WS17-2油田注入水配伍性研究與防垢劑篩選

甘秀玉，黃曉霞，馬玄，代凱，岳前升

(長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州 434023)

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WS17-2油田注入水配伍性研究與防垢劑篩選

甘秀玉，黃曉霞，馬玄，代凱，岳前升

(長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州 434023)

[摘要]注水開發(fā)目前是海上油田普遍采用的開發(fā)方式，注入水與地層水之間的配伍性直接影響注水和儲(chǔ)層保護(hù)效果。在分析注入水和地層水成分基礎(chǔ)上，采取結(jié)垢趨勢預(yù)測和靜態(tài)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)來評價(jià)海水和地層水之間的配伍性。結(jié)果表明，WS17-2油田流三段地層水和注入水離子含量相差較大，同時(shí)總礦化度均不高；海水自身以及和地層水之間在地層條件存在不配伍性現(xiàn)象，有碳酸鈣垢生成，通過添加一定量的有機(jī)膦酸鹽防垢劑可以有效阻止垢的生成。

[關(guān)鍵詞]WS17-2油田；地層水；注入水；配伍性；防垢劑

WS17-2油田位于我國南海北部灣盆地，儲(chǔ)層為流二段和流三段，巖性為中細(xì)砂巖，流二段儲(chǔ)層以中孔、中高滲儲(chǔ)層為主，流三段則以中低孔、低滲儲(chǔ)層為主。該油田開發(fā)設(shè)計(jì)中以海水為注入水，注入水的配伍性對于注水開發(fā)油田非常重要。為此，筆者分析了該海域海水組成，預(yù)測了注入水與地層水結(jié)垢趨勢，評價(jià)靜態(tài)試驗(yàn)結(jié)果，通過巖心流動(dòng)試驗(yàn)研究了注入水動(dòng)態(tài)配伍性，在此基礎(chǔ)上優(yōu)選出了適宜防垢劑種類及加量。

1試驗(yàn)部分

1.1材料

EDTA(乙二胺四乙酸鈉)、KOH(氫氧化鉀)、鈣-羧酸指示劑、氨水-氯化銨緩沖溶液、鉻黑T、ATMP(氨基三甲叉膦酸)、EDTMP(四甲叉膦酸)、HEDP(羥基乙叉二膦酸)、HPMA(聚馬來酸)、PBTCA(2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸)，化學(xué)試劑；流三段地層水，海水，WS17-2油田提供。

1.2方法

1)水質(zhì)分析方法。離子組成采用ICP陽離子色譜儀和SY/T5523-2000《油氣田水分析方法》[1]中相關(guān)規(guī)定測定，計(jì)算總礦化度和判別水型等。

2)結(jié)垢趨勢預(yù)測方法。飽和指數(shù)法[2～4]是由Stiff和Davis提出預(yù)測油田水結(jié)垢情況的一種方法，按照SY/T0600-2009《油田水結(jié)垢趨勢預(yù)測》[5]中的方法來計(jì)算不同混配比的飽和指數(shù)。

3)結(jié)垢靜態(tài)評價(jià)方法。對海水與流三段地層水按一定比例做混配試驗(yàn)，配伍性試驗(yàn)[6]是在模擬某個(gè)溫度下以不同的體積比進(jìn)行混合后的結(jié)垢情況，觀察混合后溶液的結(jié)垢現(xiàn)象，滴定結(jié)垢離子濃度的變化來確定混輸?shù)呐湮樾浴Ｍㄟ^測定溶液恒溫前后Ca2+、Mg2+濃度的變化，來表觀不同混配比結(jié)垢程度。

4)注入水與巖心配伍性動(dòng)態(tài)評價(jià)。室內(nèi)采用巖心流動(dòng)裝置[7]，來模擬現(xiàn)場注海水過程中結(jié)垢程度對儲(chǔ)層滲透率的影響，測定海水不斷注入過程中，不同注入量PV數(shù)與巖樣滲透率Kr的關(guān)系。

5)防垢劑防垢性能評價(jià)方法。防垢劑防垢性能的評價(jià)及篩選是由實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)來確定的。防垢劑防垢性能評價(jià)參照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《油田用防垢劑性能評價(jià)方法》(SY/T5673-93)[8]，采用成垢離子測定法。

2結(jié)果與分析

2.1水質(zhì)化學(xué)組成

WS17-2油田流三段地層水海水?dāng)?shù)據(jù)分析表如表1所示。從表1可以看到，流三段地層水與海水離子含量相差較大，同時(shí)總礦化度均不高：流三段地層水總礦化度為8681.5mg/L，水型為NaHCO3型，海水總礦化度為34691mg/L，水型為MgCl2型。由成垢離子的質(zhì)量濃度可以看出主要結(jié)垢離子為鈣鎂離子和硫酸根與碳酸氫根離子，2種水均偏堿性。

表1　WS17-2油田流三段地層水海水?dāng)?shù)據(jù)分析表

2.2海水與地層水結(jié)垢趨勢

根據(jù)水樣的離子組成，預(yù)測出可能會(huì)產(chǎn)生碳酸鈣和硫酸鈣沉淀，表2列出了注入水和地層水按不同比例混配后的飽和指數(shù)值。由表2可知，硫酸鈣垢的飽和指數(shù)SI均小于0，碳酸鈣垢的飽和指數(shù)SI大于0，因此說明混配后會(huì)有碳酸鈣垢生成(飽和指數(shù)法預(yù)測的是當(dāng)SI<0，溶液未飽和，表示不結(jié)垢；SI>0，表示結(jié)垢)。

表2　海水與地層水以不同比例混配下的結(jié)垢飽和指數(shù)

2.3靜態(tài)配伍性試驗(yàn)

將海水與地層水按0∶1、1∶4、2∶3、1∶1、3∶2、4∶1、1∶0模擬地層溫度80℃恒溫12h進(jìn)行配伍性試驗(yàn)，參照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《油氣田水分析方法》中EDTA絡(luò)合來滴定溶液中鈣鎂離子的含量。混合后進(jìn)行了室內(nèi)模擬考察，結(jié)果見表3。

表3　WZ10-3流三段地層水與海水不同比例混合后的結(jié)垢程度研究(80℃)

從表3的數(shù)據(jù)可以看出，海水與地層水本身就存在結(jié)垢趨勢，以不同的比例混配后，溶液變微濁，鈣、鎂含量都有一定的損失，說明了不同比例的注入水與地層水混合后存在結(jié)垢現(xiàn)象。因此，從儲(chǔ)層保護(hù)的角度出發(fā)，可考慮添加適量的防垢劑，以抑制注入水與地層水混配時(shí)的結(jié)垢現(xiàn)象。

圖1　海水不同驅(qū)替體積下巖心滲透率保留值

2.4動(dòng)態(tài)配伍性試驗(yàn)

結(jié)合靜態(tài)配伍性試驗(yàn)和現(xiàn)場注水的情況，模擬地層條件，選取結(jié)垢量最大的一組，即V地層水：V海水=4∶1，在混配水的注入過程中進(jìn)行動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，了解對儲(chǔ)存滲透率的損害程度[9～10]。由圖1可知，隨著注入PV數(shù)增大，巖心滲透率呈降低趨勢，注入50PV時(shí)，滲透率保留值為85%，滲透率降低原因是混配水出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，生成的垢堵塞巖心孔隙，造成滲透率下降。因此，注水作業(yè)中應(yīng)加入防垢劑，抑制垢生成。

2.5防垢劑試驗(yàn)

當(dāng)流三段地層水與注入水比例為4∶1時(shí)，鈣鎂損失量最大，通過評價(jià)5種防垢劑下鈣鎂的損失率來進(jìn)行阻垢試驗(yàn)(試驗(yàn)條件為80℃恒溫水浴12h)，結(jié)果見表4。

表4　不同防垢劑在不同一濃度下的防垢率

由表4可知，5種防垢劑對于混配后的水樣都起到了一定的阻垢作用，其中EDTMP、HEDP、PBTCA的防垢效果較好，防垢率均能到80%以上。綜合考慮垢的化學(xué)組成、結(jié)垢的嚴(yán)重程度、溫度對結(jié)垢的影響以及防垢劑與其他化學(xué)劑的配伍性、經(jīng)濟(jì)成本等因素，優(yōu)選出防垢劑EDTMP，最佳加量為15mg/L，防垢率可達(dá)93.61%，是一種性能優(yōu)良的防垢劑。

圖2　加有防垢劑的海水不同驅(qū)替體積下巖心滲透率保留值

巖心用地層水飽和后，加入15mg/L防垢劑EDTMP后的注入海水對巖心滲透率的影響見圖2，當(dāng)累計(jì)注入海水至100PV時(shí)，巖心滲透率保留值在90%以上，說明防垢效果比較明顯。

3結(jié)論

1)WS17-2油田流三段地層水為NaHCO3型，注入水為MgCl2型，2種水質(zhì)離子含量相差較大，同時(shí)總礦化度均不高。通過計(jì)算可知，地層水和注入水混合后產(chǎn)生碳酸鈣垢，無硫酸鈣垢。

2)流三段與注入水配伍性不好，鈣鎂含量損失較大，巖樣滲透率隨注入空隙體積倍數(shù)的增加而下降，是因?yàn)樽⑷胨偷貙铀a(chǎn)生無機(jī)垢使巖心滲透率下降。

3)結(jié)合試驗(yàn)評價(jià)，加入防垢劑EDTMP能有效的阻垢，避免了碳酸鈣垢對于儲(chǔ)存造成的傷害，效果顯著，滿足現(xiàn)場使用要求。

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[編輯]洪云飛

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號]1673-1409(2016)10-0027-03

[中圖分類號]TE357.6

[作者簡介]甘秀玉(1993-)，女，碩士生，現(xiàn)主要從事油田化學(xué)方面的研究工作；通信作者：岳前升，358207446@qq.com。

[基金項(xiàng)目]中海油研究總院ODP項(xiàng)目(2015RCPS0173PSN)。

[收稿日期]2015-12-26

[引著格式]甘秀玉，黃曉霞，馬玄，等.WS17-2油田注入水配伍性研究與防垢劑篩選[J].長江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版)，2016,13(10)：27～29.