(土酸)洗井法是利用氫氟酸與孔(裂)隙中的硅質岩屑發生反應,生成可溶性鹽類物質及氣體,從而達到解除孔(裂)隙堵塞、擴大滲水空間的目的。

總之,化學洗井法是應用化學成分同沖洗液中的成分進行化學反應(也包括綜合反應),以達到破壞鑽井施工中形成的假孔壁及孔壁外的泥漿,使泥皮與泥漿脫離井管及含水層。有利於在洗井中排出井外。優點是選用易溶於水的化學試劑物質成分,與孔壁及泥漿反應均勻,可使整個受侵害的含水層段都被清洗。它解放了鑽探中沖洗液的限制,無論什麼樣的沖洗液,只要選用相應的化學試劑都可以達到破壞的目的,這樣有利於復雜水文地質條件下鑽孔的施工。同時,化學試劑洗井不破壞含水層的原始結構,能保持含水岩層原始的滲透系數。但化學試劑洗井的不足之處是洗井前需做試驗,試劑投放困難以及成本較高。

(三)聯合洗井法

為了做好洗井改進工作,在成井工藝上應採取一些技術措施。首先在鑽進過程中改進鑽井液性能,減少對熱儲層的滲入和堵塞傷害;然後在下管前採取通井破壁措施,人為去除濾管與儲層之間的泥皮;在洗井之前,需用清水將井內鑽井液替換干凈,以降低對地層造成的壓差;最後採用聯合洗井方法。聯合洗井方法有兩種方式。方式一是用兩種或兩種以上不同的機械洗井法組合,同時或先後相互配合,彼此可以揚長補短,從而克服某個單獨洗井方法的不足,明顯提高洗井工作效果。如孔隙型較淺的地熱井(小於1000m)一般採用拉活塞和氣舉洗井法;較深的地熱井(1000～2000m)一般採用高壓噴射和氣舉法洗井。如岩溶裂隙型地熱井一般採用氣舉法洗井,必要時再採用鹽酸或二氧化碳洗井法。方式二是用化學試劑洗井與機械洗井結合,化學試劑首先破壞井壁及泥皮,再用氣舉等機械方式沖洗,這是目前洗井中較好的方法。

地熱井一般比較深,井徑小,過濾管相對較長,洗井時激動壓力影響到儲層時衰減較大,如果洗井方式或洗井強度沒有增大、變化,會造成部分過濾通道沒有完全打開。這時抽水雖然達到水清砂凈,但是一種假象,其表現在降深大,水溫低,水位恢復慢,單位涌水量偏小。確定洗井是否徹底,應與周圍同層地熱井水溫、水量、水位動態情況進行比較,上下浮動范圍很小即可,且沒有持續上升或下降趨勢(供水水文地質勘查規范,2001)。

D. 石油廢水（油田采氣廢水）如何處理

物質生活逐漸豐富起來，但是人們也逐漸開始關注到周圍的環境，環境污染己成為全球關注的焦點之一。含油廢水處理也是一大難題，這類廢水對整個生態系統都會產生很多不良的影響。因此，含油污水處理問題己成為當今油氣田的環境保護必修課。

通的陸地油田污水主要是在石油的開發過程中，通過鑽井、採油等生產過程會產生大量污水。一般包括有採油污水、鑽井污水、洗井污水等。含油污水中有大量的懸浮物、油類、重金屬等物質。如果任意排放或回注但是不加以污水處理，對土壤和水環境還有動植物的危害極大。

目前含油污水處理工藝有：氣浮處理法、沉降法和微生物處理法。氣浮處理技術是一種高效快速固液分離或液液分離的污水處理技術。氣浮工藝較復雜，必須控制好每個影響因素才可以更好的利用。

氣浮技術

氣浮技術是在待處理的水中通入大量的、高度分散的微氣泡,讓其作為載體與雜質粘附，然後密度小於水就會上浮。最終完成水中固體與固體、固體與液體、液體與液體分離的方法。

2.1氣浮法的分類

溶氣氣浮工藝：水在不同的壓力條件下溶解度不同，向水加壓或者負壓，使氣體在水中產生微氣泡的污水處理工藝。根據氣泡析出於水時的壓力情況不同，又分壓力溶氣氣浮法和溶氣真空氣浮法兩種。

誘導氣浮法：也叫布氣氣浮法，利用機械剪切刀，將混合在水裡的空氣粉碎，通常採用微孔、擴散板或微孔竹向氣浮池通壓縮空氣或採用水泵吸水管吸氣、水力噴射器、心速葉輪等向水中充氣等。

電解氣浮法：在水中設置正負電極，當加上一定電流後，廢水被電解出H2，O2等微小氣泡，將吸附在水中微小的懸浮物上浮去除。

生物氣浮法：利用微生物來產生氣體，與水中的懸浮物充分接觸後，隨氣泡浮到水面，形成浮渣颳去浮渣，達到廢水處理凈化水質。

化學氣浮：利用某些化含物在廢水中會產生氣體的特點除雜，反應生成的氣體在釋放過程中形成微小氣泡，吸附在固體顆粒表面，使固體順粒向浪面浮大，從而使固液分離。

其他浮選法的產氣原理還有很多，其中非常典型的是渦凹氣浮，它使用的是渦凹曝氣機，其工作原理是利用空氣輸送管底部散氣葉輪的高速運轉動作形成一個真空區，液面上的空氣通過曝氣機輸入水中，填補真空，微氣泡隨之產生並螺旋型地上升到水面，空氣中的氧氣也隨之溶入水中。