濱南油田注水井解堵除垢體系研究

趙俊橋

(中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司，山東東營257000)

1 概述

濱927區(qū)塊是一個中低滲透、中低黏度的復(fù)雜斷塊油藏。在開發(fā)過程中存在的一個突出問題就是水井欠注嚴重，30%注水井達不到配注，日欠注956 m3。由于欠注，造成區(qū)塊油井供液不足，穩(wěn)產(chǎn)基礎(chǔ)變差，給油田的生產(chǎn)帶來了很大的損失。目前的主要增注措施是酸化解堵和高壓水射流，但是從現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果來看，處理有效期短，效果不佳，達不到增注的目的［1］。

本文通過室內(nèi)試驗，對濱南注入水的水質(zhì)和垢樣進行了全面分析，找出造成堵塞原因。針對原因，制定解堵除垢方法。在此基礎(chǔ)上優(yōu)選出溶垢率高、溶垢速率快的除垢劑，同時還優(yōu)選、添加緩蝕劑和阻垢劑，達到除垢、防垢一體化，進而增加解堵除垢體系的有效期。本研究對探索完善解堵、增注、除垢工藝技術(shù)有現(xiàn)實意義。

2 結(jié)垢類型分析及注水井結(jié)垢堵塞機理研究

首先選擇了濱927區(qū)塊具有代表性的三口井，對其注入水水樣進行了離子分析。分析結(jié)果如下:

表1 注入水離子分析Table 1 Ion analysis of injected water mg/L

由分析結(jié)果看出，能產(chǎn)生沉淀的陽離子主要是鈣離子。

由PTB預(yù)測公式來計算CaCO3的最大結(jié)垢量［2］。最大結(jié)垢量指的是在產(chǎn)出水中離子在井口條件下達到平衡時單位體積內(nèi)所能產(chǎn)生的結(jié)垢數(shù)量。

PTB=17500 ×［G －(X2+4 ×10K－pH)1/2］

式中:PTB為結(jié)構(gòu)指數(shù)

當PTB＜0時無垢;當0＜PTB＜100時產(chǎn)生很少的垢;當100＜PTB＜260時產(chǎn)生的垢較多且比較硬;當PTB＞260時，產(chǎn)生嚴重的垢。

利用結(jié)垢公式預(yù)測軟件，分別計算了這三口井水樣的結(jié)垢趨勢，濱104-2、35-9、濱5-13結(jié)垢指數(shù)分別為:297，338，324。

從計算結(jié)果來看，三口井水質(zhì)都是結(jié)垢嚴重的水質(zhì)。

同時采用X射線的衍射分析，對注水井不同的垢樣進行了分析［3］。分析結(jié)果見表2。

表2 垢樣組分分析Table 2 Analysis of fouling samples %

由表2可以看出，垢的組分主要是方解石，鈣鎂垢是主要的垢類。與水質(zhì)分析結(jié)果相吻合。

針對不同結(jié)垢部位的垢樣分析結(jié)果可以看出，對于104-2井來說，各個部位均存在著石英。油管外壁的垢質(zhì)中石英最少。石英、鉀長石、斜長石都是典型的粘土礦物和地層砂，這些物質(zhì)的存在說明該水井套管有一定的破損現(xiàn)象。

油管外壁和油管上部均存在大量的含鎂方解石。由于注入水屬于嚴重結(jié)垢水質(zhì)，因此，注入水在水井中形成了嚴重的結(jié)垢現(xiàn)象。

鐵類垢質(zhì)主要是由于腐蝕引起的，針鐵礦和磁鐵礦的出現(xiàn)說明注入水中仍然存在著溶解氧。菱鐵礦的出現(xiàn)，說明水質(zhì)存在一定的電化學(xué)腐蝕，腐蝕后的鐵離子進入水中，與碳酸氫根作用形成了菱鐵礦。35-9井中還存在著硫鐵礦，硫鐵礦是細菌或者硫化氫氣體腐蝕的產(chǎn)物，在注水井中出現(xiàn)，主要是細菌引起的。濱5-13的兩種不同的垢樣中均存在腐蝕產(chǎn)物。

綜上所述，造成堵塞的主要問題是，注入水的水質(zhì)引起的碳酸鈣結(jié)垢和腐蝕造成的結(jié)垢堵塞。

3 解堵除垢體系研究

針對碳酸鹽類和腐蝕鐵類垢質(zhì)，優(yōu)選出溶垢能力高的除垢劑，達到提高注入能力的目的;同時為了鞏固解堵除垢的效果，延長除垢周期，優(yōu)選、添加緩蝕劑和阻垢劑，達到除垢、防垢一體化，進而增加有效期。

3.1 除垢劑的優(yōu)選

除垢劑的優(yōu)選主要依據(jù)兩個方面的指標進行優(yōu)選:溶垢能力、腐蝕速度。通過試驗對所選定的6種阻垢劑進行試驗，試驗結(jié)果如下:

表3 不同除垢劑的性能評價Table 3 Performance evaluation of different disincrustant

溶垢能力決定了最終的除垢劑使用量，而腐蝕速率決定了除垢劑對管柱的傷害程度，綜合起來考慮，選用2號除垢劑配方。

利用上述方法，并應(yīng)用所選擇的2號除垢劑配方，測定了兩組垢樣的溶解量隨時間的變化情況。

圖1 不同垢樣的溶解速率ig．1 Dissolution rate of different fouling samples

由上面6個圖可以看出:

(1)溶解開始時很快，4 h以后，溶解速率基本為零，可以認為反應(yīng)已經(jīng)完畢。

(2)每50 mL除垢劑可以反應(yīng)掉3g左右的垢

(3)盡管垢的組成成分是不同的，除了反應(yīng)的初始速率有所降低外，最終反應(yīng)量變化不大。

由垢樣分析可知，有些垢樣中存在著不溶垢(主要是石英)。由于石英本身沒有黏結(jié)性，所以在碳酸鈣垢清洗以后，采用快速返排的辦法可以將其快速清除。

從上面的溶垢試驗可以看出，不同的垢樣其溶蝕率是不同的，與垢樣的組分關(guān)系緊密。從上面的溶垢試驗計算出各類垢的溶垢率。

表4 溶垢率Table 4 Scale sample dissolution rate %

由表可以看出，對于不同的井，溶垢率是不同的，但溶垢率幾乎都在80%以上。現(xiàn)場選井時，應(yīng)當通過垢樣的分析和溶垢率的試驗來進行選擇。

3．2 緩蝕劑和阻垢劑的優(yōu)選［4，5］

選出6種阻垢劑，在85℃條件下測定防碳酸鈣垢的防垢率，實驗結(jié)果如下表所示:

表5 阻垢劑的優(yōu)選Table 5 Optimization of scale inhibitor %

由實驗結(jié)果可以看出，針對碳酸鈣垢，B阻垢劑的阻垢率最高，可以作為解堵除垢體配方首選。

選出6種緩蝕劑在85℃條件下測定N80鋼片的緩蝕率，實驗結(jié)果如表6所示:

表6 緩蝕劑的優(yōu)選Table 6 Optimization of corrosion inhibitors

由實驗結(jié)果，優(yōu)選出緩蝕性能好的緩蝕劑a，作為解堵除垢體系配方。

并通過實驗對優(yōu)選出的2號除垢劑配方，與優(yōu)選出的緩蝕劑a和阻垢劑B進行配伍性實驗，其配伍性良好。

3.3 除垢解堵體系的巖心流動試驗

用本除垢解堵體系對濱南油田區(qū)塊欠注井長巖心進行了酸化流動模擬實驗。實驗結(jié)果見表7－8。

表7 巖心實驗用液Table 7 Liquid of core experiments

表8 巖心實驗結(jié)果Table 8 Core experimental results

由表7－8可知，第一段巖心，用活性水測得穩(wěn)定的基準滲透率K為29.52×10－3μm2，注入解堵液后，K上升且上升的幅度較大。第二段巖心滲透率在主體液處理后巖心滲透率也有明顯的升高。表中K4為頂替液滲透率;K1為前置液滲透率。

由巖心實驗結(jié)果可以看出，此除垢解堵體系，對巖心有良好的提高滲透率的作用，而且對巖心還具有保護作用，達到預(yù)期的效果。

4 結(jié)論和認識

通過對濱南結(jié)垢欠注井解堵除垢技術(shù)的室內(nèi)研究，對濱南注水井的結(jié)垢原因、結(jié)垢類型形成了較為完整的認識，在此基礎(chǔ)上優(yōu)選了溶垢率高、溶垢速率快的除垢體系，主要的結(jié)論和認識如下:

(1)找到了造成濱927區(qū)塊堵塞的主要原因:由于水質(zhì)不達標，造成嚴重的碳酸類結(jié)垢和腐蝕類結(jié)垢堵塞。

(2)針對堵塞原因，優(yōu)選解堵除垢體系配方，研究確定解堵除垢工藝，達到除垢、防垢一體化，增加解堵除垢體系的有效周期。

(3)經(jīng)室內(nèi)模擬實驗對體系進行評價，確定其解堵除垢效果良好，而且不傷害巖芯。

［1］ 姜毅，楊海恩，董小煥，等．油井管內(nèi)腐蝕及防護［J］.石油化工腐蝕與防護，2007，24(2):20-22.

［2］ 李章亞．油氣田腐蝕防護手冊［M］．北京:石油工業(yè)出版社，1999:68-69．

［3］ 熊六一.采油井除垢解堵增油增注新技術(shù)［J］.清洗世界，2003，19(12):24-27.

［4］ 中國石油天然氣總公司.SY/T5405—1996酸化緩蝕劑性能試驗方法及評價指標［S］北京:石油工業(yè)出版社，1996.

［5］ 中國石油天然氣總公司.SY/T5673—93油田用防垢劑性能評定方法［S］.北京:石油工業(yè)出版社，1993.