長慶氣井除垢方法研究及現場試驗效果分析

葉小闖，張 鵬，魏美吉，王 贊，馮盼盼，張 云

（1.中國石油長慶油田分公司第三采氣廠，內蒙古烏審旗 017300；2.中國石油長慶油田分公司千口氣井評價挖潛工程項目組，陜西西安 710018；3.中國石油長慶油田分公司第一采氣廠，陜西西安 710021；4.中國石油長慶油田分公司第四采氣廠，陜西西安 710021）

隨著長慶氣田開發的不斷深入，氣井在生產過程中受高礦化度地層水及H2S、CO2腐蝕性介質等多因素共同影響，導致氣井出現不同程度的井筒腐蝕結垢和儲層堵塞現象。垢物引起井筒摩阻增加、壓降增大，造成氣井無法正常生產甚至關停，嚴重制約了氣井產能的有效發揮，同時影響氣井最終采收率[1，2]。鑒于此，在系統研究長慶氣區氣井結垢機理，對比分析常用除垢方法的優缺點的基礎上，優選化學除垢方法，通過有針對性的優化除垢藥劑配方，在長慶氣區開展了現場試驗，有效提高了除垢作業的措施增產效果。

1 氣井結垢機理分析

氣井結垢的原因和機理比較復雜[3-7]，長慶氣區受高礦化度地層水結晶，H2S、CO2等腐蝕性介質以及緩蝕劑殘留物等多因素的影響長時間累積形成腐蝕結垢，同時，生產過程中壓力、溫度的不斷變化，使得地層流體中膠質物逐步沉積，緩蝕劑、泡排劑與地層中流體混合形成的乳化物等造成井筒或儲層堵塞。

（1）礦化度引起的結垢。由于熱力學不穩定性和化學不相溶性，地層流體中無機鹽過飽和超過了物質的溶解度，地層水中的陽離子 Ca2+、Mg2+和少量 Ba2+、Sr2+，與陰離子CO32-或HCO3-、SO42-等，在井底附近容易產生鹽垢。礦化度越高，結垢程度越嚴重。

（2）CO2、H2S腐蝕引起的結垢。產出液溶解的H2S、CO2等腐蝕性氣體，能夠與地層水中的Fe2+作用生成FeS以及FeCO3等腐蝕產物，同時溶液中的HCO3-也可與金屬Fe反應能夠生成腐蝕垢物FeCO3。

（3）緩蝕劑殘留物堵塞。緩蝕劑中的易揮發組分在高溫條件下揮發后，殘留的高餾點組分酰胺化合物，黏度很高、不溶于水流動性極差，極易形成黏結沉積物，附著在管壁或在井底聚積。

（4）泡排劑變性物堵塞。長期加注泡排劑的氣井，在高溫高壓的作用下，泡排劑與地層水中的親水基團Ca2+、Mg2+反應生成不溶于水的鈣皂、鎂皂形成堵塞。

在氣井結垢機理研究的基礎上，結合氣井垢樣成分分析化驗結果[2，3]，通過無機物X衍射分析和有機物紅外能譜測定（見表1、圖1、圖2），可知結垢堵塞物的無機成分主要為CaCO3、MgCO3等鹽類垢物，FeS和FeCO3等腐蝕垢物及少量無機雜質；有機成分中以低分子碳水化合物為主，而且其黏性大、相互之間無縫隙，多為各類緩蝕劑的主要活性成分，可以推斷垢物中含有大量緩蝕劑的殘留物。

2 氣井除垢方法對比優選

在油氣田生產過程中，常用機械法、物理法和化學法等的方法對結垢氣井進行除垢（見表2），具體方法原理如下[8，9]：

（1）機械法除垢是出現比較早的除垢方法，其原理是利用機械鉆具來清除井筒聚集的垢物，在通過沖洗將垢物攜帶到地面上，其主要是針對井筒的垢物，可用于無法酸洗的氣井，對于清除硫酸鋇等硬質水垢效果較好[10]。機械除垢較為復雜、費用高、效率低、井下作業安全風險高且無法清除近井地帶的垢物。

（2）物理法除垢的作用原理是利用超聲波或電磁學等技術處理流體，使流體中垢物分散、粉碎、松散、脫落，通過一系列物理形態和化學性能的變化使垢物不易附著管壁聚集。物理除垢操作較為方便、自動化程度高且無環境污染，重要的是還可以有效防止垢物的二次產生，廣泛應用在氣田中[11，12]；但物理除垢機理相對比較復雜、僅能清除特殊環境下的某種特定的水垢且不具有普遍性，通常需要安裝除垢裝置并破壞原有管道系統，國內電磁處理或者聲波處理的技術起步相對比較晚，特別是在氣田開發中的應用還需要進一步深入研究。

表1 典型氣井垢樣成分分析表

圖1 IV井垢樣無機物X衍射分析圖

圖2 IV井垢樣有機物紅外能譜分析圖

表2 油氣田常用除垢方法對比

（3）化學法除垢是目前國內外使用較多且發展較為成熟的一種除垢方法。其原理是利用化學藥劑與垢物發生的物理化學反應，使垢物軟化、剝離、溶解，從而除去氣井垢物。化學除垢缺點是對井筒和管道具有一定的腐蝕性，而且存在環境污染問題；優點在于施工方便、周期短、安全隱患少且費用低、易清除井筒和地層結垢。

隨著油氣開采技術的快速發展，除垢方法也越來越多樣化，現場實施時應根據區域的實際情況，優選出合適的除垢體系。鑒于長慶氣田開發程度的不斷深入，氣田綜合遞減逐漸變大，氣井結垢腐蝕堵塞的程度越來越嚴重，目前投產的15 000余口氣井中，出現結垢腐蝕堵塞的就有300余口且每年以近100口的數量增加，彌補遞減恢復老井產能勢在必行，而化學除垢具有施工流程簡單、所需設備較少、施工周期短且安全隱患少、投入產出比高及易清除井筒和地層垢物等優勢，更適合長慶氣區實現老區增儲上產、快速恢復氣井產能和二次加快發展的需求，因此，優選化學除垢方法對長慶氣區結垢嚴重的氣井進行了現場試驗。

3 化學除垢現場試驗

3.1 試驗井優選

試驗井的選取應根據氣井的生態動態、通井情況，結合地質特征以及周邊環境等進行綜合分析、優選確定，以便提高試驗成功率，選井條件（見表3）。2018年優選出試驗井37口，涉及靖邊區域15口、榆林區域10口、定吳區域12口。

表3 氣井除垢試驗井精細優選條件

3.2 現場試驗方法

在試驗井選取的基礎上采用化學除垢技術對優選出的37口氣井進行了現場試驗，試驗步驟為：（1）連接施工設備及地面管線后對井口及地面管線進行試壓；（2）試壓合格后，向油管投入暫堵棒，按照施工設計工序采用移動式注液泵向油管依次注入有機除垢藥劑和復合除垢藥劑對井筒進行處理，除垢劑逐步溶解油管沿途內壁垢物，到達井底后溶解油管底部垢物，每個工序都需關井使藥劑與垢物充分反應，放噴排液取樣留存；（3）井筒處理完成后，按照設計用量通過油管向地層儲層注入滲透率改造劑，注氮氣加壓，使藥劑全部進入地層，關井反應后進行放噴返排、取樣觀察；（4）根據產量恢復情況開井觀察2 d，若恢復明顯則按配產投入正常生產。現場試驗放噴時注意要嚴格控制放噴針閥的開度，且必須點火燃燒，至井內液體排出為止，每次放噴排液前需加注適量泡排劑協助排液，若排出液體含有大量泡沫，需適當加注消泡劑。現場試驗流程簡圖（見圖3）。

4 現場試驗效果分析

4.1 整體效果分析

不同區域地質特征不同，結垢成因機理和垢物成分也不盡相同。通過對長慶氣區靖邊、榆林、定吳3個區域地質特征研究和成因機理分析，根據流體性質和前期室內垢物成分分析可知，靖邊區域以下古氣藏為主，措施氣井平均礦化度含量達33 204 mg/L，酸性氣體H2S及CO2平均含量分別為923.1 mg/m3、4.5%，垢物成分主要為FeS和FeCO3等腐蝕產物、CaCO3結垢產物及緩蝕劑殘留物等；榆林區域以上古氣藏為主，措施氣井平均礦化度含量達16 606 mg/L，H2S含量很少，CO2平均含量為2.0%，垢物成分主要為CaCO3、MgCO3鹽結晶及FeCO3等腐蝕產物；定吳區域措施氣井主要為上下古合采，平均礦化度含量達84 411 mg/L，酸性氣體H2S及CO2平均含量分別為1 280.6 mg/m3、5.0%，垢物成分以Ba（Sr）SO4垢為主，含有CaCO3、BaSO4、CaSO4結垢產物和 FeS、FeCO3等腐蝕產物。同時根據不同區域不同的垢物成分及流體性質，針對性對除垢劑配方進行了優化，垢物成分及除垢配方具體（見表4）。

圖3 氣井化學除垢挖潛現場工藝流程簡圖

表4 試驗氣井流體資料及不同區域垢物成分和除垢劑配方優化

通過對優選出的靖邊、榆林、定吳三個區域共計37口試驗氣井，采用優化后的除垢劑配方進行了現場試驗，增產效果顯著，措施后氣井平均油套壓差由1.8 MPa 下降至 0.8 MPa，平均日增產 66.1×104m3，單井平均日增產1.8×104m3，全年累計增產天然氣1.1×108m3，具體試驗效果（見表 5）。

表5 2018年氣井除垢現場試驗效果統計表

4.2 典型氣井效果分析

（1）典型氣井基本情況。A井是榆林氣田南區1口開發井，2003年9月投產，生產層位山2，投產前油套壓均為20.9 MPa，2013年后在生產過程中油套壓差及產氣量出現較大波動，2017年3月開始間歇生產，多次采取提產帶液、泡排等措施無明顯效果，油套壓差增大至1.9 MPa左右，措施前該井已關停。

（2）施工情況。對A井除垢現場試驗期間進行了四次酸洗、三次堿洗、一次儲層解堵，共計加注有機解堵劑1.0 m3、復合解堵劑 2.0 m3、儲層滲透率改造劑 2.0 m3。對該井水樣進行對比可以看出（見圖4），初期和中期都較臟，其中初期水樣Ⅰ最臟，表明返排液中溶解出了大量垢物；中期水樣Ⅱ較臟，水樣為灰黑色，無沉淀物，表明井內垢物開始減少；后期水樣Ⅲ比較清澈，表明井內無垢物，藥劑未發生反應，此時井內可溶垢物已基本清除干凈，油管通暢，清洗效果顯著。

（3）效果分析。除垢現場試驗后，A井恢復正常生產，目前油套壓5.4/6.2 MPa，油套壓差下降至0.8 MPa，生產穩定，日均增產 2.0×104m3，累計增產 380×104m3，除垢挖潛效果顯著，具體（見表6、圖5）。

5 結論與認識

（1）長慶氣區氣井結垢機理復雜，受高礦化度地層水和H2S、CO2等腐蝕性介質以及緩蝕劑的共同影響，結垢產物高礦化度鹽結晶、腐蝕產物及緩釋劑殘留物等。

（2）通過對油氣田常用的機械除垢、物理除垢和化學除垢方法的優缺點進行對比，針對長慶氣區目前老區增儲上產、快速恢復氣井產能和二次加快發展的特點和需求，優選化學除垢技術開展了現場試驗；該技術優勢明顯，施工較為方便、流程簡單，周期短、安全隱患少且容易清除井筒和地層垢物。

圖4 A井施工前期、中期、后期返排液體水樣顏色對比圖

表6 A井除垢現場試驗前后生產情況統計表

圖5 A井除垢現場試驗前后生產曲線圖

（3）根據不同區域地質特征、流體性質和垢物成分的差異，通過有針對性的優化除垢藥劑配方，對靖邊、榆林、定吳3個區域共37口氣井進行現場試驗，措施后平均日增產 66.1×104m3，單井平均日增產 1.8×104m3，全年累計增產天然氣1.1×108m3，增產效果顯著。

（4）通過現場攻關試驗，化學除垢技術在長慶氣區增產效果顯著，具有較好的推廣應用價值，能夠為同類氣井除垢作業提供一定的技術支撐，但該技術在長慶氣區現場應用時間較短，仍需加強理論研究與現場論證進一步完善除垢挖潛技術體系，從而為長慶氣區的增產穩產提供強有力的技術保障。