西峰油田結垢現狀及防垢措施研究

王平

中國石油長慶油田分公司第二采油廠技術監督中心(甘肅慶陽745100)

西峰油田結垢現狀及防垢措施研究

王平

中國石油長慶油田分公司第二采油廠技術監督中心(甘肅慶陽745100)

針對西峰油田結垢現狀，通過注入水與地層水配伍性試驗，阻垢劑篩選和室內評價、垢物成份分析，提出了西峰油田防垢對策。經過單井加藥和注水站投加阻垢劑等方式，緩解油井、站點及地層結垢問題，為西峰油田清防垢治理提供了技術支撐。

西峰油田;結垢;防垢劑;配伍性

在油田開發過程中，為了保持油層壓力，提高原油采收率一般都采用注水開發。注水過程中的一個極為重要的問題就是結垢，結垢可能發生在油田注水系統、井筒和地層。結垢影響油井的正常生產，甚至帶來很大的經濟損失。根據大量的文獻調研和各油田的資料:油田無機垢物的主要成分為碳酸鹽和硫酸鹽垢。因此，主要討論了碳酸鹽和硫酸鹽垢的形成和預測技術以及防治措施。

1 西峰油田結垢現狀

截止2013年11月底，西峰油田共有常開油井1 610口，日產液4 730m3，日產油2 604t，平均含水34.5%;注水井開井624口，日配注15 420m3，日注水量14 767m3。

截止2013年11月，西峰油田共發現結垢油井184口，占正常開井的11.4%，結垢嚴重井7口，垢質較硬且脆，垢型以CaCO3為主。西峰油田歷年結垢情況2009年86口、2011年135口、2013年184口，結垢呈現逐年上升的趨勢，西峰二區最為嚴重。油井結垢調查表見表1。

西峰油田發現結垢站有20座，西峰一區17座，西峰三區3座。西峰三區結垢的站有西六增、西九轉，結垢部位主要在輸油管彎頭、輸油泵、加熱爐進口，顏色為黃色偏黑，垢質較硬且脆，厚度1～2cm，其中西九轉輸油泵上結垢最為嚴重，達到2cm左右，結垢導致輸油泵排量降低。

表1 西峰油田結垢井井況統計表

2 西峰油田注入水與地層水結垢試驗

2.1 西峰油田注入水與地層水化學成分分析

水質分析方法參照SY 5523-1992《油田水分析方法》［6］。水型以油氣田水的分類法判斷(表2)。

由表2可以看出，西峰油田注入水為NaHCO3型，礦化度1.0 g/L左右;西峰油田油井水型以CaCl2和NaHCO3型為主，成垢陽離子含量高(如西34-29井Ca2+含量高達3 403mg/L)，且各水型普遍富含Ca2+、HCO3-、SO42-成垢離子(如西34-29井SO42-離子含量高達1 537mg/L)，這些成垢離子為油井結垢提供了一定的物質條件。

2.2 地層水與注入水結垢趨勢預測

1)根據碳酸鹽垢趨勢預測方法，參考文獻及經驗總結［1-4］，以穩定指數法(RI)預測碳酸鹽結垢趨勢。具體數據見表3。

2)根據硫酸鹽結垢趨勢預測方法，以飽和指數法預測硫酸鹽的結垢趨勢，具體數據見表4。

由表3、表4可以看出，西峰油田注入水(董一注、西一注)水質處于穩定狀態，無硫酸鹽和碳酸鹽結垢趨勢，不會引注水管線及地層的結垢堵塞;但地層水(西26-61、西25-06)存在著硫酸鹽和碳酸鹽結垢趨勢。可見西峰油田地層水在地層溫度下本身就存在著結垢現象，再加上地層水由于開采過程中的溫度，壓力等因素的變化及注入水與地層水的不配伍性，所以我們預測西峰油田水的結垢現象會更加嚴重。

表2 西峰油田注入水與地層水化學成分分析

表3 西峰油田井站水樣碳酸鹽結垢預測結果

表4 西峰油田井站水樣硫酸鹽結垢預測結果

2.3 西峰油田注入水與地層水的配伍性實驗

注入水為西一注水樣;地層水為西26-061水樣。

實驗條件:常壓，地層溫度(60℃)。

西峰油田注入水與地層水的配伍性實驗。實驗結果見表5。

表5表明:隨著注入水量的增加，原來溶液中的物質平衡被打破，當注/地的體積達到3/7時結垢量達到最大(283.6mg/L)，隨之結垢量慢慢減少。同時由于地層水本身的成垢離子含量就非常高，結垢量可達301.4mg/L。所以隨著注入水比例的增大，混合水樣中成垢離子的含量隨之降低，所以結垢量越來越小。

2.4 垢樣分析

通過對10口井及2座站的垢物成分分析，結果表明:西峰油田垢型通常為混合垢，以碳酸鹽垢為主約占75%，垢物成分主要為酸溶物，伴有腐蝕、泥砂和其它雜質。表6為西峰油田垢物成分分析表，可見結垢物酸溶物為主，因此對于西峰油田已結垢的油井或轉油站，治理方針是以酸溶垢為治理重點，兼顧酸不溶垢，必須實現“以防為主、清防結合”的統籌治理思路。

表5 西一注與西26-061地層水配伍性實驗結果

表6 西峰油田油井(站)垢樣分析結果

3 阻垢劑的篩選和評價

3.1 阻垢劑的阻垢機理

阻垢劑的阻垢機理比較復雜，隨著沉淀過程動力學、成垢預測模型和各種阻垢技術的大量研究，使成垢機理的研究和結垢的控制有了很大的進展［5］。一般認為成垢物質和溶液之間存在著動態平衡，阻垢劑能夠吸附到成垢物質上，并影響垢的生長和溶解的動態平衡。阻垢劑的阻垢機理主要有以下幾種:

1)碳酸鈣微晶成長時按照一定的晶格排列，結晶致密而堅硬。加入阻垢劑后，阻垢劑吸附在晶體上并摻雜在晶格的點陣中，對無機垢的結晶形成了干擾，使晶體發生畸變，或使大晶體內部的應力增大，從而使晶體易于破裂，阻礙了垢的生長。

2)絡合增溶作用是阻垢劑在水中能夠與鈣鎂離子形成穩定的可溶性螯合物，將更多的鈣鎂離子穩定在水中，從而增大了鈣鎂鹽的溶解度，抑制了垢的沉積。

3)陰離子型阻垢劑，在水中解離生成的陰離子在與碳酸鈣微晶碰撞時，會發生物理化學吸附現象，使微晶粒的表面形成雙電層，使之帶負電。因阻垢劑的鏈狀結構可吸附多個相同電荷的微晶，靜電斥力可阻止微晶相互碰撞，從而避免了大晶體的形成。在吸附產物碰到其它阻垢劑分子時，將已吸附的晶體轉移過去，出現晶粒均勻分散現象，從而阻礙了晶粒間和晶粒與金屬表面的碰撞，減少了溶液中的晶核數，將碳酸鈣穩定在溶液中。

4)聚丙烯酸類阻垢劑能在金屬傳熱面上形成一種與無機晶體顆粒共同沉淀的膜，當這種膜增加到一定厚度后，在傳熱面上破裂，并帶一定大小的垢層離開傳熱面。由于這種膜的不斷形成和破裂，使垢層的生長受到抑制。

5)認為對有機膦酸鹽類阻垢劑的作用是由于阻垢劑在生長晶核附近的擴散邊界層內富集，形成雙電層并阻礙垢離子或分子簇在金屬表面凝結。

3.2 阻垢劑與西峰油田水樣的配伍性

通過西峰油田注入水與地層水的配伍性實驗以及西峰油田水質分析，西峰油田水的垢型以碳酸鈣垢為主。選擇對防碳酸鈣兼防硫酸鈣垢的阻垢劑對西峰油田水進行靜態及動態的阻垢評價實驗。

分別向西峰油田注入水，地層水水樣中加入阻垢劑，進行配伍性實驗。具體方法為:將30mg/L的阻垢劑分別加入到注入水，地層水水樣中，將水樣常壓，20℃、60℃恒溫條件下靜置2h后觀察。如阻垢劑在水中溶解，不改變水樣的狀態，則阻垢劑與水樣的配伍性好;反之，則阻垢劑與混合水樣的配伍性差。實驗結果表明ZG-108、ZG-930、ZG-558、TS-610、FZG-03阻垢劑與西峰油田水樣的配伍性良好。

3.3 阻垢效果及最佳用量評價

阻垢劑的阻垢率及熱穩定性是反應其性能的主要指標。在阻垢劑的篩選及阻垢率評價實驗中，水樣選取最差混合比水樣進行阻垢率評價實驗。

實驗條件:常壓、60℃。阻垢劑的濃度分別為20mg/L、30mg/L(實驗結果見表7)。幾種阻垢劑的阻垢效果均比較明顯，阻垢率最高可達93.3%，最佳使用濃度為30mg/L。

表7 靜態試驗阻垢劑效果評價

3.4 加阻垢劑時西峰油田水樣的巖心流動實驗

實驗所用巖心依據SY/T 5336-1996［7］標準進行處理，測定其孔隙度和滲透率。在西峰油田地層溫度(60℃)下將巖心飽和地層水，測定巖心地層水滲透率，向注入水中加入30mg/L的阻垢劑進行巖心驅替實驗，計算滲透率傷害率。試驗結果與表7進行比較，判斷阻垢劑的阻垢效果(表8)。

由表8可以看出，添加阻垢劑的巖心流動試驗滲透率的傷害率為20.08%，遠小于不加阻垢劑時的巖心流動試驗滲透率的傷害率45.14%。可見由于添加了阻垢劑使注入水與地層水在巖心相遇時因為阻垢劑的阻垢效果，抑制了碳酸鹽和硫酸鹽垢的形成，阻礙了其在巖心孔道中的沉積。

表8 西峰油田巖心傷害試驗結果

4 西峰油田防垢措施研究

西峰油田垢型主要為碳酸鈣垢還含有少量的硫酸鈣垢。結合西峰油田目前實際情況，采用井筒環空加阻垢劑和注水站加阻垢劑措施進行防垢。

4.1 單井加藥

該技術采取從環形空間投加阻垢劑的方式來防止井筒結垢，以免管串和泵筒被垢物堵塞。此工藝的關鍵就是要針對各種不同的垢型，篩選出與其相適應的阻垢劑，從油井加入，加藥濃度200mg/L，效果統計見表9。

4.2 注水站投加阻垢劑

因為注水系統加藥后沒有明確的指標來衡量其效果，所以采用分析注水站所管轄油井產出液成垢離子與阻垢劑有效離子濃度，可判斷注水站加藥的波及方位及加藥受效油水井。由于現用阻垢劑主要成份為磷酸鹽，故分析采用分光光度計比色法來測定磷酸鹽含量。對西一注、西三注和董一注水井對應的油井產出液成垢離子、阻垢劑離子濃度進行了測定，具體數據見表10。

抽檢對應油井全部檢測出阻垢劑有效離子含量，部分井成垢離子濃度有所增加，如西34-29井，2次檢測對比，Ca2+、Mg2+、SO42-、HCO3-含量從第一次檢測的3 403、340、1 537、256mg/L上升到第二次的4 012、358、2 582、485mg/L，說明注水系統加阻垢劑已波及到單井，對抑制結垢起到一定作用。

表9 西峰油田油井加藥效果統計表

表10 注水站對應部分油井產出液成垢離子、阻垢劑離子濃度分析表

5 認識及結論

1)通過對西峰油田水質、結垢量及垢型分析，可以得出西峰油田垢型主要以碳酸鹽垢為主同時還有少量的硫酸鹽垢。對西峰油田注入水與地層水按不同比例混合時，均產生結垢現象，對地層有較大傷害。

2)選擇在用的阻垢劑進行阻垢評價，通過靜態阻垢實驗及巖心傷害實驗評價阻垢劑的阻垢效果，得出阻垢劑的投加可有效緩解回注污水結垢對地層帶來的傷害。

3)采用單井加阻垢劑、下固體防垢器和在注水站中投加阻垢劑等措施，可有效緩解西峰油田結垢問題。

［1］馬寶岐，吳安明.油田化學原理與技術［M］.北京:石油工業出版社，1995.

［2］萬仁溥.石油工程手冊［M］.北京:石油工業出版社，2003.

［3］趙福麟.采油用劑［M］.東營:石油大學出版社，1997.

［4］岳福山.油田基礎化學［M］.北京:石油工業出版社，1992.

［5］張琪，萬仁溥.采油工程方案設計［M］.北京:石油工業出版社，2002.

［6］SY 5523-1992油田水分析方法［S］.

［7］SY/T 5336-1996巖心常規分析方法［S］.

According to the scaling present situation of Xifeng Oilfield，some scale preventionmeasures are proposed by the compatibility experiments of injected waterwith formation water，the selection and laboratory evaluation of scale inhibitors and the analysis of scale composition.The scaling of oil wells，water injection stations and formation is inhibited by single well dosing and adding scale inhibitor in water injection stations.The scale prevention measures provide the technical support for scale preventing and removing of Xifeng Oilfield.

Xifeng Oilfield;scaling;scale inhibitor;compatibility

尉立崗

2014-09-23

王平(1970-)，男，工程師，現主要從事質量管理工作。