三元復(fù)合驅(qū)采油井套管化學(xué)除垢技術(shù)

王鴻萍

（大慶油田第一采油廠第四油礦 黑龍江大慶 163000）

三元復(fù)合驅(qū)采油井套管化學(xué)除垢技術(shù)

王鴻萍

（大慶油田第一采油廠第四油礦 黑龍江大慶 163000）

三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)能夠提高油田采收率，但由于驅(qū)替液中堿的作用，造成了采出井套管結(jié)垢，影響采出井正常生產(chǎn)，增產(chǎn)措施無(wú)法執(zhí)行。針對(duì)結(jié)垢問(wèn)題，大慶油田某采油廠Y區(qū)塊通過(guò)開(kāi)展采出井套管化學(xué)除垢技術(shù)研究，確定適合的套管除垢技術(shù)措施，保證增產(chǎn)措施的實(shí)施，提高三元復(fù)合驅(qū)采收效果。

三元復(fù)合驅(qū)；套管；采出井；化學(xué)除垢

1 引言

由于油田三元復(fù)合驅(qū)試驗(yàn)區(qū)塊的油層礦物成分主要是砂巖并含少量的粘土礦物，試驗(yàn)區(qū)塊注入的堿為強(qiáng)堿NaOH，NaOH與地層巖石礦物在一定條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。溶解了巖層中的硅、鋁化合物，堿溶解出來(lái)的硅離子以硅酸根的形式存在，當(dāng)pH值發(fā)生變化時(shí)生成大量硅酸，在堿性條件下分子內(nèi)通過(guò)縮合形成多聚硅酸，多聚硅酸進(jìn)一步縮合成硅酸凝膠，由于溫度、摩擦力等作用，凝膠脫水生成脫水凝膠（即硅膠），繼續(xù)脫水最終生成無(wú)定型二氧化硅，晶體逐漸增大，最終生成堅(jiān)硬的晶體二氧化硅，附著在碳酸鹽垢表面，形成混合垢。

2 套管結(jié)垢井特征研究

大慶油田某采油廠Y區(qū)塊通過(guò)油井檢泵、套管井徑測(cè)試和打印鉛模等手段找出套管結(jié)垢特征，通過(guò)垢樣化驗(yàn)了解垢質(zhì)成份變化，經(jīng)過(guò)分析得出垢的成因。

2.1 結(jié)垢部位

通過(guò)跟蹤現(xiàn)場(chǎng)情況發(fā)現(xiàn)采出液流經(jīng)的部位均存在一定程度的結(jié)垢現(xiàn)象，不僅桿管泵等井下工具存在結(jié)垢現(xiàn)象，套管結(jié)垢現(xiàn)象更為嚴(yán)重。在井徑測(cè)試過(guò)程中，有15口井測(cè)試時(shí)遇阻，測(cè)得最小通徑在Φ70mm以下。同時(shí)，井徑測(cè)試結(jié)果顯示套管內(nèi)壁從射孔井段到井口，結(jié)垢程度逐漸減輕，自下而上，垢中硅酸鹽含量減少，碳酸鹽含量增加。

表1 1#井垢質(zhì)分析

表2 2#井套管垢樣檢測(cè)數(shù)據(jù)

圖1 井下結(jié)垢情況示意圖

圖2 井徑測(cè)試曲線(xiàn)

2.2 垢質(zhì)成分

跟蹤垢樣化驗(yàn)情況，初期以碳酸鹽垢為主，隨著采出液pH值上升，進(jìn)入結(jié)垢中后期，碳酸鹽垢含量逐漸減少，硅酸鹽垢含量逐漸上升。

表3 1#區(qū)塊垢樣分析結(jié)果

圖3 不同垢質(zhì)成分垢樣

3 化學(xué)除垢劑研究

3.1 除垢劑配方研制

除垢劑體為I型溶垢劑，室內(nèi)通過(guò)除垢劑溶垢實(shí)驗(yàn)，以溶垢度為指標(biāo)，對(duì)I型溶垢劑中各組分的濃度和配比進(jìn)行優(yōu)化。

實(shí)驗(yàn)方法：①分別配制50ml各組份含量不同的I型溶垢劑和II型溶垢劑；②用分析天平稱(chēng)取垢樣，放入裝有溶垢劑的試劑瓶中，準(zhǔn)確記錄溶解前垢樣的質(zhì)量m1；③將恒溫水浴的溫度設(shè)置在45℃，將試劑瓶封好后放入恒溫水浴中，48h后觀察垢樣的溶解效果，并將未溶解的垢樣取出，放入烘干箱中烘干，冷卻至室溫后用分析天平準(zhǔn)確稱(chēng)取未溶解垢樣的質(zhì)量m2，計(jì)算溶垢度。

式中：溶垢度—單位g/50ml；

m1—溶解前垢樣的質(zhì)量，g；

m2—溶解后剩余垢樣的質(zhì)量，g；

V—溶垢劑體積，50ml。

I型溶垢劑由螯合劑、助溶劑、復(fù)合酸和堿性調(diào)節(jié)劑組成。

實(shí)驗(yàn)對(duì)螯合劑、助溶劑、復(fù)合酸和堿性調(diào)節(jié)劑的濃度及配比進(jìn)行優(yōu)化，確定I型溶垢劑的配方。

3.2 不同濃度螯合劑對(duì)溶垢效果的影響

螯合劑主要是通過(guò)螯合增溶作用和包絡(luò)作用達(dá)到溶垢的目的。螯合作用是至少兩種或兩種以上的原子或基團(tuán)與金屬離子形成配位鍵，生成環(huán)狀化合物。螯合劑可和無(wú)機(jī)鹽垢中陽(yáng)離子反應(yīng)生成可溶性絡(luò)合物和螯合物，使無(wú)機(jī)鹽垢在水中溶解度增加。螯合劑不僅具有絡(luò)合作用，一些螯合劑還具有分子結(jié)構(gòu)內(nèi)部的包絡(luò)作用，以達(dá)到溶垢的目的。

分別配制濃度為5%、10%、12%、15%、20%的螯合劑溶液放入試劑瓶中，加入垢樣，放入恒溫水浴中，溫度控制在45℃。48h后將垢樣取出，放入烘干箱中烘干，冷卻至室溫后，觀察溶垢效果，計(jì)算螯合劑的溶垢度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示。

表4 螯合劑濃度對(duì)溶垢效果的影響

由表4的結(jié)果可知，I型溶垢劑中螯合劑的濃度可以確定在10%-12%之間，繼續(xù)增加螯合劑濃度對(duì)垢樣的溶解效果沒(méi)有的變化。

3.3 不同濃度助溶劑對(duì)溶垢效果的影響

助溶劑是含有胺基和羧基的螯合劑，可與金屬離子起螯合反應(yīng)，具有溶垢的作用，被廣泛應(yīng)用于以Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+鹽為主要成分的難溶垢的化學(xué)處理。

在濃度為12%的螯合劑溶液中分別加入不同濃度的助溶劑，配制成混合溶液，加入垢樣，在45℃恒溫水浴中浸泡，48h后將垢樣取出，放入烘干箱中烘干，冷卻至室溫后，觀察溶垢效果并計(jì)算溶垢度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示。

表5 助溶劑的濃度對(duì)溶垢效果的影響

由表5可知，助溶劑與螯合劑復(fù)配后溶垢效果增強(qiáng)。隨著助溶劑濃度的增加，溶垢度呈現(xiàn)先上升后逐漸趨于平緩的趨勢(shì)。當(dāng)助溶劑濃度為0.8%時(shí)，溶垢效果最好，48h以?xún)?nèi)溶垢度達(dá)到3.6g/50ml。因此，I型溶垢劑中助溶劑的濃度確定為0.8%。

3.4 溶垢率檢測(cè)試驗(yàn)

室內(nèi)用分析天平等質(zhì)量稱(chēng)取四種不同部位的垢樣各30g，分別放入裝有100ml溶垢液體系的4個(gè)試劑瓶中，用分析天平準(zhǔn)確稱(chēng)取溶解前垢樣的質(zhì)量，記錄反應(yīng)時(shí)間，觀察反應(yīng)現(xiàn)象，反應(yīng)結(jié)束后稱(chēng)取未溶解垢樣的質(zhì)量，計(jì)算溶垢度。

表6 3#井垢樣檢測(cè)數(shù)據(jù)

從反應(yīng)結(jié)果來(lái)看，該溶垢體系能夠在48小時(shí)內(nèi)將垢樣全部溶解。

氯代正丁烷為無(wú)色液體，分析純，沸點(diǎn)78.4℃，相對(duì)密度0.8875g/mL，不溶于水，能與醇、醚等互溶，分子式C4H9Cl，相對(duì)分子質(zhì)量92.5g/mol。

4 套管化學(xué)除垢工藝研究

根據(jù)井徑測(cè)試情況，將處理部位確定為泵以上50m，射孔底界以下15m油套環(huán)空間，施工時(shí)將光油管下到射孔井段以下15m處，利用泵車(chē)將除垢劑從油套環(huán)形空間注入，用清水頂替到目的井段，根據(jù)室內(nèi)溶垢實(shí)驗(yàn)，考慮井下環(huán)境因素，將反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)至72小時(shí)。

套管結(jié)垢井段頂界（按照歷次施工的最淺下泵深度以上50m或井徑測(cè)試已知的開(kāi)始結(jié)垢點(diǎn)以上50m計(jì)算）至射孔井段以下15m的油套環(huán)空充滿(mǎn)溶垢液，并附加10%的損耗，可按照下列公式來(lái)計(jì)算。

4.1 套管結(jié)垢井段油套環(huán)空的溶垢液需要量

D—套管內(nèi)徑，m

d—油管外徑，m

H0—?dú)v次施工的最淺下泵深度，m

H—射孔井段底深，m

4.2 混配藥劑

按照確定的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用溶垢液濃度、溶垢液總量計(jì)算出施工所需溶垢液原液用量，并提前作好準(zhǔn)備。施工時(shí)，由作業(yè)施工隊(duì)伍的水罐車(chē)裝上稀釋用的清水到作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施藥劑混配。

4.3 注藥劑管柱

針對(duì)套管內(nèi)徑＞95mm的結(jié)垢井，采用Ф62mm單級(jí)注入管柱；針對(duì)套管內(nèi)徑在60mm～95mm之間的結(jié)垢井，采用Ф62mm+Ф38mm兩級(jí)管柱組合。

單級(jí)管柱

圖4 化學(xué)除垢工藝管柱示意圖

4.4主要施工步驟

起出原井管柱；下入光油管沖砂；在井口安裝好合適量程的油壓和套壓表，連接好洗井管線(xiàn)，對(duì)井口和油、套閘門(mén)試壓，試壓15MPa，井口各部件不滲漏，各個(gè)閘門(mén)開(kāi)、關(guān)靈活好用；用水溫70℃以上熱水反洗井，水量24m3，返出的井液進(jìn)干線(xiàn)；將I型和II型溶垢液分兩批次從套管潛入到油套環(huán)形空間目的層段，各反應(yīng)72小時(shí)后，用水泥泵車(chē)反潛入70℃熱水48m3（或達(dá)到出口井液取樣無(wú)明顯垢質(zhì)，并測(cè)試無(wú)酸性或堿性），排量15m3/h，出口進(jìn)水罐車(chē)，將污水回收處理；再下入刮垢（套管刮削器）工具，清除套管的殘余垢質(zhì)；刮垢至井底后，用熱水將井筒沖洗干凈。

5 結(jié)論

（1）強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)井結(jié)垢主要是由于驅(qū)替液中的堿對(duì)地層的溶蝕作用，引起成垢離子析出，在環(huán)境變化時(shí)，生成垢質(zhì)。

（2）隨著三元復(fù)合驅(qū)工業(yè)化應(yīng)用規(guī)模的不斷擴(kuò)大，套管結(jié)垢井越來(lái)越多，套管內(nèi)徑通暢是采出井增產(chǎn)措施實(shí)施和持續(xù)生產(chǎn)的前提，因此套管除垢技術(shù)顯得尤為重要。采用化學(xué)除垢方式能夠恢復(fù)套管內(nèi)徑。

（3）化學(xué)除垢工藝能夠清除套管內(nèi)壁的垢，但是還需要輔助與之相適應(yīng)的機(jī)械刮垢工藝，進(jìn)一步提高除垢效果。

[1]陳健斌．大慶油田三元復(fù)合驅(qū)結(jié)垢機(jī)理及防垢劑的研究[D]．北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京），2013：29-30．

[2]朱義吾，趙作滋，巨全義等．油田開(kāi)發(fā)中的結(jié)垢機(jī)理及其防治技術(shù)[M]．西安：陜西科技出版社，1995：95-101．

[3]侯吉瑞，劉中春，張淑芬等．堿對(duì)聚丙烯酞胺的分子形態(tài)及其流變性的影響[J]．物理化學(xué)學(xué)報(bào)，2003，19（3）：256-259．