渤海某高溫油田新型井下防垢劑的研發(fā)及應用

蔣維軍，吳東明，李曉亮，黨婧文，劉志光

（1.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300452；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452）

0 引言

在油田開發(fā)過程中，結垢常見部位為油水井井筒、儲層、地面集輸管線等，油田水流動的整個流程中均存在結垢風險。隨著深層油氣藏的開采，儲層溫度高成為制約常規(guī)防垢劑在該類油田使用的主要因素，這就要求防垢劑在本身耐溫的同時仍能起到較好的防垢效果[1-6]。

渤海某高溫油田存在注水響應不明顯、注入井吸水不均的現(xiàn)象，最終導致油井產(chǎn)量大幅下降。本文針對該油田問題，開展了注水配伍性評價、防垢劑研發(fā)及試驗工作。

1 注水配伍性評價

1.1 地層水離子分析

本研究提取該油田地層水和平臺注水水樣，水中離子分析數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 油田地層水及注水水樣離子分析數(shù)據(jù)

從水中離子分析數(shù)據(jù)來看，地層水與注入水均為碳酸氫鈉水型，潛在結垢風險為碳酸鈣垢，需開展結垢預測研究及室內實驗驗證。

1.2 地層水結垢預測

由水樣數(shù)據(jù)可知，各水樣結垢陽離子主要為Ca2+、Mg2+，不含鋇、鍶等離子，因此本文主要針對碳酸鈣垢、硫酸鎂垢進行預測。本研究采用結垢預測軟件ScaleSoftPiter 開展結垢預測，該軟件是目前世界上較為先進全面的結垢趨勢預測軟件。

本文在地層溫度、壓力條件下對注入水與沙二段地層水之間的結垢趨勢進行預測，預測比例為注入水與地層水的比例分別為1∶0、3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3、0∶1，預測結果如圖1 所示。

圖1 注入水與地層水混合后結垢趨勢預測

從預測結果來看，地層水與注入水均出現(xiàn)較高的碳酸鈣結垢量，為400 mg/L 左右，且混合后結垢量出現(xiàn)顯著增加，其中注入水與地層水的比例為2∶1 時，結垢量最大，為501 mg/L，兩種水配伍性差。

1.3 地層水結垢模擬實驗

按照表1 中的水分析數(shù)據(jù)配制模擬水，配制后的水靜置24 h，然后用孔徑為0.45 μm 的混合纖維素脂濾膜精細過濾，過濾后的模擬水作為配伍性實驗用水。按照SY/T 5329—2012 中濾膜法測定懸浮物含量的相關標準開展實驗，實驗圖片如圖2 所示（注入水與地層水混合比例1 ∶0、3 ∶1、2 ∶1、1 ∶1、1 ∶2、1 ∶3、0 ∶1 分別對應圖中編號1 ～編號7），實驗結果如圖3 所示。

圖2 注入水與地層水混合結垢模擬實驗

圖3 注入水與地層水混合結垢模擬實驗結果

從實驗結果來看，地層水與注入水均出現(xiàn)較高的碳酸鈣結垢量，為130 mg/L 左右，且混合后結垢量出現(xiàn)顯著增加，其中注入水與地層水的比例為2∶1 時，結垢量最大，為211 mg/L。實驗結垢量總體小于預測的最大結垢量，總體趨勢與預測值相似。

由預測及實驗結果可知，注水不配伍可能會引發(fā)結垢，導致注水井井筒及地層、油井井筒結垢，需開展針對性的防垢措施研究。

2 防垢劑體系研發(fā)及評價

2.1 防垢劑選擇

根據(jù)目標油田所提供的工況，確定目前主要的結垢種類為碳酸鹽垢，根據(jù)結垢種類選取以下類型的防垢劑進行評價試驗，從以往現(xiàn)場應用情況來看，其抑制碳酸鈣垢析出的能力強、分散性好、自腐蝕性低、化學穩(wěn)定性高、熱穩(wěn)定性高，藥劑類型及機理如表2 所示。

表2 防垢劑類型及機理

2.2 防垢劑評價

防垢評價要以現(xiàn)場結垢機理為依據(jù)，即生垢的條件為溫度和壓力的變化。目前的評價方法很多，例如循環(huán)水評價、鼓泡法等等。從結垢機理的角度來看，行業(yè)標準SY/T 5673—2020《油田用防垢劑通用技術條件》符合現(xiàn)場成垢機理，是合理的評價方法。采用該方法，參考注水配伍性研究結果，為更接近現(xiàn)場實際防垢需求，注水端選取結垢最嚴重的混配水樣（注入水與地層水的比例為2∶1）的離子組成進行模擬水的配制，130 ℃條件下的防碳酸鈣垢的防垢實驗結果如表3 所示。

表3 注水端防垢性能初選

由實驗數(shù)據(jù)可知，在實驗條件下YFFZ-806 阻垢效果相對優(yōu)異，故對YFFZ-806 進行濃度梯度實驗，實驗結果如表4 所示。

表4 注水端防垢濃度梯度優(yōu)選

由實驗數(shù)據(jù)可知，YFFZ-806 隨藥劑加注濃度的升高，防垢率也升高，加藥濃度為250 mg/L 時，防垢率超過85.00%，為88.31%；加藥濃度為300 mg/L時，防垢率超過90.00%，為92.36%。綜合成本因素建議現(xiàn)場使用濃度為250 mg/L 的YFFZ-806 防垢劑。

3 防垢劑現(xiàn)場試驗

B42 井為一口出現(xiàn)產(chǎn)量大幅下降的油井，前期研究結果表明，井筒內出現(xiàn)了較嚴重的結垢問題。2023 年9 月開展了本次現(xiàn)場試驗，采取井下加藥的方式，加藥位置在電泵吸入口之前，加注濃度為250 mg/L，加注期間持續(xù)監(jiān)測B42 井產(chǎn)液中鈣離子濃度和產(chǎn)液量變化，同時關注下游處理平臺的各級流程情況，確保下游處理平臺流程正常、穩(wěn)定運轉。

由圖4 可以看出，加藥后，B42 井產(chǎn)液中鈣離子濃度有明顯提升，可看出防垢劑效果優(yōu)異，經(jīng)計算，防垢率可穩(wěn)定達到90% 以上，可有效減緩B42 井管線結垢趨勢，推薦進行長期加注。

圖4 B42 井產(chǎn)液中鈣離子濃度變化曲線

4 結論

渤海某高溫油田注水不配伍，導致地層水與注入水均出現(xiàn)較高的碳酸鈣結垢量，為130 mg/L 左右，且混合后結垢量出現(xiàn)顯著增加，最高達到211 mg/L。因此，針對性地研發(fā)了一種耐高溫防垢劑（YFFZ-806），其評價結果表明，加藥量為250 mg/L，在130 ℃條件下，防垢率可超90%。現(xiàn)場試驗結果表明，油井井筒內加藥后，產(chǎn)液中鈣離子濃度有明顯提升，防垢率可穩(wěn)定達到90%以上，可有效減緩井筒結垢趨勢，推薦進行長期加注，并在其他類似問題井中推廣應用。