CN110554160A - 一种快速判断水源井水样软化效果的方法 - Google Patents

一种快速判断水源井水样软化效果的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于水质软化技术领域，具体涉及一种快速判断水源井水样软化效果的方法。该方法具体包括以下步骤：平衡常数K理论值的测定；目标水源的取样；目标水源水样矿化度和钙镁离子浓度的测试；平衡常数K修正值的确定；目标水源的残余硬度值C的计算；水源井的判断。本发明的方法具有快速简捷，针对性、可操作性强和准确性高的优点，只需要对水源井的水样进行矿化度、钙镁离子的测试，即可推测得到软化后残余硬度值，不需要在室内或者注汽中心进行软化实验或者工业软化；本发明先判断后打水源井克服了传统方法先打水源井后判断存在的问题，提高了打水源井的成功率，同时节省了人力和物力。

Description

一种快速判断水源井水样软化效果的方法
技术领域
本发明属于水质软化技术领域，具体涉及一种快速判断水源井水样软化效果的方法。
背景技术
胜利油田稠油油藏动用储量约14.18亿吨，约占胜利油田总储量的1/3。其开采方式主要为热采。热采的主要方式为向油层注入高温水蒸气以降低稠油的粘度，从而达到提高采收率的目的。注汽锅炉需要大量的水资源提供蒸汽，水的来源通常为水源井。
水源井水制备蒸汽的一般流程为：注汽中心打水源井，通过管道或者罐车将井水运到注汽中心，井水经过物理过滤，作为锅炉补水进入树脂软化罐进行软化，除掉水中的硬度，主要为钙镁离子。树脂主要采用001×7Na型强酸性苯乙烯阳离子树脂，将软化后的产水检测残余硬度，如果硬度小于0.001mmol/L，即可作为锅炉给水，用于产生蒸汽供稠油热采使用。如果硬度大于0.001mmol/L，该锅炉补水不合格，需要重新选择水源，再打水源井。在实际运行过程中发现，有些低硬度的水经过树脂交换后残余硬度无法满足锅炉给水要求。而有些低硬度的水经过树脂交换后残余硬度可以达到锅炉给水要求，因此无法根据锅炉补水的硬度进行判断水源井是否合格。
因此，如果作为锅炉补水的井水软化不合格，就说明水源井选井失败，从而造成大量的人力和财力的浪费。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足而提供一种快速判断水源井水样软化效果的方法，该方法避免了无效水源井钻采造成的浪费，同时具有针对性、可操作性强和准确性高的优点。
本发明的目的公开了一种快速判断水源井水样软化效果的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
(1)平衡常数K理论值的确定
平衡常数K理论值的确定，具体方法如下：
①选取矿化度大于30mmol/L，钙镁离子总浓度大于0.001mmol/L的标准水样；
②用001×7Na型强酸性苯乙烯阳离子树脂对上述标准水样进行离子交换实验，测试交换后水样的残余硬度值；
③平衡常数K的推导
平衡常数K的推导，由平衡方程可知K＝[R2C硬][C矿]2/[2RC矿][C硬]，上式中的RC矿和R2C硬为固体，固体的浓度取值1，得到平衡常数K＝[C矿]2/[C硬]，[C矿]表示矿化度值，单位为mmol/L，[C硬]表示硬度值，单位为mmol/L；
④平衡常数K理论值的确定
将标准水样的矿化度值和交换后水样的残余硬度值代入上述公式，得到标准水样的平衡常数K的理论值。
所述的平衡常数K理论值为875706。
(2)目标水源的取样
从水源井的地表钻取孔径为3-5cm，深度为10-50m的取样孔，从取样孔中密闭取水样100-200ml。
(3)目标水源水样矿化度和钙镁离子浓度的测试
取上述水样50-100ml，测试水样的矿化度和钙镁离子浓度，矿化度的测试采用重量法，钙镁离子浓度采用滴定法。
(4)平衡常数K修正值的确定
平衡常数K修正值的确定方法如下：
当[Mg2+]/[Ca2+]＞2时，平衡常数K修正值为平衡常数K理论值的0.90-0.95倍；
当0.5＜[Mg2+]/[Ca2+]≤2时，平衡常数K修正值为平衡常数K理论值的0.95-0.98倍；
当[Mg2+]/[Ca2+]≤0.5时，平衡常数K修正值为平衡常数K理论值的0.98-1.0倍。
(5)目标水源的残余硬度值C硬的计算
由K＝[C矿]2/[C硬]，可知[C硬]＝[C矿]2/K，将步骤(3)测得水源井的矿化度值和步骤(4)得到的平衡常数K修正值代入上述公式得到水源井的残余硬度值C硬。
(6)水源井的判断
判断标准如下：当[C硬]≤0.001mmol/L时，水源井合格，即目标水源井的水样可供给注汽锅炉；当[C硬]＞0.001mmol/L时，水源井不合格，目标水源井的水样不可供给注汽锅炉，具体参见行业标准SY_T0097-2016《油田采出水注汽锅炉给水处理设计规范标准》。
本发明与现有技术相比具有如下优点和有益效果：
(1)本发明的方法具有快速简捷，针对性、可操作性强和准确性高的优点，只需要对水源井的水样进行矿化度、钙镁离子的测试，即可得到软化后残余硬度值，不需要在室内或者注汽中心进行软化实验或者软化。
(2)本发明的取样方法简单且用水量小，用钻井取样器取水样即可满足检测需求，测试仅需要100-200ml水量，原有的方式室内实验需要组装实验设备，并且需要用5-50L的水样，注汽中心工业装置需要10m3以上的水样才能判断出产水残余硬度是否合格，而取样器无法满足水量需求。
(3)本发明先判断后打水源井克服了传统方法先打水源井后判断存在的问题，提高了打水源井的成功率，同时节省了人力和物力。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明：
实施例1
胜利油田某区块稠油井CD21蒸汽驱的清水来源于水源井F56，经取样测试该井水样的矿化度为14.2mmol/L，硬度为2.01mmol/L，其中[Mg2+]＝1.51mmol/L，[Ca2+]＝0.5mmol/L，采用传统方法检测得到残余硬度平均值为0.000241mmol/L，硬度值小于0.001mmol/L，水源井合格，可以供给蒸汽锅炉。计划利用本发明的方法快速判断水源井F56是否合格，具体步骤如下：
(1)平衡常数K理论值的确定
平衡常数K理论值的确定，具体方法如下：
①选取矿化度大于30mmol/L，钙镁离子总浓度大于0.001mmol/L的标准水样；
②用001×7Na型强酸性苯乙烯阳离子树脂对上述标准水样进行离子交换实验，测试交换后水样的残余硬度值；
③平衡常数K的推导
平衡常数K的推导，由平衡方程可知K＝[R2C硬][C矿]2/[2RC矿][C硬]，上式中的RC矿和R2C硬为固体，固体的浓度取值1，得到平衡常数K＝[C矿]2/[C硬]，[C矿]表示矿化度值，单位为mmol/L，[C硬]表示硬度值，单位为mmol/L；
④平衡常数K理论值的确定
将标准水样的矿化度值和交换后水样的残余硬度值代入上述公式，得到标准水样的平衡常数K的理论值，所述的平衡常数K理论值为875706。
(2)目标水源的取样
从水源井F56的地表钻取孔径为3cm，深度为10m的取样孔，从取样孔中密闭取水样100ml。
(3)目标水源水样矿化度和钙镁离子浓度的测试
取上述水样50ml，测试水样的矿化度和钙镁离子浓度，矿化度的测试采用重量法，钙镁离子浓度采用滴定法。
经测试水样的矿化度为14.2mmol/L，硬度为2.01mmol/L，其中[Mg2+]＝1.51mmol/L，[Ca2+]＝0.5mmol/L。
(4)平衡常数K修正值的确定
平衡常数K修正值的确定方法如下：
当[Mg2+]/[Ca2+]＞2时，平衡常数K修正值为平衡常数K理论值的0.90-0.95倍；
当0.5＜[Mg2+]/[Ca2+]≤2时，平衡常数K修正值为平衡常数K理论值的0.95-0.98倍；
当[Mg2+]/[Ca2+]≤0.5时，平衡常数K修正值为平衡常数K理论值的0.98-1.0倍。
水源井F56的[Mg2+]＝1.51mmol/L，[Ca2+]＝0.5mmol/L，[Mg2+]/[Ca2+]＝3.02＞2，选取平衡常数K修正值为平衡常数K理论值的0.92倍为875706×0.92＝805650。
(5)目标水源的残余硬度值C硬的计算
由K＝[C矿]2/[C硬]，可知[C硬]＝[C矿]2/K，将步骤(3)测得水源井的矿化度值和步骤(4)得到的平衡常数K修正值代入上述公式得到水源井的残余硬度值C硬为0.00025mmol/L。
(6)水源井的判断
判断标准如下：当[C硬]≤0.001mmol/L时，水源井合格，即目标水源井的水样可供给注汽锅炉；当[C硬]＞0.001mmol/L时，水源井不合格，目标水源井的水样不可供给注汽锅炉，具体参见行业标准SY_T 0097-2016《油田采出水注汽锅炉给水处理设计规范标准》。
水源井F56的残余硬度值为0.00025mmol/L≤0.001mmol/L时，水源井F56合格，可以供给蒸汽锅炉，本发明的判断结果与传统方法一致。
实施2
胜利油田某区块稠油井D25蒸汽驱的清水来源于水源井F52，经打井取样测试该井水样的矿化度为17.6mmol/L，硬度为1.04mmol/L，其中[Mg2+]＝0.21mmol/L，[Ca2+]＝0.83mmol/L，采用传统方法检测得到残余硬度平均值为0.000361mmol/L，硬度值小于0.001mmol/L，水源井合格，可以供给蒸汽锅炉。计划利用本发明的方法快速判断水源井F52是否合格，具体步骤如下：
(1)平衡常数K理论值的确定
平衡常数K理论值的确定，具体方法如下：
①选取矿化度大于30mmol/L，钙镁离子总浓度大于0.001mmol/L的标准水样；
②用001×7Na型强酸性苯乙烯阳离子树脂对上述标准水样进行离子交换实验，测试交换后水样的残余硬度值；
③平衡常数K的推导
平衡常数K的推导，由平衡方程可知K＝[R2C硬][C矿]2/[2RC矿][C硬]，上式中的RC矿和R2C硬为固体，固体的浓度取值1，得到平衡常数K＝[C矿]2/[C硬]，[C矿]表示矿化度值，单位为mmol/L，[C硬]表示硬度值，单位为mmol/L；
④平衡常数K理论值的确定
将标准水样的矿化度值和交换后水样的残余硬度值代入上述公式，得到标准水样的平衡常数K的理论值，所述的平衡常数K理论值为875706。
(2)目标水源的取样
从水源井F52的地表钻取孔径为4cm，深度为12m的取样孔，从取样孔中密闭取水样150ml。
(3)目标水源水样矿化度和钙镁离子浓度的测试
取上述水样80ml，测试水样的矿化度和钙镁离子浓度，矿化度的测试采用重量法，钙镁离子浓度采用滴定法。
经测试水样的矿化度为17.6mmol/L，硬度为1.04mmol/L，其中[Mg2+]＝0.21mmol/L，[Ca2+]＝0.83mmol/L。
(4)平衡常数K修正值的确定
平衡常数K修正值的确定方法如下：
当[Mg2+]/[Ca2+]＞2时，平衡常数K修正值为平衡常数K理论值的0.90-0.95倍；
当0.5＜[Mg2+]/[Ca2+]≤2时，平衡常数K修正值为平衡常数K理论值的0.95-0.98倍；
当[Mg2+]/[Ca2+]≤0.5时，平衡常数K修正值为平衡常数K理论值的0.98-1.0倍。
水源井F52的[Mg2+]＝0.21mmol/L，[Ca2+]＝0.83mmol/L，[Mg2+]/[Ca2+]＝0.25≤0.5，选取平衡常数K修正值为平衡常数K理论值的0.99倍为866949。
(5)目标水源的残余硬度值C硬的计算
由K＝[C矿]2/[C硬]，可知[C硬]＝[C矿]2/K，将步骤(3)测得水源井的矿化度值和步骤(4)得到的平衡常数K修正值代入上述公式得到水源井的残余硬度值C硬为0.000357mmol/L。
(6)水源井的判断
判断标准如下：当[C硬]≤0.001mmol/L时，水源井合格，即目标水源井的水样可供给注汽锅炉；当[C硬]＞0.001mmol/L时，水源井不合格，目标水源井的水样不可供给注汽锅炉，具体参见行业标准SY_T 0097-2016《油田采出水注汽锅炉给水处理设计规范标准》。
水源井F52的残余硬度值为0.000357≤0.001mmol/L时，水源井F52合格，可以供给蒸汽锅炉，本发明的判断结果与传统方法一致。
实施例3
胜利油田某区块稠油井D29蒸汽驱的清水来源于水源井F28，经打井取样测试该井水样的矿化度为37.7mmol/L，硬度为3.98mmol/L，其中[Mg2+]＝1.51mmol/L，[Ca2+]＝2.47mmol/L，采用传统方法检测得到残余硬度平均值为0.00171mmol/L，硬度值大于0.001mmol/L，水源井不合格，不能供给蒸汽锅炉。计划利用本发明的方法快速判断水源井F28是否合格，具体步骤如下：
(1)平衡常数K理论值的确定
平衡常数K理论值的确定，具体方法如下：
①选取矿化度大于30mmol/L，钙镁离子总浓度大于0.001mmol/L的标准水样；
②用001×7Na型强酸性苯乙烯阳离子树脂对上述标准水样进行离子交换实验，测试交换后水样的残余硬度值；
③平衡常数K的推导
平衡常数K的推导，由平衡方程可知K＝[R2C硬][C矿]2/[2RC矿][C硬]，上式中的RC矿和R2C硬为固体，固体的浓度取值1，得到平衡常数K＝[C矿]2/[C硬]，[C矿]表示矿化度值，单位为mmol/L，[C硬]表示硬度值，单位为mmol/L；
④平衡常数K理论值的确定
将标准水样的矿化度值和交换后水样的残余硬度值代入上述公式，得到标准水样的平衡常数K的理论值，所述的平衡常数K理论值为875706。
(2)目标水源的取样
从水源井F28的地表钻取孔径为5cm，深度为50m的取样孔，从取样孔中密闭取水样200ml。
(3)目标水源水样矿化度和钙镁离子浓度的测试
取上述水样100ml，测试水样的矿化度和钙镁离子浓度，矿化度的测试采用重量法，钙镁离子浓度采用滴定法。
经测试水样的矿化度为37.7mmol/L，硬度为3.98mmol/L，其中[Mg2+]＝1.51mmol/L，[Ca2+]＝2.47mmol/L。
(4)平衡常数K修正值的确定
平衡常数K修正值的确定方法如下：
当[Mg2+]/[Ca2+]＞2时，平衡常数K修正值为平衡常数K理论值的0.90-0.95倍；
当0.5＜[Mg2+]/[Ca2+]≤2时，平衡常数K修正值为平衡常数K理论值的0.95-0.98倍；
当[Mg2+]/[Ca2+]≤0.5时，平衡常数K修正值为平衡常数K理论值的0.98-1.0倍。
水源井F28的[Mg2+]＝1.51mmol/L，[Ca2+]＝2.47mmol/L，[Mg2+]/[Ca2+]＝0.61，0.5＜0.61≤2，选取平衡常数K修正值为平衡常数K理论值的0.97倍为875706×0.96＝849435。
(5)目标水源的残余硬度值C硬的计算
由K＝[C矿]2/[C硬]，可知[C硬]＝[C矿]2/K，将步骤(3)测得水源井的矿化度值和步骤(4)得到的平衡常数K修正值代入上述公式得到水源井的残余硬度值C硬为0.00167mmol/L。
(6)水源井的判断
判断标准如下：当[C硬]≤0.001mmol/L时，水源井合格，即目标水源井的水样可供给注汽锅炉；当[C硬]＞0.001mmol/L时，水源井不合格，目标水源井的水样不可供给注汽锅炉，具体参见行业标准SY_T 0097-2016《油田采出水注汽锅炉给水处理设计规范标准》。
水源井F28的残余硬度值为0.00167＞0.001mmol/L时，水源井F28不合格，不能供给蒸汽锅炉，本发明的判断结果与传统方法一致。
本发明的方法具有快速简捷，只需要对水源井的水样进行矿化度、钙镁离子的测试，即可得到软化后残余硬度值，不需要在室内或者注汽中心进行软化实验或者软化；本发明的取样方法简单且用水量小，用钻井取样器取水样即可满足检测需求，测试仅需要100-200ml水量，原有的方式室内实验需要组装实验设备，并且需要用5-50L的水样，注汽中心工业装置需要10m3以上的水样才能判断出产水残余硬度是否合格，而取样器无法满足水量需求；本发明先判断后打水源井克服了传统方法先打水源井后判断存在的问题，提高了打水源井的成功率，同时节省了人力和物力。

Claims (8)

1.一种快速判断水源井水样软化效果的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
(1)平衡常数K理论值的确定；
(2)目标水源的取样；
(3)目标水源水样矿化度和钙镁离子浓度的测试；
(4)平衡常数K修正值的确定；
(5)目标水源的残余硬度值C硬的计算；
(6)水源井的判断。
2.根据权利要求1所述的快速判断水源井水样软化效果的方法，其特征在于，所述的平衡常数K理论值的确定，具体方法如下：
①选取矿化度大于30mmol/L，钙镁离子总浓度大于0.001mmol/L的标准水样；
②用001×7Na型强酸性苯乙烯阳离子树脂对上述标准水样进行离子交换实验，测试交换后水样的残余硬度值；
③平衡常数K的推导，由平衡方程可知K＝[R2C硬][C矿]2/[2RC矿][C硬]，上式中的RC矿和R2C硬为固体，固体的浓度取值1，得到平衡常数K＝[C矿]2/[C硬]，[C矿]表示矿化度值，单位为mmol/L，[C硬]表示硬度值，单位为mmol/L；
④平衡常数K理论值的确定，将标准水样的矿化度值和交换后水样的残余硬度值代入上述公式，得到标准水样的平衡常数K的理论值。
3.根据权利要求1或2所述的快速判断水源井水样软化效果的方法，其特征在于，所述的平衡常数K理论值为875706。
4.根据权利要求1所述的快速判断水源井水样软化效果的方法，其特征在于，所述的目标水源的取样，具体要求如下：从水源井的地表钻取孔径为3-5cm，深度为10-50m的取样孔，从取样孔中密闭取水样100-200ml。
5.根据权利要求1所述的快速判断水源井水样软化效果的方法，其特征在于，所述的目标水源水样矿化度和钙镁离子浓度的测试分别采用重量法和滴定法。
6.根据权利要求1所述的快速判断水源井水样软化效果的方法，其特征在于，所述的平衡常数K修正值的确定，具体方法如下：
当[Mg2+]/[Ca2+]＞2时，平衡常数K修正值为平衡常数K理论值的0.90-0.95倍；
当0.5＜[Mg2+]/[Ca2+]≤2时，平衡常数K修正值为平衡常数K理论值的0.95-0.98倍；
当[Mg2+]/[Ca2+]≤0.5时，平衡常数K修正值为平衡常数K理论值的0.98-1.0倍。
7.根据权利要求1所述的快速判断水源井水样软化效果的方法，其特征在于，所述的目标水源的残余硬度值C硬的计算，具体步骤如下：由K＝[C矿]2/[C硬]，可知[C硬]＝[C矿]2/K，将步骤(3)测得水源井的矿化度值和步骤(4)得到的平衡常数K修正值代入上述公式得到水源井的残余硬度值C硬。
8.根据权利要求1所述的快速判断水源井水样软化效果的方法，其特征在于，所述水源井的判断，具体判断标准如下：当[C硬]≤0.001mmol/L时，水源井合格，即目标水源井的水样可供给注汽锅炉；当[C硬]＞0.001mmol/L时，水源井不合格，目标水源井的水样不可供给注汽锅炉。
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