防垢器在油井防垢治理中的適應性分析

王敏(大港油田第二采油廠，河北 黃驊 061100)

防垢器在油井防垢治理中的適應性分析

王敏(大港油田第二采油廠，河北 黃驊 061100)

在油田開發過程中，結垢現象的發生給油田開發帶來諸多危害，油井井筒結垢造成桿管偏磨、腐蝕，堵塞，泵卡等問題，嚴重影響油井正常生產。通過對不同區塊油井結垢機理的研究，認識了油井結垢原因，針對不同區塊地質情況、結垢成分等因素選擇合適的防垢器有效延長油井免修期。

結垢油井;固體防垢器;金屬防垢器

1 生產現狀

所研究區塊目前有重點結垢井近15口，占該區塊開井數的8.50%，平均免修期110天，日產油54.2噸，占產6.69%。其中抽油機井14口，電泵井1口。

從這15口結垢嚴重油井來看，這些井普遍存在原油中蠟、垢含量高，凝固點高，且油品物性差，結垢嚴重，常出現桿管偏磨、腐蝕，堵塞，泵卡等問題。結垢井作業過程中，因結垢導致管桿磨損嚴重，以及抽油桿發生斷脫的問題，在各結垢井均有發生。通過垢樣化驗分析，發現結垢井主體垢為碳酸鈣和硅酸鹽成分或碳酸鈣成分。

2 防垢器的作用原理和應用

2.1 結垢基本概述

油田產出液中含鈣、鎂、鐵、鍶等金屬離子，產出液的礦化度高達幾萬PPM，因此在油田開發中液體流動的各個環節，都存在結垢的可能性。

油田結垢通常是多種無機鹽和油垢的混合物，最常見的垢物成分是CaCO3，占80%以上，其次為NaCL、CaSO4、BaSO4、Fe2O3、Fe（OH）3和部分有機物和及少量泥砂晶核垢的存在。

2.2 結垢機理

油田結垢大體可分為兩種情況：

（1）溫度、壓力、等熱力學條件改變，導致水中離子平衡狀態改變，結垢組分溶解度降低而析出結晶沉淀。

（2）離子組成不相溶的水相混合物而產生沉淀。結垢的形成可表示如下：

Ca2++CO32-CaCO3

Ca2++SO42-CaSO4

Ba2++SO42-BaSO4

分子結合和排列形成微晶體，然后產生粒子化過程中，大量晶體堆積，沉積成垢。

2.3 常用防垢技術

目前油田常用防垢技術有磁防垢、化學防垢和電化學防垢。

2.3.1 磁防垢機理

磁防垢機理：能量轉換和傳遞，通過磁場作用影響流體的結晶動力學，使流體中的垢離子能改變，電導率變化使水中離子濃度和遷移率變化，使井液不易沉積結垢。

感應磁場機理：流體介質在強磁場作用下形成極性分子，分子相互排斥產生扭曲、變形、反轉和震動使垢晶不易沉積。

2.3.2 化學防垢機理

增溶作用：利用含羥基或磺基功能團的高分子防垢劑發生絡合反應，生成可溶性的絡合物或鰲合物防垢。

分散作用：利用聚羧酸陰離子溶于水后離解成帶負電的聚離子，使垢離子吸附在聚離子的分子鏈上呈分散狀態懸浮于流體中。

靜電斥力作用：低分子量的高分子阻垢劑具有較強的電荷密度，可以產生離子斥力，阻止流體中的無機鹽微粒相互接觸。

晶體畸變作用：防垢劑的高分子絡合能力阻礙和干擾無機鹽垢的正常生長，打亂了晶體的正常排列，致使垢晶發生畸變不能結成硬垢，而松散的垢晶在流體的沖刷下被帶走。

2.3.3 電化學防垢機理

電化學原理，其本質是金屬表面的原子發生電離，利用陰極保護，犧牲陽極原理，改變結垢點附近的電場和電解質的反應方向，從而阻止井下結垢。犧牲陽極合金是一種易消耗材料，在介質中生產Al2O3薄膜吸附在管壁上阻止垢晶的沉積。

2.4 研究區塊主要應用防垢技術

2.4.1 固體防垢器

固體防垢器性能：分離晶核，抑制晶核長大，防止沉積。

技術參數：

耐溫等級：60℃、80℃、110℃。

最大外徑：φ107mm、φ102mm

防垢率：＞95%

流速：＜1m/s

有效發生電量：≥1.1 A.h/g

電流效率：≥65%

適用套管：51/2（其他規格根據用戶要求定制）

單套配備：單節4m

推薦適用排量范圍：5-20m3/d

應用舉例：莊47-6井在研究期間兩次因結構卡泵，結合作業通過采用空心橋塞+固體防垢器的工藝，首次開展電泵井井筒工藝防垢并一次性取得成功，作業后該井一直生產穩定，現已正常生產190天以上。

2.4.2 金屬防垢器

金屬防垢器的核心部件采用了一種由7種具有不同帶負性電的金屬元素高溫化合制成。流體介質以一定的流速流經該觸媒材料后，觸媒材料可向流體釋放電子，改變流體靜電位，使流體產生極化現象，流體中的陰、陽離子不易結合形成垢，同時能使已板結的垢塊逐漸溶解、脫落，達到防垢的目的。

應用舉例：扣49井油層埋藏深，是低孔、中滲高飽和油藏，目前采用抽油機有桿泵小泵深抽舉生產升工藝方式。在使用金屬防垢器前免修期為108天，實施使用金屬防垢器后長壽天數為200多天。

3 結語

通過不同防垢器的試驗應用得到以下經驗：針對不同區塊地質情況不同，其結垢的成分、成因均存在差異，因此在對待不同的區塊結垢問題，應通過實驗效果對比分析得到最優化最合理的治理辦法和工藝應用。

防垢器選井條件：帶磁防垢器（磁防垢）不適于垢體中帶有鐵元素的結垢井；固體防垢器(化學防垢劑）不適用于硅酸鹽垢體的結垢井；金屬防垢器（電化學觸媒）不適用于大液量油井。