酒東油田采出水回注結垢分析和阻垢劑篩選

李艷琦

中國石油玉門油田分公司鉆采工程研究院，甘肅酒泉 735019

隨著開采程度的不斷加深，油田注入水開發是常用的開采方法[1]，注入水水源主要以污水、清水或二者混合的方式。同時因水源的不配伍性和外界環境(溫度、壓力、流速)的改變[2]，水中結垢離子析出、聚集，從而導致結垢[3-4]。酒東油田以K1g1油藏采出水與K1g3油藏采出水混合，經過處理后作為注入水水源。隨著注水程度逐漸深入，注水系統和地層結垢較為嚴重，注水壓力上升，地層吸水能力下降，嚴重影響了正常注水。酒東目前有13口注水井，2018年有6口井因結垢管堵停注，占總井數的46.1%。所以解決注水系統結垢問題至關重要。對酒東油田回注水結垢量和結垢機理進行研究，通過對阻垢劑聚天冬氨酸(PASP)、乙二胺四亞甲基磷酸鈉(EDTMPS)、羥基乙叉二膦酸(ATMP)、二乙烯三胺五甲叉膦酸七鈉(DTPMP·Na7)篩選，優選的阻垢劑能夠抑制或減緩注水系統結垢對油田生產的影響，保障油水井正常生產。

1 實驗部分

1.1 儀器及藥品

電子天平(感量0.000 1 g)；控溫烘箱；恒溫水浴。

氯化鈉、氯化鈣、硫酸鈉、氯化鎂、碳酸氫鈉、乙二胺四乙酸二鈉(EDTA)、氫氧化鈉、鹽酸，均為分析純，聚天冬氨酸(PASP)，乙二胺四亞甲基磷酸鈉(EDTMPS)，羥基乙叉二膦酸(ATMP)，山東泰和水處理有限公司；二乙烯三胺五甲叉膦酸七鈉(DTPMP·Na7)，山東鑫泰水處理有限公司。

1.2 分析方法

1)離子含量分析執行SY/T 5523—2016《油田水分析方法》。

2)水質分析執行SY/T 5329—2012《碎屑巖油藏注水水質指標及分析方法》。

3)阻垢性能評價執行SY/T 5673—1993《油田用防垢劑性能評價方法》，采用靜態阻垢法測定阻垢劑在不同加劑量對碳酸鈣垢和硫酸鈣垢的阻垢性能。

4)應用效果評價。先將混合水樣和阻垢劑加入250 mL試劑瓶并混勻，在規定溫度下，恒溫24 h，測定結垢量。

2 結垢分析

2.1 注入水水源分析

取K1g1地層水和K1g3地層水進行分析，分析結果見表1。

表1 酒東油田注水水源分析

通過對水源的成分分析可知，酒東油田k1g1油藏地層水的Ca2+含量較高，k1g3油藏地層水中HCO3-和SO42-含量高，水源水型不同，含有大量的成垢離子，混合后有成垢的可能。

2.2 配伍性分析

酒東油田注水水源采用K1g1油藏地層水和K1g3油藏地層水的混合水，為確定2個油藏地層水的配伍性，將油藏地層水按不同體積比混合，在常壓及30，50，70 ℃下測定48 h的結垢量，實驗結果見表2。

表2 K1g1和K1g3油藏地層水混合后的結垢量 mg/L

由表2可見，在不同溫度條件下2個油藏地層水的配伍性差，結垢量大，結垢類型主要是碳酸鹽垢，有少量的硫酸鹽垢。隨著溫度的升高，結垢量增加。隨著K1g1油藏地層水的比例的增加，總結垢量、硫酸鹽垢呈先增加后降低的趨勢，當K1g1與K1g3體積比為8∶2時總結垢量最大。

2.3 酒東油田注水結垢機理

酒東油田礦化度高，主要成垢陽離子為鈣離子，主要成垢陰離子為碳酸氫根離子和硫酸根離子，當成垢的陽離子與成垢的陰離子混合后，超過其溶度積時，就會產生沉淀。碳酸鈣和硫酸鈣結垢反應如下。

酒東油田2種注入水水源(K1g1油藏地層水和K1g3油藏地層水)因水型不同，含有大量的結垢離子，配伍性差，結垢量大，結垢類型為碳酸鹽垢，且含有少量硫酸鹽垢。同時在垢樣形成過程中，包裹了少量的氯化鈉形成包裹垢。

3 阻垢劑篩選

依據SY/T 5673—1993評價阻垢劑對碳酸鈣垢和硫酸鈣垢的阻垢性能，同時對所用酒東油田注入水進行適用性能評價。

3.1 阻垢劑的阻垢性能評價

依據SY/T 5673—1993標準分別測定了不同加量下阻垢劑對硫酸鈣垢和碳酸鈣垢的阻垢效果，結果見表3和表4。

表3 碳酸鈣垢阻垢率

表4 硫酸鈣垢阻垢率

由表3和表4可以得出，阻垢劑對碳酸鈣阻垢性能較好，阻垢率均可達到85%，PASP阻垢效果最好，當加劑量為10 mg/L時，碳酸鈣阻垢率達到96.2%，但隨著加劑量的增加阻垢效果降低。阻垢劑加入量的增加，對硫酸鈣垢的阻垢效果先增強后減弱的趨勢，4種阻垢劑對硫酸鈣垢的阻垢效果較差，阻垢率均小于85%。選取PASP、DTPMP·Na7、ATMP進行注入水使用效果評價。

3.2 酒東注入水的使用效果評價

2019年6月13日酒東聯合站取注入水(處理后的采出水)，在50 ℃,48 h條件下進行阻垢劑使用效果評價，酒東油田注入水未加入阻垢劑的結垢量為824 mg/L，加入不同劑量的阻垢劑后酒東油田注入水的結垢量見表5。

表5 酒東油田注入水結垢量

由表5可以得出， PASP和DTPMP·Na7阻垢率可以達到85%，PASP的阻垢效果最好，加劑量為30 mg/L時，阻垢率為89%。

3.3 掃描電鏡實驗

加入PASP前后碳酸鈣、硫酸鈣的掃描電鏡(SEM)圖見圖1～圖4。

圖1 未加阻垢劑碳酸鈣的SEM圖(放大1000倍)

圖2 加30 mg/L PASP碳酸鈣的SEM圖(放大1000倍)

由圖1和圖2可以看出，未加任何碳酸鈣阻垢劑時碳酸鈣晶體是非常規則的正六面體結構，加了PASP之后，就形成了較疏松的棉絮狀結構，說明PASP使得碳酸鈣晶體發生了嚴重的畸變，從而阻止了碳酸鈣垢的形成。

圖3 未加阻垢劑硫酸鈣的SEM圖(放大200倍)

圖4 加30 mg/LPASP硫酸鈣的SEM圖(放大50倍)

從圖3和圖4可以看出，未加阻垢劑的硫酸鈣晶體為規整的針狀晶體，而加了PASP之后，開始出現疏松晶體，說明在加了PASP后硫酸鈣晶格發生了畸變，阻止了晶體的形成。

4 結論

1)酒東油田注入水礦化度高，含有大量的成垢離子。酒東油田結垢主要為碳酸鈣垢。

2)PASP對酒東油田注入水的阻垢效果最好，加劑量為30 mg/L時阻垢率為89%。

3)掃描電鏡實驗結果表明，加入PASP后會造成碳酸鈣、硫酸鈣的晶格發生畸變，從而阻止了結垢。