秦家屯油田油水井防腐防垢治理研究

邵立民

(中國石油化工股份有限公司東北油氣分公司，吉林 長春 130062)

對油田來說，結垢可能發生在從地層到井筒到地面集輸系統的任何地方。由于油井采出液通過井筒到達地面，這些介質里面含有有機物、H2S，CO2，多種離子、細菌以及泥砂等雜質，很容易結垢。井筒結垢會堵塞油井通道，降低油井產量;還會造成泵卡、篩管堵死、井下管柱、工具堵死、作業拔不出、測試儀器下不去，給維修造成較大困難，嚴重影響油田的正常生產和經濟效益。當前的井筒除垢方法存在著很多缺點，研究井筒結垢的機理，根據具體的水質和井筒條件，分析影響結垢的因素，并提出相應的防護清除措施，具有十分重要的意義［1］。

1 油水井結垢腐蝕機理

所謂垢其實就是指水中溶解的一些離子在一定的物理化學條件下，溶液達到了過飽和狀態，結合而生成不溶性的化合物。這些不溶性的化合物通過結晶作用，分子結合和排列形成微晶體，然后大量的微晶體堆積長大，從而沉積下來形成垢［2-3］。

2012 年通過作業現場發現，占作業總井數的24.3%的作業油水井存在結垢腐蝕現象，主要集中在秦家屯的SN122 及SN142 區塊，通過對現場油水井的垢樣進行定性和定量分析，對地層液和回注水進行水質分析，基本確定了秦家屯油田油水井結垢的主要影響因素。

1.1 注入水水質分析

通過對秦家屯部分油水井的注入水水質及產出液水質進行分析，判斷地層液和注入水的礦化度及組成(見表1)。

表1 油井采出液水質分析數據

從注入水和油井采出液水質分析來看，都含有大量的氯離子和碳酸氫根離子，這些物質也是造成油水井腐蝕結垢的主要因素，這可產生二氧化碳腐蝕，導致井管腐蝕結垢。

1.2 垢樣分析

從油水井中采取垢樣，先后用有機溶劑和質量分數20%的鹽酸浸泡垢樣，通過觀察反應現象和反應物來定性和定量分析垢的成分。

稱取一定量的腐蝕垢樣放入燒杯中，先加入一定量的有機溶劑，分出不溶部分再加入一定量的質量分數20%鹽酸溶液，觀察實驗現象為:油管外壁垢樣周圍有大量的小氣泡，大部分可在酸中溶解，加入氫氧化鈉溶液后有白色沉淀產生;油管內壁垢樣加入鹽酸后可以嗅到臭雞蛋氣味，可以確定產物中硫化氫的存在，這說明垢樣中含有硫化物［4］。

表2 垢樣分析數據

從分析數據看:油管外壁及內壁垢主要以碳酸鈣垢為主，并粘附少量原油、膠質瀝青質等有機物。

1.3 腐蝕結垢機理及影響因素

1.3.1 腐蝕結垢機理

(1)秦家屯油田大部份區塊的地層水均為碳酸氫鈉水型，富含大量的成垢離子(見表1)，具有產生碳酸鹽垢的潛在可能。采用強采方式生產，大部分油井的泵掛深度在油層中部，動液面在泵口附近，油井流壓低，當地層液流入井底和汲入泵筒時，由于液柱壓力遠低于地層水溶解二氧化碳氣體的分壓，導致二氧化碳氣體逸出，碳酸氫鈣在水中的平衡方程式向有利于生成碳酸鈣垢的方向移動［5］，形成鹽垢:

Ca(HCO3)2→CaCO3↓+CO2↑ +H2O。在成垢過程中，垢晶體吸附周圍環境的泥砂、腐蝕物、原油等物質一起沉積增大，形成無機垢混和物。反應式如下:

(2)電化學和機械作業共同產生的腐蝕，主要體現在磨損腐蝕，通過作業現場我們發現，腐蝕嚴重的油井，抽油桿及油管內壁都存在磨損嚴重的情況，主要是由于磨損與腐蝕介質共同作業，磨損破壞金屬保護膜使腐蝕加劇。

1.3.2 腐蝕結垢影響因素

通過上述水質及垢樣的分析結果，結合結垢腐蝕機理，可以確定秦家屯油田的主要腐蝕結垢因素可以分為以下幾點:

(1)硫酸還原菌的影響

通過滴定實驗可以看出，部分油井垢樣中含有硫化物，而秦家屯油田的開發方式屬于二次采油，且該油田在未注水之前產出液及伴生氣體均不含有硫化物，可以判定硫酸鹽還原菌的存在，硫酸鹽還原菌可以使采油及集輸系統中的H2S 含量增加，從而導致硫化物(以FeS 為主)的增加，形成電化學腐蝕及結垢。此外，硫酸鹽還原菌的聚合物及硫化物(以FeS 為主)隨注入水進入地層可能引起地層堵塞，使注水壓力上升。

(2)pH 值的影響

地下水或地面水一般含有不同程度的碳酸，而水中三種形態碳酸在平衡時的濃度比例取決于pH 值。三種碳酸在平衡時的濃度比例與水的pH值有完全相應的關系，水中的pH 值較高時就會產生更多的碳酸鈣沉淀;反之，水的pH 值較低時，則碳酸鈣不易產生。秦家屯油田的注人水和地層液的pH 值為7～9，是易產生碳酸鈣沉淀垢的原因之一［6］。

碳酸鹽垢是油田生產過程中最為常見的一種沉積物，通常產生于壓力降低，溫度升高的部位。因此在油井近井帶、井筒、地面集輸管線和儲罐中，由于壓力發生了急劇或明顯的變化，易于形成碳酸鹽垢。同時，當產液經過油水分離器時，由于受熱，也會形成碳酸鹽垢。當注入水進入到井筒、井底、注水井近井帶時，這些地方的溫度明顯高于地面溫度，也會有碳酸鹽垢生成。此外，pH 值的變化也會影響碳酸鹽垢的形成，pH 值的升高會導致碳酸鹽垢量的增加。另外，垢鹽的溶解度還隨礦化度的變化而改變，水中總溶解離子量即礦化度低于20 000 mg/L 時，CaCO3的溶解度隨礦化度的增加而增加，即高礦化度鹽水可在一定的程度上抑制CaCO3垢的生［7］。

2 油水井結垢腐蝕治理效果分析

針對秦家屯油田部分油水井出現的結垢腐蝕現象，2011 年就開始使用相應的對應措施。

2.1 阻垢劑的使用及效果分析

通過統計數據發現2011 年油井維護及造成多輪次作業的主要原因為:結垢、腐蝕。結垢導致的檢泵作業達到15 井次，結垢導致維護作業逐年增加;腐蝕導致的檢泵作業達到7 井次(腐蝕桿、管、泵)。結垢和腐蝕是造成多輪次作業的主要原因。自此，秦家屯油田開始實施阻垢劑實驗，主要分為液體阻垢劑和固體阻垢劑兩種方式，使用阻垢劑后秦家屯油田2013—2014 年因腐蝕結垢導致井下作業井數只有6 口井，達到了延長腐蝕結垢周期的目的。

2.2 殺菌劑的使用及效果分析

秦家屯油田注水主要以污水回注為主，且管線老化嚴重，油水井垢樣的鑒定分析顯示有硫化物存在，可以肯定回注污水中有硫酸鹽還原菌，導致有水井井筒結垢。因此從注水源頭上控制結垢的形成將有效降低油水井管柱的結垢周期。聯合站處理污水使用殺菌劑情況見表3 和表4。

表3 秦家屯聯合站殺菌劑使用情況

表4 秦家屯聯合站污水崗細菌化驗結果

由表3、表4 可以看出，自從秦家屯油田油水井結垢腐蝕情況加劇后，對殺菌劑的用量進行了調整，有效降低了回注污水中硫酸鹽還原菌的數量，于此同時，定期對污水回注管線進行全面清洗，能有效減少硫酸鹽還原菌在注水管線管壁的聚集。

3 結論

(1)腐蝕和結垢存在于在采油采氣生產整個過程中，從井筒到地面油氣集輸、原油加工、污水處理都需要考慮防治腐蝕和結垢。秦家屯油田是東北油氣分公司開發老油區，油水井腐蝕結垢嚴重。通過對注入水和油井采出液水質進行分析，含有大量的氯離子和碳酸氫根離子，這些物質也是造成油水井腐蝕結垢的主要因素，這可產生二氧化碳腐蝕，導致井管腐蝕結垢。油管外壁及內壁垢主要以碳酸鈣垢為主，并粘附少量原油、膠質瀝青質等有機物。

(2)秦家屯油田的主要腐蝕結垢因素主要有兩點:硫酸還原菌和pH 值。

(3)秦家屯油田實施阻垢劑實驗，并使用了殺菌劑，同時對殺菌劑的用量進行了調整，有效降低了回注污水中硫酸鹽還原菌的數量，延長了檢泵周期。

［1］張琪.采油工程原理與設計［M］.山東:石油大學出版社，2002:213-215.

［2］萬仁溥，羅英俊.采油技術手冊［M］.北京:石油工業出版社，1993:145-179.

［3］何生厚.油氣開采工程師手冊［M］，北京:中國石化出版社，2005:577-588，607-608.

［4］候高文.非金屬材料在油田防腐中的應用［J］.斷塊油氣田，1994(6):1-6.

［5］張興儒.油田腐蝕狀況與腐蝕控制［J］，腐蝕科學與防護技術，1989，1(2):1-5.

［6］何智勇.西北某酸性油田腐蝕及防護措施分析［J］.石油與天然氣化工，2008，36(3):240-242.

［7］呂瑞典.油氣田腐蝕防護技術綜述［J］.石油天然氣學報，2008，29(10):356-369.