錦州9-3油田井下管柱結(jié)垢原因分析

方培林，高永華，甄寶生

（1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300451；2.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300451）

酸化是海上油田地層解堵的重要手段，垢樣組成分析是除垢清洗或地層酸化解堵前的首要工作。氟硼酸體系即土酸體系是砂巖基質(zhì)酸化最常用的酸液體系[1]，但同時存在酸巖反應(yīng)速度快、有效作用時間短、近井帶過度溶蝕等問題，且酸化過程中產(chǎn)生的氟硅酸、硅鋁酸、氟化鈣沉淀，硅膠薄膜擴(kuò)散及沉淀，會堵塞孔吼對儲層造成嚴(yán)重的二次傷害[2]。

通過JZ9-3-W5-6井氟硼酸酸化后垢樣分析，發(fā)現(xiàn)氟硼酸酸化后若不及時返排，將產(chǎn)生大量含氟元素的二次沉淀。

1 JZ9-3-W5-6井酸化情況簡況

JZ9-3-W5-6是W平臺的一口油井，于1999年10月29日投產(chǎn)。2015年1月重新防砂，射孔層位為東二下段Ⅰ、Ⅱ油組，有效厚度17.3 m，油藏中深1 713.75 m，油層溫度56.59℃，基準(zhǔn)面處地層壓力14 MPa，防砂方式為篩管礫石充填防砂。2015年6月9日采用氟硼酸籠統(tǒng)酸化，作業(yè)后產(chǎn)狀未改善，隨后液量生產(chǎn)維持在50 m3/d左右。2017年4月5日采用有機(jī)酸進(jìn)行酸化解堵作業(yè)，在進(jìn)行第二段酸化作業(yè)排液時電流瞬間上升至70 A，懷疑泵卡，嘗試正反洗、柴油浸泡、擠破膠劑、解堵藥劑浸泡、低頻解卡等措施均不能恢復(fù)。檢泵作業(yè)起出管柱，帶孔管以下至頂封以上油管外壁發(fā)現(xiàn)大量垢樣。

分析2015年酸化作業(yè)井史，JZ9-3-W5-6井在2015年5月進(jìn)行過酸化，酸化工作液及配方（見表1）。

2 地層水結(jié)垢趨勢預(yù)測

通過地層水分析結(jié)果進(jìn)行結(jié)垢趨勢預(yù)測（見表2），常用預(yù)測碳酸鈣結(jié)垢趨勢的方法為飽和指數(shù)（SI）法[3]。

飽和指數(shù)：SI=pH-（K+pCa+pAlk）

式中：pH－水的實際pH值；K－常數(shù)，為水溫與離子強(qiáng)度的函數(shù)，可由離子強(qiáng)度和水溫的關(guān)系曲線求得；pCa－鈣離子濃度的負(fù)對數(shù)，pCa=-lg[Ca2+]，其濃度單位為 mol/L；pAlk－總堿度濃度的負(fù)對數(shù)，pAlk=-lg[CO32－+HCO3-]，其濃度單位為mol/L；SI<0表示水中碳酸鈣未飽和，不結(jié)垢；SI>0表示結(jié)垢；SI=0表示穩(wěn)定。

通過計算發(fā)現(xiàn)，隨著井底溫度的升高，結(jié)垢趨勢先降后升，在井底結(jié)垢趨勢達(dá)到最強(qiáng)（SI=1.54），井底結(jié)垢可能較嚴(yán)重（見圖1）。

表1 JZ9-3-W5-6井酸化液及配方表

表2 JZ9-3-W5-6井地層水分析結(jié)果

圖1 JZ9-3-W5-6井結(jié)垢趨勢預(yù)測圖

3 垢樣成分分析

3.1 垢樣溶解實驗

取少量垢樣烘干，發(fā)現(xiàn)垢樣較硬，含油較少，有較多蜂窩狀溶蝕孔，孔洞呈圓形、橢圓形及不規(guī)則狀，垢樣外觀（見圖2）。

圖2 JZ9-3-W5-6井油管垢樣外觀圖

使用濃度10%鹽酸溶解，發(fā)現(xiàn)垢樣基本不溶，無氣泡產(chǎn)生，垢樣形態(tài)未發(fā)生變化，垢樣不含鹽酸可溶的碳酸鹽?？锥葱纬稍颍}鎂垢等酸可溶部分被溶蝕同時產(chǎn)生氣體形成的。

3.2 垢樣成分檢測

采用德國蔡司Zeiss EVO MA15掃描電鏡進(jìn)行垢樣形態(tài)及元素含量分析。通過掃描電鏡（SEM）判斷垢樣形態(tài)，對不同形態(tài)樣品進(jìn)行分類。通常與X射線能譜儀（EDS）配合使用用來對材料微區(qū)成分元素種類與含量進(jìn)行分析[4]。各種元素具有自己的X射線特征波長，特征波長的大小則取決于能級躍遷過程中釋放出的特征能量ΔE，能譜儀就是利用不同元素X射線光子特征能量不同這一特點(diǎn)來進(jìn)行成分分析的[5，6]。

3.2.1 掃描電鏡（SEM）垢樣微觀形態(tài)分析 垢樣形態(tài)分析如下：

（1）一般在低倍下觀察顆粒全貌、孔隙發(fā)育及連通情況。放大17倍（見圖3），可發(fā)現(xiàn)垢樣表面很多蜂窩狀孔洞，推測為鈣鎂垢等碳酸鹽被溶蝕同時產(chǎn)生氣體形成的。

圖4 JZ9-3-W5-6井掃描電鏡垢樣不同位置微觀圖

（2）通過垢樣放大80倍（見圖4），觀察垢樣表面的微觀形態(tài)。發(fā)現(xiàn)顆粒表面有明顯的溶蝕現(xiàn)象，同時發(fā)現(xiàn)垢樣主要有2種形態(tài)。分別為多面體塊狀物（見圖5）與鱗片疊片狀堆積物（見圖6）。

（3）多面體塊狀物（見圖5）具有四角三八面結(jié)構(gòu)，與石英六方雙錐體結(jié)構(gòu)相似，推測為次生石英。

（4）鱗片疊片狀堆積物（見圖6）不同于原生綠泥石及伊利石黏土礦物特征，排列緊湊整齊，復(fù)合二次沉淀析出特征，推測為次生硅鋁酸鹽黏土礦物。

3.2.2 X射線能譜（EDS）分析 在放大80倍區(qū)域內(nèi)選擇不同形態(tài)的垢樣進(jìn)行元素分析。對塊狀與鱗片狀兩種形態(tài)垢樣分別取3個點(diǎn)，共6個點(diǎn)，塊狀物分別標(biāo)記 Spot1，2，5。鱗片羽毛狀堆積物標(biāo)記為 Spot3，4，6，取點(diǎn)情況（見圖7）。

不同取樣點(diǎn)能譜儀檢測元素含量結(jié)果匯總（見表3）。

表3 掃描電鏡元素分析

從表3可以看出樣品Spot1～6元素差異不大，平均含氟量在 40%，Ca，Mg 元素含量較低，Na，K，Al，F(xiàn)e元素總含量接近50%。

圖5 JZ9-3-W5-6井掃描電鏡垢樣不同位置微觀圖

圖6 JZ9-3-W5-6井掃描電鏡垢樣不同位置微觀圖

圖7 JZ9-3-W5-6井掃描電鏡垢樣6個測樣點(diǎn)

圖8 樣品Spot1能譜元素定量分析

氫氟酸、氟硼酸處理地層時，在解堵的同時，副作用很大，特別是砂巖礦物與氫氟酸或氟硼酸體系的反應(yīng)產(chǎn)物往往會對地層造成新的傷害，產(chǎn)生的沉積物主要有不溶性氟化物、氟硅酸鹽、氟鋁酸鹽及硅膠等[7]。本次垢樣取得時間距最近1次酸化不足1個月，垢樣中鈣鎂元素較低，分析原因為：2017年有機(jī)酸酸化將鈣鎂垢溶出，剩余殘渣為2015年氟硼酸酸化產(chǎn)生的不溶性氟化物。在有機(jī)酸化后，管壁垢樣松散并被剝離，隨產(chǎn)液帶入電泵，導(dǎo)致了本次排酸過程中的泵卡事故。

4 結(jié)果與討論

（1）通過JZ9-3-W5-6井地層水分析，在井下溫度壓力下，地層水有較強(qiáng)的結(jié)垢趨勢，可能的結(jié)垢產(chǎn)物為鈣鎂垢。

（2）通過酸溶，掃面電鏡，能譜分析，發(fā)現(xiàn)井下垢樣不含鈣鎂垢，可能原因是最近的一次有機(jī)酸酸化將鈣鎂垢溶出。

（3）元素分析結(jié)果顯示垢樣含有大量的氟元素，最高達(dá)44.72%，結(jié)垢產(chǎn)生原因可能為氟硼酸酸化后未及時返排，在井下溫度壓力下產(chǎn)生的二次沉淀，在井筒沉積，影響后期解堵效果及后期生產(chǎn)。

（4）針對氟硼酸酸化后形成的二次沉淀，使用鹽酸、有機(jī)酸均不能解除。因此使用氟硼酸酸化后一定及時返排，避免形成二次沉淀再次堵塞地層或井筒。

參考文獻(xiàn)：

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