大港油田鹵水壓井液結(jié)垢問題治理研究

尤秋彥 宋曉莉 薛子鈺 廖興松 樊松林

1. 中國石油大港油田公司石油工程研究院油層保護(hù)中心, 天津 300131; 2. 中海油天津化工研究設(shè)計(jì)院有限公司, 天津 300131; 3. 山東大學(xué)海洋學(xué)院, 山東 威海 264209

0 前言

近年來隨著油田注水工程的開展,油層壓力呈現(xiàn)恢復(fù)乃至上升的良好趨勢,所以修井作業(yè)對中密度壓井液的需求也在逐步增加[1-3]。油田上常用的壓井液為甲酸鹽體系或者鹵水體系,其中甲酸鹽體系性能優(yōu)良但成本太高,而鹵水廉價(jià)易得,因此應(yīng)用較廣。目前油田常用的鹵水體系壓井液主要為鹽鹵和鈣鹵兩種,但其礦化度高,直接使用時(shí)會(huì)形成質(zhì)地堅(jiān)硬、附著牢固、難以清除的垢層,對生產(chǎn)造成諸多不便：地層結(jié)垢會(huì)堵塞近井地帶的液流通道,造成油井產(chǎn)液量降低;井筒結(jié)垢會(huì)造成卡泵,堵死篩管,增加生產(chǎn)作業(yè)的躺井時(shí)間和停產(chǎn)次數(shù);此外垢層還會(huì)引發(fā)金屬局部腐蝕，嚴(yán)重時(shí)可使管線、設(shè)備穿孔,造成破壞性事故;更甚者,鹵水進(jìn)入地層與地層流體發(fā)生乳化作用,對中低滲透層造成水鎖傷害,直接導(dǎo)致地層產(chǎn)量下降。為避免傳統(tǒng)鹵水體系高礦化度造成的損害,對鹵水體系進(jìn)行改性,制備既廉價(jià)又可避免帶來二次傷害的改性鹵水壓井液成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn)[4-8]。

根據(jù)大港油田的地層特點(diǎn)篩選了三種新型無磷阻垢劑,對鹵水壓井液進(jìn)行改性,通過對成垢離子螯合分散和抑制晶格畸變的作用,改變垢的結(jié)晶型態(tài),促使其溶解,來實(shí)現(xiàn)阻垢的目的[9-12]。改性后的鹵水不僅能夠阻止或減少鹵水結(jié)垢并提高鹵水進(jìn)入地層后的返排[13-14]能力,而且對各大站地層水及回注水均取得不結(jié)垢或降低結(jié)垢程度，不形成硬垢或推遲結(jié)垢時(shí)間的效果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 研究思路與目的

以大港油田的典型地層水為研究對象,用阻垢劑對不同水樣及其在鈣鹵、鹽鹵中的阻垢性能進(jìn)行綜合評價(jià),通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M地層溫度,觀察不同時(shí)間的結(jié)垢情況和鈣離子保留率指標(biāo),研究出合適的阻垢配方并對鹵水進(jìn)行改性,達(dá)到改性后的鹵水不結(jié)垢或降低結(jié)垢程度、不形成硬垢或推遲結(jié)垢時(shí)間的目的,解決了鹵水壓井液結(jié)垢堵塞地層的問題。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料:阻垢劑WJ-1、TJ-302、TS-6,十二烷基硫酸鈉,具塞比色管,EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液,鹽酸溶液,滴定管。

鹽鹵水:成分為Na2SO4、CaCl2及NaCl、MgCl2等,密度為1.21～1.26 g/cm3。

鈣鹵水:成分為CaCl2及少量CaSO4、MgCl2、NaCl等。中密度1.30～1.36 g/cm3,高密度可至1.46 g/cm3。

實(shí)驗(yàn)水樣:取自大港油田各大站的地層水,見表1。

表1 大港油田地層水分析表

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 地層水阻垢性能試驗(yàn)

取一定量的地層水加入阻垢劑,封閉情況下置于90 ℃水浴中,恒溫一段時(shí)間后,取出放置至室溫目測觀察比色管中的結(jié)垢情況,再取上層清液,用EDTA標(biāo)準(zhǔn)滴定法測定游離鈣含量,計(jì)算出鈣保留率。

鈣保留率T%,按式(1)計(jì)算:

(1)

式中:V1為滴定上層清液消耗的EDTA標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液體積,mL;V0為滴定地層水樣消耗的EDTA標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液體積,mL。

1.3.2 地層水鹵水混合液阻垢性能試驗(yàn)

取一定量的鹵水置于比色管中,加入一定量的阻垢劑和地層水,搖晃使其充分溶解,再將比色管放于90 ℃水浴中,恒溫一段時(shí)間后,取出放置至室溫目測觀察比色管中的結(jié)垢情況,隨后過濾出鈣垢,用去離子水洗滌濾出的垢及比色管壁上殘留的垢,用鹽酸將垢樣全部溶解,收集起來用EDTA標(biāo)準(zhǔn)液測定鈣垢的質(zhì)量。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 阻垢劑對地層水的阻垢效果

用WJ-1、TJ-302、TS-6三種阻垢劑,分別以王徐莊、小集及王官屯三個(gè)油田的地層水各50 mL為樣本進(jìn)行阻垢實(shí)驗(yàn),考察此三種阻垢劑對不同水質(zhì)地層水的阻垢性能。

表2為王徐莊、小集及王官屯油田地層水阻垢評價(jià)表。由表2可知,王徐莊地層水為NaHCO3型,HCO3為 6 000 mg/L左右,90 ℃下,WJ-1的加入對王徐莊地層水阻垢效果不明顯,TJ-302在短時(shí)間內(nèi)有一定的阻垢效果,但是超過48 h就有垢生成,而TS-6對王徐莊地層水有明顯的阻垢效果。小集地層水為CaCl2型,礦化度為 34 660 mg/L,TS-6對其阻垢效果不佳,TS-302加入小集地層水后在短時(shí)間內(nèi)有絮狀漂浮,隨著時(shí)間的延長,漂浮物減少。WJ-1效果比前兩者略好。針對小集地層水,WJ-1/TJ-302復(fù)配后效果較好,藥劑配比在 4∶1 時(shí)能達(dá)到阻垢要求。王官屯地層水為CaCl2、NaHCO3混合型,在90 ℃條件下很快會(huì)沉淀,單一阻垢劑無法達(dá)到阻垢要求,復(fù)配效果比較好,當(dāng)WJ-1、TJ-302、TS-6配比為4∶1∶3時(shí)效果最佳。

2.2 阻垢劑對鈣鹵水阻垢效果

將WJ-1、TJ-302、TS-6三種阻垢劑分別加入密度為1.30 g/cm3的鈣鹵中,加藥量為100 mg/L,混合均勻后再與濃度為 3 000、5 000、7 000 mg/L的NaHCO3溶液以1∶1比例混合,在90 ℃水浴中加熱,考察其阻垢效果,見表3。

表2 王徐莊、小集及王官屯油田地層水阻垢評價(jià)表

表3 阻垢劑在鈣鹵中對的阻垢影響表

表4 WJ-1在高密度鈣鹵中對阻垢分析表

2.3 阻垢劑對鹽鹵阻垢性能研究

表5 WJ-1對鹽鹵阻垢分析表

2.4 改性壓井液對回注水的應(yīng)用

將WJ-1、TJ-302、TS-6與鹵水壓井液復(fù)配,制備改性鹵水壓井液。改性鈣鹵壓井液:鈣鹵+1%～3%WJ-1+0.2%十二烷基硫酸鈉。改性鹽鹵壓井液:鹽鹵+1%～3%WJ-1+1%～3%TS-6+0.2%十二烷基硫酸鈉。對上述配方進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)測試,結(jié)果見表6。

由表6可知,改性鹵水壓井液可使鈣保留率達(dá)到≥90.0%,滲透率恢復(fù)率達(dá)89%,達(dá)到了預(yù)期研究的目的。

由于各大站回注水需注入地層,回注水中含有多種成垢因素,因此需要進(jìn)一步考察改性鹵水與各大站回注水的反應(yīng)效果。現(xiàn)場取馬西、板大站、西一聯(lián)、西二聯(lián)、東二污回注水,按改性鹵水∶回注水=1∶1的配比進(jìn)行實(shí)驗(yàn),見表7。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,短時(shí)間內(nèi)鹽鹵與各大站回注水不產(chǎn)生沉淀,但在長時(shí)間加熱條件下會(huì)有垢產(chǎn)生。改性后的鈣鹵與各大站水樣反應(yīng)阻垢效果明顯。阻垢效果見圖1。

表6 改性鹵水壓井液理化指標(biāo)表

表7 改性鹵水與部分大站回注水阻垢試驗(yàn)表

圖1 表7中各個(gè)配方下的阻垢效果圖Fig.1 Scale inhibition effect of each formula in Table 7

未改性的鹽鹵或鈣鹵與各站回注水混合,常溫下均不結(jié)垢,但在90 ℃下會(huì)產(chǎn)生不同程度結(jié)垢,西一聯(lián)、板大站較嚴(yán)重，東二污、馬西、西二聯(lián)輕微結(jié)垢。然而鹵水改性后，與各站水混合，在90 ℃加熱的條件下除個(gè)別有少量絮狀物生成外均無硬垢生成。

3 結(jié)論

采用三種阻垢劑WJ-1、TJ-302、TS-6對中高密度的鹽鹵及鈣鹵進(jìn)行改性。WJ-1可阻止 5 000 mg/L NaHCO3水樣在鈣鹵中結(jié)垢,同時(shí)可以阻止 3 000 mg/L NaHCO3水樣在鹽鹵中結(jié)垢。WJ-1與TS-6配伍后能阻止300 mg/L Na2SO4在鈣鹵中結(jié)垢。采用改性后的鹵水對各大站水樣進(jìn)行阻垢實(shí)驗(yàn),其鈣保留率≥90.0%,滲透率恢復(fù)率可達(dá)89%。結(jié)果表明改性后的鹵水能夠達(dá)到不結(jié)垢或降低結(jié)垢程度、不形成硬垢或推遲結(jié)垢時(shí)間的效果,解決了鈣鹵在高鹽高堿地層結(jié)垢的問題。