油田洗井水处理

A. 洗井方法与管井腐蚀、堵塞和结垢的防治

管井的成井工艺，包括从钻进开始直至下管、回填、洗井等多道工序。一般流程为：选择冲洗介质、配制泥浆→终孔物探测井→井孔斜度测量→井管安装→填砾及管外封闭→洗井。其中的任何一道工序处理不当或完成质量不高，都会影响水井的成井质量。

洗井是管井成井工艺中最后和最重要的一道工序。洗井的好坏对管井出水量有很大的影响。对于使用时间较久的井孔，由于泥沙淤塞、化学腐蚀、结垢和堵塞等原因，造成井孔出水量减少，也可采用洗井的方法恢复和增大井孔的出水量。下面着重对洗井方法作一简要介绍。

洗井的方法基本上可分为机械洗井和化学洗井两大类。前者目前普遍使用，而后者很有发展前途。

1.机械洗井法

对于泥皮、泥沙淤积堵塞过滤器等，均可采用机械洗井方法处理。目前使用最广泛的机械选井方法主要有：活塞洗井法、空压机洗井法和水泵抽压洗井法（或称泵抽振荡洗井法），其次是冲孔器洗井法和各种联合洗井法。

机械洗井法的共同原理是：通过洗井设备在井中产生的强大抽、压作用和冲击振荡作用，加大井内外的水压力差和加快地下水流速，从而破除井壁泥皮、带出阻塞于含水层空隙与过滤器中的细粒物质，以达到疏通含水层、增加水井出水量的目的。

（1）活塞洗井法：所需设备少，方法简单，成本较低，洗井效率亦可。但当井管强度不高时，易被活塞拉坏；在细粒含水层中洗井时，可能引起大量进砂。

（2）空压机洗井：具有工作安全、洗井干净等优点，但洗井成本较高，且受地下水位深度限制。因此，动水位过深或井深较浅的水井，皆不适于空压机洗井。

（3）水泵抽压洗井法（也称泵抽振荡洗井法）：就是在井孔中间歇性抽水，抽水、停抽（每次停抽一般应在2小时以上）反复进行，抽水使井中水位下降，停抽后水位又迅速回升，二者结合可对井孔产生强烈的冲击振荡作用，可较好的破除井壁泥皮，疏通含水层，从而达到洗井目的。

当条件适合时，用空压机与活塞联合洗井，可以取得很好的洗井效果。

2.化学洗井法

它是近年来国内外正在发展的一种新式洗井方法。这种方法操作简便，成本低廉，对于因腐蚀（主要是电化学、溶解氧、细菌造成的腐蚀）、结垢（腐蚀产物附着在过滤器上形成结垢、化学或生物化学结垢）和化学作用形成的堵塞（沉淀物，胶结物），化学洗井效果远比机械洗井为佳；而在某些碳酸盐岩含水层中，化学洗井还可起到扩大含水层裂隙、溶隙通道的作用。常用的化学洗井方法有：

（1）多磷酸钠盐洗井法

目前在洗井中使用的多磷酸钠盐有：六偏磷酸钠［（NaPO₃）₆］、三聚磷酸钠（Na₅P₃O₁₀）、焦磷酸钠（Na₄P₂O₇）和磷酸三钠（Na₃PO₄）等。现以洗井中经常使用的工业用焦磷酸钠（即无水焦磷酸盐）为例，说明其原理及使用方法。

无水焦磷酸钠为白色粉末状，易溶于水，呈碱性（pH=9.2），无毒，对钢材腐蚀性较弱。由于其价格比较便宜，故宜于野外批量使用。焦磷酸钠洗井的作用机理是：由于焦磷酸钠与泥浆中的粘土粒子发生配合作用，可形成水溶性的配合离子，其反应式如下：

Na₄P₂O₇+Ca²⁺➝［CaNa₄（P₂O₇）］^2-

Na₄P₂O₇+Mg²⁺➝［MgNa₄（P₂O₇）］^2-

上述反映形成的配合离子［CaNa₄（P₂O₇）］^2-和［MgNa₄（P₂O₇）］^2-是一些惰性离子。这些离子既不发生化学的逆反应，也不会自身聚结沉淀，更不与其他离子化合沉淀，故易于在洗井、抽水时随水排出。同时，这种带负电荷的配合离子，还可以吸附在粘土粒子上，使粘土粒子表面的负电性加强，从而加大了粘土粒子之间的斥力、降低了泥浆的粘度与剪切力。这是焦磷酸钠能够分解、破坏井壁泥皮和含水层泥浆沉淀的主要原因。

焦磷酸钠洗井的大致步骤如下：首先下置井管，待砾料填至设计高度后，即用泥浆泵将浓度为0.6%～0.8%的焦磷酸钠溶液注入井管内、外（先管外、后管内），然后继续完成管外的止水回填工作。待静置5～6h，焦磷酸钠与粘土粒子充分结合后，即可用其他方法进行洗井。焦磷酸钠盐溶液的注入量，应与含水层井筒的体积大致等同（扣除井管与砾料骨架所占体积）。

由于不同的多磷酸盐，在不同化学性质的水溶液中具有不同的化学活性，因此须根据当地地下水的化学性质和土壤的含盐成分确定所选用的多磷酸盐种类。

（2）液态CO₂洗井法

根据实验可知，CO₂气体在压力为5.099×10⁵Pa、温度为零下37℃（即-37℃）的条件下即可液化；也能在压力为71.44×10⁵Pa、温度为31.19℃的条件下液化。液态CO₂在瓶内的压力，随着温度的变化而剧烈变化。当温度由-25℃上升至0℃、45℃时，其压力则相应由16.2×10⁵Pa上升到30.4×10⁵Pa、109.43×10⁵Pa。

液态CO₂洗井的基本原理是：通过高压管送入井下的液态CO₂，经过吸热和降压后气化，并在井内产生强大的高压水气流，从而破坏井壁泥浆皮，疏通含水层的孔隙、裂隙通道，并使井内岩屑、泥浆等充填物拌随高压水流喷出地表，达到洗井和增加水井出水量的目的。

在碳酸盐岩和石膏等可溶地层中洗井时，可先向井中注入一定量的盐酸，静止1.5～5h后，再灌入液态CO₂。这时，液态CO₂由于吸热膨胀而产生气体，将先把盐酸压入岩层裂隙深处，起到加速溶解可溶岩石和扩大裂隙的作用，而后所溶解的物质又随着井喷被带出井口。有时，在揭露碳酸盐岩的水井中，即便只注入盐酸，也可因化学反应生成大量CO₂气体而产生井喷。

为了防止金属管材在洗井过程中被酸腐蚀，必须在酸液中加入一定比例的甲醛、丁炔二醇［C₄H₄（OH）₂］和碘化钠［NaI］、碘化钾［KI］等防腐蚀剂。此外，当孔内（特别是施工期较长的深孔）泥浆皮较厚时，亦可加入能够减缓泥皮凝固、硬化的多磷酸钠盐，以加强洗井效果。洗井设备的安装可参看图11-13。

液态CO₂洗井法，是目前诸种洗井方法中比较先进的方法。方法简单，节省时间，成本低廉，对于松散孔隙含水层或基岩裂隙含水层，以及不同深度、不同材质、不同结构的新、老管井均有较好的洗井效果。但洗井时应注意安全工作。

（3）盐酸洗井及其他化学洗井方法

当过滤器因化学作用堵塞时，一般可采用酸化处理。例如，当过滤器被碳酸盐类沉淀、氢氧化物沉淀或胶结物堵塞时，一般可用盐酸作为酸化处理液（同时为减少管井中金属材料的腐蚀，可加入适当的防腐剂）。盐酸酸化处理时的化学反应过程如下：

CaCO₃+HCl➝CaCl₂+H₂O+CO₂

FeCO₃+HCl➝FeCl₂+H₂O+CO₂

Fe（OH）₃+3HCl➝FeCl₃+3H₂O

图11-13 液态CO₂洗井安装平面示意图

如果堵塞物是硅酸盐类（粘土）时，则需用盐酸（HCl）与氢氟酸（HF）混合液处理。

当过滤器因细菌作用而堵塞时，一般可采用往孔内输送氯气灭菌的方法，或者采用输送氯气与酸化处理相结合的方法加以处理。

B. 如何洗井

提筒洗井法 提筒是一种结构简单,并且操作起来也很简便的方法,主要就是通过钢丝绳牵引直下孔底,上下提拉,冲击井壁泥皮,并将孔底泥浆提出排除。从而达到深井洗井的目的，但是这种方法只针对哪种小口径浅井,操作费时,不彻底,如果能够和抽水配合洗井,比较好。水泵洗井 采取这种洗井方法一般是利用钻机水泵压入清水,利用它的冲孔器的喷水孔,高压水流的喷射作用,起到清洗水井的目的。空压机洗井 该洗井装置主要分为并列式和同心式两种,可视况选用。这是常用的洗井方法之一。其洗井效果比较好水泵和空压机洗井，这种联合洗井方法,对于含水层埋藏较深、泥浆沉淀物较多的井孔,其效果较好。注水洗井，将水从油管注入套管返出这样一个反复的过程洗井，该方法对于长期存在于井壁、井筒、井底的污物冲洗干净.注水洗井分正洗井和反洗井，将水由油管注入套管返出这样的正循环洗井法称为正洗，反之就是反洗，目的是为了把井中长期存在于井壁、井筒、井底的污物冲洗干净.

C. 洗井作业

物探测试、下管、固井作业结束后(或大口径填砾止水)就应立即开展洗井工作,这一环节在地热井成井中尤为重要。常用的洗井方法有机械洗井和化学洗井。机械洗井方法主要有活塞洗井法、高压喷射洗井法、气举法、水力震荡法、气水混合洗井法和潜水泵洗井法。化学洗井方法主要有盐酸洗井法、二氧化碳洗井法、多磷酸盐洗井法和氢氟酸洗井法。

(一)机械洗井法

1.活塞洗井法

活塞洗井法是在水文水井中常用的一种方法。活塞常用小径抽筒制作,下入深度一般为300～600m(视井身结构和储层情况调整),一般用0.65～1.5m/s速度上下提拉,促使井内产生瞬时真空和形成水力冲击,将孔壁泥皮、环空中的泥饼破坏并将含水层中的细小颗粒携入井中,从而疏通含水通道使井达到正常的出水量的目的。这种方法因操作简单,成本低,有一定的效果,一般在较浅的水井中应用。活塞洗井的不利之处在于因巨大的抽吸力会把地层中的细小颗粒大量引向井的四周,以致引起严重的涌砂或堵塞井壁进水通道,甚至损伤井管等。

在地热井洗井作业中一般很少采用活塞洗井,因地热井较深,钻机设备无捞砂滚筒,钻机提升系统多为8～10股钢丝绳,提升速度慢,很难在储层中形成压力激动。

2.高压喷射洗井

高压喷射法是最有效的洗井方法之一,国内外普遍采用这种方法。它能够使过滤器得到全部有效的吹洗,射流扰动附近含水层,造成一定的压力波动,能得到很好的效果,是地热钻井洗井工艺中必不可少的工艺措施。但高压喷射的喷嘴应为近似钻头喷嘴,优化喷射流型,以提高射流的喷射速度,提高洗井效率。

3.气举洗井法

气举洗井法是地热井施工中常用的一种洗井方法,一般采用7m³/min或9m³/min的空压机,通过下入井内300～600m深的风管向井内压入压缩气体,压缩空气与水混合形成密度较小的气水混合液喷出,造成井管内外的压力差,井底压力剧烈激荡,冲击破坏井壁泥皮,诱导地层水涌入井内,携带岩屑颗粒连续悬浮,同时可将孔底沉淀物排出地面,从而达到洗井的目的。

气举洗井法对粉细砂含水层或者含水层颗粒级配虽粗,但内含大量细颗粒及粉细砂夹层,洗井效果明显。关键一点是风管下入深度非常重要,风管如果下的过深,对地层形成过大的压差,极易造成地层砂的紊乱,过滤器外部的钻井液、泥饼等有害物质被地层砂挤牢而无法洗出,增加洗井难度和时间,天津塘沽地热井洗井时就曾经发生过类似情况。建议采取渐进、疏导式洗井。

4.水力振荡洗井解堵技术

该工艺是把水力振荡器对准目的层,在地面将液体泵入井内并通过水力振荡器产生高频水力脉冲波。水力脉冲波可在流体内建立起振动场,以强烈的交变压力用于目的层,在目的层内产生周期性的张应力和压应力。对岩石孔隙介质产生剪切作用,使岩石孔隙表面的粘土胶结物被振动脱落,解除孔眼的堵塞。对堵塞于近井地层孔隙中的杂质,在脉冲振荡波的作用下,杂质与孔隙间的结合力将在疲劳应力下遭到破坏,使其振荡脱落,并在洗井时被排出,解除目的层杂质堵塞,恢复近井带地层渗透率,达到水井正常产水量或回灌量的目的。

国内常用的赫姆霍尔兹(Helmholtz)腔形水力振荡器在油田广泛应用。同时得到启发,使用这项工艺将有助于在将来回灌井施工过程中采用这项新技术解决地层的堵塞问题。

通过近年来工作实践,分析、对比各种洗井方法的实际效果,并进行筛选使其得到优化和规范。如天津地区新近系馆陶组地热井主要洗井步骤如下:

1)首先用清水将井内泥浆置换干净;

2)打入10～15m³浓度为1%的三聚磷酸钠浸泡过滤器部位24小时(对该溶液按1%,1.5%、2%浓度进行溶解试验,结果1%浓度效果最好);

3)下入高压喷射喷头,高压冲洗过滤器部位并产生振荡和压力波动达到破坏过滤器部位的堵塞物或泥饼等吸附杂质,达到清洗的目的;

4)按照空压机洗井程序,先下入钻杆450m,用气举产生负压的方法,诱导地下热储层水进入井内排出井外而达到洗井的目的。然后下入钻杆600～700m依次气举洗井,待水清砂净后,洗井工作结束。

(二)化学洗井法

1)盐酸洗井原理是盐酸与含水层(段)孔(裂)隙内及井内的碳酸岩屑、岩块、含钙质成分的其他杂质发生反应,生成可溶性盐类、气体或其他可溶于水的物质,从而疏通渗水通道。

2)二氧化碳洗井是将二氧化碳液体送入井中,化学反应原理除和盐酸洗井法相同外,还有物理作用,由于压力降低及其增温后迅速气化膨胀,在短时间内其体积增大数十倍至数百倍,这时二氧化碳以强大的高压气流喷出井口,使井产生强大的内向激流和外向激流(前者发生之后的瞬间),使堵塞于孔(裂)隙中的物质在外向激流的作用下随二氧化碳气流冲出,被携带出地表。

3)多磷酸盐洗井法常用的试剂有:六偏磷酸钠[(NaPO₃)₆]、三聚磷酸钠[Na₅P₃O₁₀](又称五钠)、焦磷酸钠(Na₄P₃O₇)(又称四焦磷酸钠)和磷酸三钠(Na₃PO₄)等。多磷酸盐是配合物的一种,多磷酸根阴离子配合泥浆中的Ca²⁺,Mg²⁺,使其转化成惰性离子不再与别的离子化合沉淀,本身亦不会聚结沉淀,因而它可破坏泥浆中的网状结构,降低表面张力,加速井壁泥皮活化,使其呈分散和悬浮状态。

4)氢氟酸(土酸)洗井法是利用氢氟酸与孔(裂)隙中的硅质岩屑发生反应,生成可溶性盐类物质及气体,从而达到解除孔(裂)隙堵塞、扩大渗水空间的目的。

总之,化学洗井法是应用化学成分同冲洗液中的成分进行化学反应(也包括综合反应),以达到破坏钻井施工中形成的假孔壁及孔壁外的泥浆,使泥皮与泥浆脱离井管及含水层。有利于在洗井中排出井外。优点是选用易溶于水的化学试剂物质成分,与孔壁及泥浆反应均匀,可使整个受侵害的含水层段都被清洗。它解放了钻探中冲洗液的限制,无论什么样的冲洗液,只要选用相应的化学试剂都可以达到破坏的目的,这样有利于复杂水文地质条件下钻孔的施工。同时,化学试剂洗井不破坏含水层的原始结构,能保持含水岩层原始的渗透系数。但化学试剂洗井的不足之处是洗井前需做试验,试剂投放困难以及成本较高。

(三)联合洗井法

为了做好洗井改进工作,在成井工艺上应采取一些技术措施。首先在钻进过程中改进钻井液性能,减少对热储层的渗入和堵塞伤害;然后在下管前采取通井破壁措施,人为去除滤管与储层之间的泥皮;在洗井之前,需用清水将井内钻井液替换干净,以降低对地层造成的压差;最后采用联合洗井方法。联合洗井方法有两种方式。方式一是用两种或两种以上不同的机械洗井法组合,同时或先后相互配合,彼此可以扬长补短,从而克服某个单独洗井方法的不足,明显提高洗井工作效果。如孔隙型较浅的地热井(小于1000m)一般采用拉活塞和气举洗井法;较深的地热井(1000～2000m)一般采用高压喷射和气举法洗井。如岩溶裂隙型地热井一般采用气举法洗井,必要时再采用盐酸或二氧化碳洗井法。方式二是用化学试剂洗井与机械洗井结合,化学试剂首先破坏井壁及泥皮,再用气举等机械方式冲洗,这是目前洗井中较好的方法。

地热井一般比较深,井径小,过滤管相对较长,洗井时激动压力影响到储层时衰减较大,如果洗井方式或洗井强度没有增大、变化,会造成部分过滤通道没有完全打开。这时抽水虽然达到水清砂净,但是一种假象,其表现在降深大,水温低,水位恢复慢,单位涌水量偏小。确定洗井是否彻底,应与周围同层地热井水温、水量、水位动态情况进行比较,上下浮动范围很小即可,且没有持续上升或下降趋势(供水水文地质勘查规范,2001)。

D. 石油废水（油田采气废水）如何处理

物质生活逐渐丰富起来，但是人们也逐渐开始关注到周围的环境，环境污染己成为全球关注的焦点之一。含油废水处理也是一大难题，这类废水对整个生态系统都会产生很多不良的影响。因此，含油污水处理问题己成为当今油气田的环境保护必修课。

通的陆地油田污水主要是在石油的开发过程中，通过钻井、采油等生产过程会产生大量污水。一般包括有采油污水、钻井污水、洗井污水等。含油污水中有大量的悬浮物、油类、重金属等物质。如果任意排放或回注但是不加以污水处理，对土壤和水环境还有动植物的危害极大。

目前含油污水处理工艺有：气浮处理法、沉降法和微生物处理法。气浮处理技术是一种高效快速固液分离或液液分离的污水处理技术。气浮工艺较复杂，必须控制好每个影响因素才可以更好的利用。

气浮技术

气浮技术是在待处理的水中通入大量的、高度分散的微气泡,让其作为载体与杂质粘附，然后密度小于水就会上浮。最终完成水中固体与固体、固体与液体、液体与液体分离的方法。

2.1气浮法的分类

溶气气浮工艺：水在不同的压力条件下溶解度不同，向水加压或者负压，使气体在水中产生微气泡的污水处理工艺。根据气泡析出于水时的压力情况不同，又分压力溶气气浮法和溶气真空气浮法两种。

诱导气浮法：也叫布气气浮法，利用机械剪切刀，将混合在水里的空气粉碎，通常采用微孔、扩散板或微孔竹向气浮池通压缩空气或采用水泵吸水管吸气、水力喷射器、心速叶轮等向水中充气等。

电解气浮法：在水中设置正负电极，当加上一定电流后，废水被电解出H2，O2等微小气泡，将吸附在水中微小的悬浮物上浮去除。

生物气浮法：利用微生物来产生气体，与水中的悬浮物充分接触后，随气泡浮到水面，形成浮渣刮去浮渣，达到废水处理净化水质。

化学气浮：利用某些化含物在废水中会产生气体的特点除杂，反应生成的气体在释放过程中形成微小气泡，吸附在固体颗粒表面，使固体顺粒向浪面浮大，从而使固液分离。

其他浮选法的产气原理还有很多，其中非常典型的是涡凹气浮，它使用的是涡凹曝气机，其工作原理是利用空气输送管底部散气叶轮的高速运转动作形成一个真空区，液面上的空气通过曝气机输入水中，填补真空，微气泡随之产生并螺旋型地上升到水面，空气中的氧气也随之溶入水中。