合水油田莊73區(qū)塊油井結(jié)垢認識與防治

黃耀明，劉灝亮，常建偉，孫 鐸

（1. 長慶油田第十二采油廠固城采油作業(yè)區(qū)， 甘肅 慶陽 745400； 2. 東北石油大學， 黑龍江 大慶 163318）

合水油田莊73區(qū)塊油井結(jié)垢認識與防治

黃耀明1，劉灝亮2，常建偉1，孫 鐸2

（1. 長慶油田第十二采油廠固城采油作業(yè)區(qū)， 甘肅 慶陽 745400； 2. 東北石油大學， 黑龍江 大慶 163318）

長慶油田莊73區(qū)塊長3油藏產(chǎn)液能力為873 m3/d，是合水油田最大的整裝高產(chǎn)區(qū)塊。通過分析地層礦物，對比注入水型配伍性及采油井含水高低，分析管壁、溫度等影響因素，總結(jié)出該區(qū)油井井下結(jié)垢的原因。同時，結(jié)合油田開發(fā)部分情況，淺析結(jié)垢對油井的危害，并提出一些防垢的舉措及建議。

莊73區(qū)塊；結(jié)垢；影響因素；防垢；建議

Abstract:Fluid production capacity in Chang 3 reservoir of Zhuang 73 block in Changqing Oilfield was 873 m3/d,which was the biggest high-yield block in Heshui Oilfield. By analyzing reservoir minerals, comparing compatibility of injecting water and water cut of product well, and analyzing influence factors, such as thickness and temperature,reasons of oil well scaling were summarized. Meanwhile combined with information of oilfield development, harms of scaling for oil wells were analyzed, and solutions and advices were put forward.

Key words:Zhuang 73 block; Scaling; Influence factors; Scale prevention; Advices

莊73區(qū)塊從2009年投入開發(fā)，目前采油井為467口，油井開井為465口，產(chǎn)液能力為873 m3/d，日產(chǎn)油量708 t，平均單井產(chǎn)油1.52 t/d，綜合含水為19.7%。該區(qū)塊油井平均泵掛深度為1 034 m，平均動液面為921 m，檢泵周期為937 d。莊73區(qū)塊是長慶油田固城采油作業(yè)區(qū)的主要產(chǎn)量構(gòu)成區(qū)塊之一。目前該區(qū)塊基本進入穩(wěn)產(chǎn)期，但是隨著開發(fā)時間延長，油井井下結(jié)垢情況日益突出，開發(fā)和管理難度增加。

在機械采油過程中，當管柱下入地層后，會受井下地層環(huán)境等復雜因素的影響，出現(xiàn)各種不利情況，如井下腐蝕、結(jié)垢、斷脫、應力變形、偏磨等[1]。這會導致油井輕則產(chǎn)液量降低，重則完全不出液。

莊73區(qū)塊油井結(jié)垢嚴重，且區(qū)塊面積較大，井筒治理任務繁重，結(jié)垢又使井筒管理難度加大。經(jīng)過統(tǒng)計，莊73區(qū)塊近四年內(nèi)結(jié)垢井為70口，占該區(qū)塊油井數(shù)量15%。目前結(jié)垢具體情況如下：結(jié)垢位置和對象分別是尾管以上 500 m范圍以內(nèi)的油管。而且尾管以上200 m范圍內(nèi)油管結(jié)垢比較嚴重；含水90%以上的油井全井段結(jié)垢，從井底至井口結(jié)垢程度減弱；含水20%以下結(jié)垢井含鹽量較高，在統(tǒng)計范圍內(nèi)這些結(jié)垢井的平均含鹽量為 17 323 mg/L；結(jié)垢井中基本會伴隨有結(jié)蠟、腐蝕現(xiàn)象。

1 油井結(jié)垢危害

1.1 縮短油井免修期

井筒內(nèi)油管結(jié)垢后，在舉升液體時，上下往復運動使附著在桿上的垢渣脫落，進入泵筒會形成活塞卡在泵筒中，這是結(jié)垢后卡泵的主要原因。深井泵球座結(jié)垢后，球座會因為座封不嚴而導致固定凡爾漏失。

在統(tǒng)計的70口結(jié)垢井中，活塞被垢卡住不能活動的有39口，結(jié)垢使凡爾失靈的有20口，其他結(jié)垢類型（如腐蝕拉桿、井下附件垢堵等）共計11口。

結(jié)垢致使油井生產(chǎn)狀況惡化，從而縮短檢泵周期。莊73區(qū)塊的平均檢泵周期是937 d，由于結(jié)垢的原因致使檢泵周期縮短。

據(jù)現(xiàn)場統(tǒng)計，在統(tǒng)計的 10口反復結(jié)垢井中，兩次檢泵的時間間隔平均只有 443 d，遠遠小于莊73區(qū)塊的平均檢泵周期。固68-66、固78-66、固64-60井甚至在不到一年的時間里由于結(jié)垢原因檢泵兩次。頻繁的檢泵作業(yè)不僅增加了油田的采油成本，而且對產(chǎn)量造成一定影響。

1.2 堵塞近井地帶

由于長3層的礦物種類原因，在注入水的溶蝕作用下，礦物釋放出的結(jié)垢離子與注入水的離子原位發(fā)生反應，形成難溶物，附著在巖石孔道中，使孔喉變小，油氣滲流阻力增大。而長三層原本屬于低滲透油藏，這會進一步增加驅(qū)替難度。在近井地帶，由于壓力和溫度變化波動較大，易形成垢晶；垢晶形成以后，會堵塞近井地帶，油氣流動受阻，單井產(chǎn)量下降。在莊73區(qū)塊結(jié)垢的70口井中，平均單井日產(chǎn)油1.29 t，小于整個莊73區(qū)塊的平均單井日產(chǎn)油量 1.52 t。對此，一般采取酸化增產(chǎn)的措施。固70-75在2015年10月份進行酸化，酸化之前日產(chǎn)油0.69 t，酸化之后日產(chǎn)油1.45 t，累計增油479 t，增產(chǎn)效果突出；固61-72于2015年四月份酸化，酸化之前產(chǎn)油0.27 t，酸化之后產(chǎn)油0.35 t，累計增油17 t。

1.3 腐蝕管柱

在合適的溫度、壓力下，流體中的HCO3-與Ca2+反應形成 CaCO3，與 Fe2+生成 FeCO3。而 FeCO3、CaCO3在水中溶解度小，易在金屬表面發(fā)生沉積并結(jié)垢。FeCO3和CaCO3的析出，會使系統(tǒng)中游離出H+，從而加快和加劇腐蝕。金屬上生成腐蝕產(chǎn)物后，腐蝕點與其周圍環(huán)境構(gòu)成濃差電池，形成大陰極小陽極結(jié)構(gòu)，這時腐蝕繼續(xù)向深處發(fā)展。腐蝕產(chǎn)生的 Fe2+經(jīng)過二次產(chǎn)物層不斷向外擴散，并與OH-離子形成新的二次產(chǎn)物，積累在原始二次產(chǎn)物層中，當厚度增加到一定程度時形成鼓包。隨著鼓包下面金屬腐蝕程度加深，最終形成蝕坑，發(fā)生金屬的局部腐蝕穿孔[2]。區(qū)塊部分油水井出現(xiàn)的結(jié)垢問題說明，井下結(jié)垢引起的腐蝕不可忽視。結(jié)垢腐蝕到一定程度就會造成管壁硬度和強度降低，更為嚴重者就是在井底壓力作用與流體沖刷作用下管壁穿孔，最終導致油管刺漏。

2 區(qū)塊結(jié)垢原因分析

油田垢的類型很多，基本分為難溶性鹽類的結(jié)晶物。MgCO3、CaCO3、BaCO3等均為常見油田垢種。其中，碳酸鹽垢可酸化去除，危害相對較??；硫酸鹽垢由于其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，一般方法難以去除，危害較大。油田結(jié)垢往往以混合垢形式存在，并以某種組分為主。

通過室內(nèi)實驗分析，發(fā)現(xiàn)莊 73區(qū)塊油井結(jié)垢類型以鋇鍶垢、碳酸鹽垢為主，下面對合水油田莊73區(qū)塊油井結(jié)垢原因進行分析。

2.1 儲層泥頁巖礦物成份影響

莊 73區(qū)塊主要巖石礦物有石英、長石、方解石、高嶺石、綠泥石、白云石、重晶石等，在長期地質(zhì)作用、水巖溶解反應、注入水緩慢溶解稀釋等作用下，長石類礦物含的雜質(zhì)元素（Ba2+、Ca2+、Sr2+）與方解石、白云石、重晶石礦物所含的（Ca2+、Mg2+、CO3

2-、Ba2+、SO42-），離子形式進入地層，與地層水混合并發(fā)生運移，為油井的結(jié)垢提供了物質(zhì)基礎[3]。

碳酸鹽垢是油田生產(chǎn)中最為常見的一種沉積物，常產(chǎn)生于壓力降低，溫度升高部位[4]。因此在壓力發(fā)生急劇或明顯變化的近井地帶，以及井筒中易形成碳酸鹽垢。pH值的變化也會影響碳酸鹽垢的形成。pH值降低會破壞HCO3-的電離平衡，降低流體中CO3

2-的含量，從而抑制碳酸鹽結(jié)垢。此外，高礦化度流體也會在一定程度上抑制CaCO3垢的生成與析出[5]。

在油田，硫酸鹽垢的形成主要由于兩種不配伍的流體混合導致，即油層中有大量的結(jié)垢陽離子，如Ba2+、Sr2+等，而注入流體中有大量的SO42-，從而在油層、近井地帶、井筒處生成難溶的硫酸鹽垢。

2.2 注入水型不配伍

莊73區(qū)塊的注水由莊二注、莊三注、莊七注提供，注入水為洛河層水，為Na2SO4型水。而 73區(qū)塊油層水型為 CaCl2，這導致注入水與油層水不配伍。在注入水中存在大量的而地層水中則有大量的Ca2+、Ba2+，這些離子在地層中相遇后在地層條件下反應生成難溶的 CaSO4、BaSO4、CaCO3、BaCO3。

2.3 含水、含鹽的影響

在地層條件下，地下的有機物經(jīng)過長時間的裂解、組合、反應，最后形成了以烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴為主要組分的穩(wěn)定原油。在開采過程中，原油與注入水結(jié)合，為生成 SO42-、HCO3-、CO32-等離子提供了條件[6]。

一般在采油井中，由于油水密度差的原因，井筒中的流體大致可分為三段式，從井底至井口依次是水柱段、油柱段、氣柱段。而水柱段則含有大量的成垢離子，這也是結(jié)垢通常會出現(xiàn)在管柱的下段原因之一。圖1、圖2表示了兩口井的結(jié)垢情況[7]。

圖1 固50-52井結(jié)垢情況Fig.1 Scaling for oil well Gu 50-52

由圖1可以看出，固78-66井在2014年5月結(jié)垢致使固定凡爾漏失檢泵，檢泵時含水98%，而且在2014年期間，該井平均含水為 97%，為高含水井；在2015年8月該井又因垢卡檢泵，檢泵時含水99%，在2015年期間該井平均含水為99%，為高含水井。目前該井含水為9.8%，可正常生產(chǎn)。因此含水對結(jié)垢的影響較大。

圖2 固68-64井結(jié)垢情況Fig.2 Scaling situation of oil well Gu 68-64

由圖2可知，固68-64井在2013年4月由于結(jié)垢使固定凡爾漏失，此時含水為10%，但是含鹽達到21 334 mg/L；連續(xù)生產(chǎn)390 d以后由于泵筒被垢渣堵實檢泵，此時含水為 100%，含鹽 15 672 mg/L。因此在低含水井中如果含鹽量較大的話也會結(jié)垢，具體原因如下：

處于地層條件時，體系保持平衡。此時地層溫度、壓力，流體流速都達到穩(wěn)定，不發(fā)生結(jié)垢，此時高礦化度的流體會抑制某些結(jié)垢離子的析出，增大結(jié)垢離子溶解度。但在地層孔隙至井筒再到地面的過程中，溫度、壓力、流速等產(chǎn)生變化，高礦化度的流體反而會增加結(jié)垢離子的接觸頻率而生成垢晶，并聚集、沉積于射孔段附近，以及篩管、井下附件、井筒管壁、抽油泵等部位。

2.4 溫度的影響

莊73區(qū)塊的油層溫度大約為50～60 ℃，一方面，在較高油層溫度下，溶質(zhì)中的離子獲得足夠多能量，離子動能增大，結(jié)垢離子有效碰撞概率提高，反應速度加快；另一方面，CaSO4、SrSO4、CaCO3在較高溫度下溶解度反而變小，所以這些結(jié)晶體會不斷析出成垢。此后隨流體從井底流向井口，由于地溫梯度和析出氣體的影響，流體溫度不斷下降，離子反應速度降低，結(jié)垢速率及程度減慢，故油井結(jié)垢在尾管以上200 m范圍內(nèi)較嚴重。

2.5 結(jié)蠟的影響

莊73區(qū)塊原油低凝點，低密度，含蠟量比較高。在原油采出過程中，由于壓力、溫度降低，溶解氣析出等原因，原油對蠟的溶解能力降低，蠟晶很容易析出并附著在管柱表面，為垢結(jié)晶提供結(jié)晶核心，成為垢的一部分。對于微溶鹽，晶核是其沉淀析出的必要條件。認為結(jié)蠟與結(jié)垢二者間存在相互作用。

3 莊73區(qū)塊防垢措施

針對井下管柱結(jié)垢問題，國內(nèi)外常用的技術包括采用耐腐蝕合金鋼油管桿、涂料油管桿，以延長管柱使用壽命，還有陰極保護法、磁處理防腐防垢技術等，從源頭防止結(jié)垢[8]。莊73主要采用化學防垢技術，即注入水投加阻垢劑和井下安裝防垢附件。

3.1 注入水投加阻垢劑

在注水站加入阻垢劑ZG-108隨注入水進入地層，達到阻垢防垢目的。這類阻垢劑的作用原理是：其中所含有機分子能與地層中結(jié)垢陽離子絡合形成可溶性的絡合物，使結(jié)垢不易形成。注水站投加阻垢劑ZG-108，投加濃度50 mg/L，投加方式為連續(xù)投加。圖3是莊73區(qū)塊從2012年到2016年油壓變化折線圖，莊73區(qū)塊在12年投加阻垢劑后油壓上升幅度減小。

圖3 莊73區(qū)塊歷年油壓變化Fig.3 Variation of oil pressure in Zhuang 73 block each year

3.2 井下附件防垢

一般在采油井中采用井下安裝防垢附件的方法，即安裝固體防垢器、點滴加藥裝置。

圖4 莊平29配套點滴加藥裝置的效果變化圖Fig.4 Variation of effect of intravenous drip dosing device in Zhuangping 29

固體器里面裝有防垢劑，將其安裝在抽油泵的下部，以及篩管的上部，液流通過時，防垢劑緩慢溶解并釋放出來，起到防垢作用。點滴加藥裝置是利用點滴器連續(xù)不斷地將儲藥倉內(nèi)的防垢劑定量注入到油井采出液中，使防垢劑與成垢離子發(fā)生作用,抑制垢的產(chǎn)生，最終達到防垢的目的。圖4是莊73區(qū)塊莊平29井安裝點滴加藥裝置后的效果變化圖[2,9]。

4 結(jié) 語

針對莊 73區(qū)塊油井結(jié)垢問題，結(jié)合現(xiàn)場防垢實踐經(jīng)驗，為進一步提高防垢作業(yè)效果，提高油井產(chǎn)量，提出以下幾點建議：

（1）加強對注入水的凈化，除去水中的結(jié)垢離子，如 SO42-、HCO3

-等，嚴格對注入水的水質(zhì)做到很好的把控。注水站點加藥要及時及量。嚴格執(zhí)行加藥制度，做好精細過濾器與纖維球過濾器等過濾裝置的排污與清理工作。

（2）對于反復結(jié)垢的井，應進行統(tǒng)計，加強治理，在井下安裝有效的防垢附件，或定期從油套環(huán)形空間加藥，必要時須連續(xù)加藥。

（3）采用涂料防垢管桿柱。為降低井筒管理難度，對于一些產(chǎn)油量較高的結(jié)垢井，可以采用涂層油管，改變管、桿表面性質(zhì)及粗糙度，削弱垢晶附著能力，以減緩結(jié)垢對管柱的的破壞。

（4）對于脫除注入水中的 SO42-，建議推廣應用納濾脫硫酸根技術。

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Understanding and Prevention of Oil Well Scaling in Zhuang73 Block of Heshui Oilfield

HUANG Yao-ming1,LIU Hao-liang2,CHANG Jian-wei1,SUN Duo2

（1. Changqing Oilfield Company No.12 Oil Recovery Plant Gucheng Operating Area, Gansu Qingyang 745400, China；2. Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163318，China）

TE 355

A

1671-0460（2017）09-1869-04

黑龍江省自然科學基金“火燒油層供氫催化裂解改質(zhì)稠油內(nèi)在反應機理研究”，項目號：E2015036。

2016-12-20

黃耀明（1992-），男，甘肅省平?jīng)鍪腥?，助理工程師?015年畢業(yè)于東北石油大學石油工程專業(yè)，從事采油工程方面工作。E-mail：592934817@qq.com。

劉灝亮（1993-），男，在讀碩士研究生，研究方向：提高采收率理論與技術。E-mail：2272508184@qq.com。