基于EDTA 解除電潛泵堵塞在魯邁拉油田的應(yīng)用

徐　浩，李　濛，王喻雄

(1.中國石油國際勘探開發(fā)有限公司，北京　100034；2.中海油研究總院有限責(zé)任公司，北京　100028)

魯邁拉油田是位于伊拉克南部的超級巨型油田，是世界第三大在產(chǎn)油田[1-4]。Upper Shale油藏是魯邁拉油田的主力油藏，在過去幾年中，由于北魯邁拉Upper Shale油藏枯竭式開采導(dǎo)致的油藏壓力下降，越來越多的自噴井開始停噴。

為了使這些停噴的油井盡快復(fù)產(chǎn)，油田采用了大規(guī)模安裝電潛泵(ESP)的方式。然而，在新電潛泵井投產(chǎn)后不久，許多電潛泵即在試運行期間或其后不久發(fā)現(xiàn)卡泵問題，導(dǎo)致電潛泵損壞及油井無法生產(chǎn)，造成巨大的產(chǎn)量損失。同時，在采用修井機(jī)更換掉這些損壞的電潛泵后，新更換的電潛泵仍然面臨同樣的問題，即在試運行期間或其后不久很容易卡泵而導(dǎo)致電潛泵損壞。

本文通過實驗室樣本發(fā)現(xiàn)硫酸鹽結(jié)垢是造成電泵卡泵的主要原因，進(jìn)而通過試驗篩選出EDTA是溶解該硫酸鹽結(jié)垢的最佳化學(xué)品。

通常情況下，EDTA被廣泛應(yīng)用在工業(yè)和醫(yī)療領(lǐng)域，國內(nèi)外未有將EDTA應(yīng)用在石油工業(yè)領(lǐng)域的報道，本文首次對應(yīng)用EDTA 解除電潛泵堵塞的原理、作業(yè)步驟及注意事項進(jìn)行了介紹，為將該技術(shù)應(yīng)用在其他油田解決類似問題提供了參考。

1　實驗室分析結(jié)果

為了解決電潛泵卡泵的問題，通過修井機(jī)作業(yè)將損壞的電潛泵從井下提出并送至實驗室進(jìn)行卡泵原因分析。

通過對損壞的電潛泵進(jìn)行拆解，可以觀察到在電潛泵內(nèi)部附著有大量的沉積物(圖1)。借助于掃描電子顯微鏡對電潛泵內(nèi)附著的沉積物進(jìn)行觀察，沉積物呈片狀晶體(圖2)。

圖1　損壞的電潛泵內(nèi)部附著的沉積物Fig.1　The scale in internal part of plugged ESP

對電潛泵內(nèi)部沉積物進(jìn)行取樣后，通過光譜儀進(jìn)行元素測定可以發(fā)現(xiàn)沉積物中鈣元素(Ca)與硫元素(S)的比率為1，這表明硫酸鈣(CaSO4)是沉積物的主要組分(圖3)。

圖2　掃描電子顯微鏡成像Fig.2　Scanning electron microscope result

圖3　光譜儀分析結(jié)果Fig.3　Spectrograph analysis result

2　溶解性試驗及化學(xué)品優(yōu)選

2.1　混合溶劑配方的確定及注意事項

為了確定用何種化學(xué)品可以溶解掉將從電潛泵內(nèi)部獲得的結(jié)垢樣品，進(jìn)行了混合溶劑結(jié)垢樣品溶解性試驗，試驗中所采用的4種混合溶劑的配方見表1。確定混合溶劑配方時的注意事項如下：

(1)考慮到泵入井下的化學(xué)品對電潛泵的腐蝕性，基于安全性的考慮，試驗化學(xué)品配方不能單獨采用以鹽酸(HCl)等強(qiáng)酸為主的溶劑，而應(yīng)該采用以非強(qiáng)酸性液體為主的混合溶劑。

(2)考慮到化學(xué)品對硫酸鈣(CaSO4)的溶解性以及與地層流體的配伍性，優(yōu)選出以EDTA及U106兩種化學(xué)試劑為主的、配合5%甲酸(HCOOH)為輔的4種混合溶劑配方組合來參與試驗，進(jìn)而優(yōu)選出最佳組合并進(jìn)行油井現(xiàn)場試驗。

(3)甲酸(HCOOH)是一種有機(jī)酸，它的酸性比碳酸強(qiáng)，比鹽酸弱。試驗混合溶劑配方中加入5%的甲酸既可以幫助溶解結(jié)垢樣品中的硫酸鈣(CaSO4)及其他有機(jī)雜質(zhì)，其較弱的酸性、腐蝕性又可以保證電潛泵的安全性。

(1) 灌漿材料中的塊狀渣體含量對化學(xué)灌漿固結(jié)效果影響明顯，塊狀渣體占比越高(由5%提高至10%)，其孔隙率相對增大，漿液擴(kuò)散越容易，固結(jié)強(qiáng)度越高。

(4)為了減少混合溶劑對井下管柱、電潛泵的腐蝕性，依據(jù)常規(guī)井下作業(yè)要求，4組混合溶劑配方中均加入了1%阻蝕劑。

表1　混合溶劑配方Table 1　Mixed solvent recipes

2.2　試驗結(jié)果及化學(xué)品優(yōu)選

表2是4種混合試劑配方溶解性試驗的結(jié)果，從試驗結(jié)果中可以看出：

(1)以EDTA(乙二胺四乙酸)及U106化學(xué)試劑為主的4組配方均能較好地溶解試驗樣品。

(2)加入甲酸后的混合溶劑配方(配方1、配方2)較單獨采用EDTA或U106溶劑的配方(配方3、配方4)對樣品的溶解性要高。

(3)以EDTA為主的配方組合(配方1、配方3)較以U106為主的配方組合(配方2、配方4)對樣品的溶解性要稍高。

根據(jù)試驗結(jié)果，考慮到U106化學(xué)試劑較高的價格及EDTA化學(xué)試劑價格便宜、容易獲得的特點，經(jīng)過化學(xué)試劑優(yōu)選后，決定以配方1來進(jìn)行井下現(xiàn)場試驗。

表2　樣品溶解試驗結(jié)果Table 2　Samples dissolution experiment results

3　作業(yè)步驟及注意事項

3.1　作業(yè)井井況

R-XXX井是北魯邁拉油田Upper Shale油藏的一口生產(chǎn)井，該井停噴后于2017年安裝了新電潛泵后恢復(fù)生產(chǎn)，初始日產(chǎn)油275 t/d。 但該井在新電潛泵試運行期間即發(fā)生了電潛泵卡泵現(xiàn)象，多次嘗試重啟電潛泵均無效。 因此，決定嘗試按照表1中的配方1泵入EDTA混合溶劑至該井電潛泵內(nèi)部來溶解堵塞電潛泵的沉積物，其后再嘗試重啟電潛泵恢復(fù)油井生產(chǎn)。混合溶劑配方及用量見表3。

表3　混合溶劑配方及用量Table 3　 Mixed solvent recipe and volume

3.2　作業(yè)步驟

(1)將所需設(shè)備運至井場。

(2)依照表3內(nèi)混合溶劑配方及用量準(zhǔn)備953.88 L的混合溶劑用以沖洗電潛泵。

(3)保持環(huán)空打開，向井筒內(nèi)泵入2750.35 L比重為1.15的鹽水作為前置液來沖洗電潛泵內(nèi)部，將液體反排至井場地面廢液池內(nèi)。

(4)泵入953.88 L的混合溶劑，之后泵入12750.20 L比重為1.01的鹽水作為后置液。

(5)等待24 h以便混合溶劑在電潛泵內(nèi)部與沉積物進(jìn)行反應(yīng)并使井下電潛泵兩端的壓力平衡。

(6)嘗試重啟電潛泵并將油井產(chǎn)出的液體反排至井場地面廢液池內(nèi)。

(7)如重啟電潛泵成功，則繼續(xù)觀察地面反排液體，直至所有的混合溶劑都反排到了地面廢液池內(nèi)，此后待電潛泵運行穩(wěn)定后將油井導(dǎo)入至地面脫氣站進(jìn)行生產(chǎn)。

3.3　作業(yè)注意事項

(1)作業(yè)時選用比重為1.15的重鹽水作為前置液，其目的是用重鹽水將電泵以下至人工井底的井內(nèi)流體替換并返排至地面廢液池內(nèi)，同時用重鹽水作為屏障，防止其后泵入的混合溶劑流入儲層內(nèi)進(jìn)而對儲藏產(chǎn)生傷害。

(2)泵入前置液的容量需要根據(jù)井內(nèi)電泵安裝深度、人工井底深度、生產(chǎn)套管尺寸等參數(shù)計算得出，前置液的體積用量等于電泵安裝位置以下至人工井底的空間體積。

( 3)泵入混合溶劑和后置液的體積之和應(yīng)等于井口至電潛泵吸入口之間的空間體積，這樣可以使泵入的液體均滯留在油管和電潛泵內(nèi)部，避免泵入的混合溶劑從電潛泵以下流入到環(huán)空中進(jìn)而對電潛泵外側(cè)的電纜造成腐蝕。

(4)泵入前置液、混合溶劑、后置液時需要控制泵入壓力，泵入壓力應(yīng)根據(jù)電潛泵的特性曲線來確定，且泵入壓力應(yīng)在電潛泵特性曲線確定的作業(yè)壓力范圍內(nèi)，以免過高的泵入壓力對電潛泵造成損壞。

(5)如作業(yè)完成后電潛泵未能重啟，則應(yīng)再重復(fù)作業(yè)一次，嘗試再次用EDTA混合溶劑溶解電潛泵內(nèi)部的沉積物。魯邁拉油田的作業(yè)經(jīng)驗表明，大部分第一次作業(yè)未能重啟的電潛泵在第二次作業(yè)后均能成功重啟。

(6)如電泵在兩次作業(yè)后仍未能重啟，則需要后續(xù)采用修井機(jī)作業(yè)更換損壞的電潛泵。

4　效果分析與討論

R-XXX井的作業(yè)時間為1天，在作業(yè)之前，該井因電潛泵卡泵而關(guān)停，采用EDTA混合溶劑作業(yè)后，該井的電潛泵得以成功重啟，使得該井恢復(fù)了生產(chǎn)。根據(jù)從R-XXX井獲得的成功作業(yè)經(jīng)驗，其后又對魯邁拉油田許多出現(xiàn)類似卡泵情況的電潛泵井進(jìn)行了EDTA混合溶劑溶解沉積物作業(yè)，成功率達(dá)到95%(表4)。該作業(yè)方案的成功應(yīng)用，說明使用EDTA混合溶劑對因硫酸鈣沉積導(dǎo)致卡泵的電潛泵井進(jìn)行沖洗是一種經(jīng)濟(jì)有效的作業(yè)方案，該方案省去了卡泵后等待修井機(jī)作業(yè)更換電潛泵的時間，減少了產(chǎn)量損失，同時相對于傳統(tǒng)修井機(jī)作業(yè)更換電潛泵節(jié)約了作業(yè)費用。

表4　作業(yè)結(jié)果統(tǒng)計Table 4　Operation result statistics

通過實驗室測試，可以明確是硫酸鈣沉積物造成了電潛泵的卡泵現(xiàn)象。在井筒中，主要有兩種硫酸鈣的來源，其一是在安裝新電潛泵的修井作業(yè)期間，硫酸鈣可能來自修井機(jī)作業(yè)中所使用的含有高硫酸鹽組分的鹽水，這通過對鹽水樣品采樣后經(jīng)實驗室檢測得以驗證。硫酸鈣的第二個主要來源是儲層產(chǎn)出水，儲層產(chǎn)出水主要是天然地層水和來自附近注水井的注入水的混合物。

為了弄清硫酸鹽的來源，在其后的修井機(jī)作業(yè)中將含有高硫酸鹽組分的鹽水替換為硫酸鹽組分很低的鹽水，但發(fā)現(xiàn)新安裝的電潛泵仍然會出現(xiàn)經(jīng)?？ū玫膯栴}。這說明硫酸鈣的主要來源是來自儲層的產(chǎn)出水，而不是來自修井機(jī)安裝新電潛泵時所使用的鹽水。

此外，在電潛泵中形成硫酸鈣沉積可能的原因是當(dāng)電潛泵在運行時，電潛泵馬達(dá)附近的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于井筒內(nèi)電潛泵周圍流體的溫度，而電潛泵馬達(dá)附近的高溫、高壓環(huán)境導(dǎo)致了地層流體中的硫酸鈣開始沉積在電潛泵的吸入口附近，日積月累最終導(dǎo)致電潛泵出現(xiàn)卡泵現(xiàn)象。此外，在魯邁拉油田還觀察到安裝在低產(chǎn)液量井中的電潛泵比安裝在高產(chǎn)液量井中的電潛泵更容易發(fā)生卡泵的現(xiàn)象，這可以解釋為在低產(chǎn)液量的井筒中，通過電潛泵的流體速度較低，電潛泵馬達(dá)的高溫可以使流經(jīng)電潛泵的流體溫度高于其在高產(chǎn)液量井筒中的溫度，更高的溫度使得安裝在低產(chǎn)液量井中的電潛泵更容易產(chǎn)生硫酸鈣的沉積現(xiàn)象，進(jìn)而造成電潛泵的卡泵。

5　結(jié)論

(1)使用EDTA混合溶劑對因硫酸鈣沉積導(dǎo)致卡泵的電潛泵井進(jìn)行沖洗是一種經(jīng)濟(jì)有效的作業(yè)方案，該方案省去了卡泵后等待修井機(jī)作業(yè)更換電潛泵的時間，減少了產(chǎn)量損失，同時相對于傳統(tǒng)修井機(jī)作業(yè)更換電潛泵節(jié)約了作業(yè)費用。

(2)通過實驗室測試，可以明確是硫酸鈣沉積物造成了電潛泵的卡泵現(xiàn)象。硫酸鈣的主要來源是儲層產(chǎn)出水，而不是來自修井機(jī)安裝新電潛泵時所使用的鹽水。

(3)在電潛泵中形成硫酸鈣沉積物可能的原因是當(dāng)電潛泵在運行時，電潛泵馬達(dá)附近的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于井筒內(nèi)電潛泵周圍流體的溫度，而電潛泵馬達(dá)附近的高溫、高壓環(huán)境導(dǎo)致了地層流體中的硫酸鈣開始沉積在電潛泵的吸入口附近，日積月累最終導(dǎo)致電潛泵出現(xiàn)卡泵現(xiàn)象。