三元復(fù)合驅(qū)采出井結(jié)垢規(guī)律與防治對(duì)策研究

曾憲濤

（大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠，黑龍江大慶163513）

弱堿復(fù)合驅(qū)試驗(yàn)中，由于注入體系中存在NaCO3，水解后形成CO2-3,導(dǎo)致體系呈弱堿性，與地層巖石礦物，如高嶺石、長(zhǎng)石、蒙脫石、石英等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，溶解它們所含的鈣、鎂等成份，并生成CaCO3、MgCO3等沉淀、結(jié)垢。當(dāng)含有沉淀的流體被持續(xù)采出時(shí)，溫度、壓力、pH改變，垢將在舉升系統(tǒng)和設(shè)備上沉積，嚴(yán)重時(shí)垢卡抽油泵，直接影響油田生產(chǎn)，對(duì)復(fù)合驅(qū)技術(shù)開(kāi)展造成不利影響。以往研究表明，ASP驅(qū)結(jié)垢問(wèn)題與離子質(zhì)量濃度和溶蝕-沉積等因素相關(guān)[1-2]；利用有機(jī)酸和無(wú)機(jī)酸可以較好地解決抽油機(jī)和螺桿泵井除垢問(wèn)題[3-4]；FHE復(fù)合防垢劑和Cr3+聚合物凝膠的除垢技術(shù)均有助于除垢[5-7]，以酸洗為主的除垢技術(shù)在油田應(yīng)用廣泛[4-10]，也取得了較好的清垢措施。但酸洗或利用以上研究提及的其他化學(xué)除垢劑除垢成本較高，一般僅在抽油泵垢卡后檢泵處理時(shí)采用，具有一定局限性。本研究通過(guò)離子變化規(guī)律預(yù)測(cè)油井是否結(jié)垢，使清防垢工作更具針對(duì)性；對(duì)預(yù)測(cè)的結(jié)垢井采用以物理清防垢為主化學(xué)清防垢為輔的治理措施，可有效解決化學(xué)清防垢成本問(wèn)題，且施工更加簡(jiǎn)單易行，具有較重要意義。

本研究以X12區(qū)復(fù)合驅(qū)工業(yè)性現(xiàn)場(chǎng)為例：X12區(qū)ASP驅(qū)位于X12區(qū)塊杏12-2-丙35井區(qū)，西部與杏十區(qū)葡Ⅰ3層短井距聚驅(qū)相鄰，東部以32#斷層為邊界，試驗(yàn)區(qū)占地 0.70 km2，儲(chǔ)量 110.23×104t，地下孔隙215.49×104m3，有效滲透率320 mD。試驗(yàn)區(qū)井網(wǎng)應(yīng)用5點(diǎn)法布置，注采井距120 m，注入井21口，采出井33口。目的層為葡Ⅰ3層，單井井均鉆遇砂巖15.16 m，有效厚度11.84 m。

1 結(jié)垢規(guī)律

1.1 結(jié)垢類(lèi)型測(cè)試

現(xiàn)場(chǎng)采取垢樣化驗(yàn)成分，垢樣主要成分為碳酸鹽，垢樣含碳酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)（碳酸鈣、碳酸鎂、碳酸鋇）78.57%、硅酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)（以二氧化硅計(jì)）0、有機(jī)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)（原油、微生物）17.66%（見(jiàn)表1、圖 1）。

表1 垢樣成分Table 1 Scale component %

圖1 垢樣樣本Fig.1 Scale sample

1.2 結(jié)垢機(jī)理分析

X12區(qū)ASP驅(qū)三元主段塞主要含堿、表活劑及聚合物。注入后，溶液中的Na2CO3與地層水中的礦物離子（Ca2++Mg2++Ba2+）反應(yīng)，產(chǎn)生垢沉淀[4-8]。區(qū)塊地層水中平均礦物離子質(zhì)量濃度情況見(jiàn)表2。

表2 地層水礦物離子成分Table 2 Mineral ion composition table of formation water mg/L

在弱堿ASP驅(qū)采出井中,最常見(jiàn)的垢是CaCO3、MgCO3、BaCO3等碳酸鹽。

1.3 結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)

繪制pH、CO23-和Ca2++Mg2++Ba2+質(zhì)量濃度隨注入PV數(shù)變化曲線（見(jiàn)圖2）。根據(jù)圖2中Ca2++Mg2++Ba2+質(zhì)量濃度的降低情況，并結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證的結(jié)果確定是否結(jié)垢。

圖2 pH、CO23-和Ca2++Mg2++Ba2+質(zhì)量濃度隨PV的變化Fig.2 Variation of PH,carbonate concentration and calcium,magnesium and barium ion concentration with PV

由圖2可知，隨三元體系注入，pH、CO23-質(zhì)量濃度逐漸上升；而Ca2++Mg2++Ba2+變化呈“升-穩(wěn)-降”的Ω曲線形狀。由圖2（c）可知，注入PV數(shù)為0.23～0.24后,Ca2++Mg2++Ba2+質(zhì)量濃度不斷下降，且基本分為兩個(gè)階段：第一階段79～73 mg/L,降幅7.6%；第二階段73～67 mg/L,降幅8.2%，整個(gè)一、二階段79～67 mg/L,降幅15.2%，說(shuō)明開(kāi)始結(jié)垢且結(jié)垢不斷加劇。結(jié)垢開(kāi)始時(shí)對(duì)應(yīng)的pH為8.3，CO23-和Ca2++Mg2++Ba2+質(zhì)量濃度為142、79 mg/L。據(jù)調(diào)查，該區(qū)油井施工現(xiàn)場(chǎng)最早發(fā)現(xiàn)結(jié)垢井時(shí)間為2017年1月前后，其對(duì)應(yīng)的注入PV數(shù)為0.25，與上述結(jié)論基本一致。綜上，X12區(qū)ASP驅(qū)結(jié)垢有如下特征：發(fā)生在注入量0.23 PV左右；發(fā)生在CO23-質(zhì)量濃度超過(guò)140 mg/L以上；發(fā)生在pH8.3以上；自Ca2++Mg2++Ba2+Ω型質(zhì)量濃度線的右上角開(kāi)始，主要特點(diǎn)為：Ca2++Mg2++Ba2+質(zhì)量濃度降低，降幅0～15%。

因此，在區(qū)塊注入量達(dá)0.23 PV后，以pH為橫坐標(biāo)，以Ca2++Mg2++Ba2+質(zhì)量濃度降幅為縱坐標(biāo)繪制“ASP驅(qū)結(jié)垢判別圖版”（見(jiàn)圖3），可作為結(jié)垢預(yù)測(cè)依據(jù)。圖3主要包含：

（a）緩結(jié)垢區(qū)：pH≥8.3,Ca2++Mg2++Ba2+質(zhì)量濃度降幅＜15%，該區(qū)域內(nèi)開(kāi)始結(jié)垢，結(jié)垢速度逐漸加快，垢量增多，應(yīng)采取適當(dāng)清防垢措施。

（b）速結(jié)垢區(qū)：pH≥8.3,Ca2++Mg2++Ba2+質(zhì)量濃度降幅≥15%；該區(qū)域內(nèi)結(jié)垢快，垢量多，是結(jié)垢卡泵的高危區(qū)，必須采取相應(yīng)清防垢措施。

（c）未結(jié)垢區(qū)：pH＜8.3,Ca2++Mg2++Ba2+質(zhì)量濃度降幅＜15%；該區(qū)域內(nèi)基本不成垢。

（d）待落實(shí)區(qū)：pH＜8.3,Ca2++Mg2++Ba2+質(zhì)量濃度降幅≥15%；該區(qū)域內(nèi)Ca2++Mg2++Ba2+質(zhì)量濃度降低幅度較大，宜進(jìn)一步核實(shí)降低原因。

圖3 弱堿ASP驅(qū)結(jié)垢判別圖版Fig.3 Discrimination chart of weak alkali ASP flooding scale

2 防治技術(shù)

結(jié)合圖3，應(yīng)用成熟工藝，減少結(jié)垢對(duì)復(fù)合驅(qū)生產(chǎn)的影響。如，下入敞口式防垢卡泵；采用預(yù)結(jié)垢工藝管柱；見(jiàn)垢井安裝點(diǎn)滴加藥設(shè)備。

實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)單井在圖版中所處分區(qū)，對(duì)其采用相應(yīng)技術(shù)對(duì)所有實(shí)驗(yàn)區(qū)井利用油井作業(yè)或新井投產(chǎn)時(shí)下入敞口式防垢卡泵；重點(diǎn)關(guān)注緩結(jié)垢區(qū)和速結(jié)垢區(qū)井，對(duì)于緩結(jié)垢區(qū)井除下入敞口式防垢卡泵外，對(duì)其安裝點(diǎn)滴加藥設(shè)備，抑制或減輕結(jié)垢；對(duì)于速結(jié)垢區(qū)井，除安裝防垢卡泵和安裝點(diǎn)滴加藥設(shè)備外，另安裝預(yù)結(jié)垢工藝管柱，促進(jìn)垢在泵下尾管處提前沉積，減少進(jìn)泵垢量，防止卡泵。

2.1 應(yīng)用敞口式防垢卡泵

統(tǒng)計(jì)油田復(fù)合驅(qū)T區(qū)塊2015—2016年采出井檢泵原因，100口抽油機(jī)檢泵井中有58口井是垢卡原因（見(jiàn)圖4）。

圖4 檢泵原因分類(lèi)Fig.4 Classification diagram of pump inspection reasons

從垢卡井情況來(lái)看，現(xiàn)有聚驅(qū)泵抽舉升工藝仍需要進(jìn)一步提高和完善。因此，對(duì)處于X12區(qū)ASP驅(qū)結(jié)垢期的采出井主動(dòng)防垢，隨檢泵下入敞口式防垢卡抽油泵（見(jiàn)圖5），延長(zhǎng)檢泵周期。敞口式防垢泵的泵筒上端設(shè)計(jì)成變徑敞口，使柱塞能穩(wěn)定的進(jìn)入泵筒。上沖程末期柱塞從泵筒脫出，液體回流沖洗泵筒中的垢，防止積垢卡泵。

圖5 敞口式防垢泵結(jié)構(gòu)Fig.5 Structure of open scale antifouling pump

目前累計(jì)下入26臺(tái)，生產(chǎn)正常，平均泵效44.96%。最早下入防垢泵的X井已正常生產(chǎn)410 d，泵示功圖正常（見(jiàn)圖6），適應(yīng)性好，滿足需要?！拔锢砦綖橹鳌⒒瘜W(xué)防垢為輔”的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)井下定點(diǎn)結(jié)垢的目的。圖7主要工藝特點(diǎn)是：

①物理吸附段：采取38 mm外徑短接與78 mm外徑油管串聯(lián)組合方式，通過(guò)變徑改變采出液的流速，形成液體紊流，促進(jìn)結(jié)垢與增大垢掛壁比例的目的。為提高應(yīng)用效果，可多段組合串聯(lián)。

②化學(xué)防垢段：防垢段主要為井下攜帶工具內(nèi)置固化防垢藥劑，藥劑為有機(jī)磷類(lèi)，分散絡(luò)合碳酸鹽垢，利于攜帶采出[9-10]。

③泵桿自由段：泵、桿、管、扶正器配合使用。

圖6 X井敞口式防垢泵示功圖Fig.6 Indicator diagram of open type anti scaling pump for X well

圖7 預(yù)結(jié)垢工藝管柱Fig.7 Tube column of pre scaling proces

2.2 采用預(yù)結(jié)垢工藝管柱

將采出井管柱結(jié)構(gòu)由下到上細(xì)化為物理吸附段、化學(xué)防垢段及泵桿自由段3部分（見(jiàn)圖7），按照

現(xiàn)場(chǎng)共計(jì)應(yīng)用預(yù)結(jié)垢工藝管柱6井次，應(yīng)用前后采出液Ca2+、Mg2+等離子質(zhì)量濃度進(jìn)一步降低，說(shuō)明該工藝管柱起到了較好的預(yù)結(jié)垢作用（見(jiàn)表3）。

表3 試驗(yàn)井情況Table 3 Statistics data of test production well

2.3 安裝點(diǎn)滴加藥設(shè)備

通過(guò)化驗(yàn)采出液離子質(zhì)量濃度，根據(jù)圖3對(duì)進(jìn)入緩結(jié)垢區(qū)和速結(jié)垢區(qū)的井預(yù)判，并在井口安裝點(diǎn)滴加藥裝置，抑制和減緩結(jié)垢。

技術(shù)原理：在采出井井口安裝防垢加藥裝置，裝置集藥物儲(chǔ)存、泵入、控制系統(tǒng)一體設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖8）。運(yùn)行時(shí)，向采出井油套環(huán)空泵入預(yù)配溶液，泵入周期及工作時(shí)間可設(shè)定，預(yù)配溶液主劑為有機(jī)膦酸鹽類(lèi)XSJ-01，在水溶液中解離成H+和酸根負(fù)離子，離解后的負(fù)離子以及分子中的氮原子與金屬離子生成穩(wěn)定的絡(luò)合物，從而防止了碳酸鹽垢的析出，起到防垢作用[11-12]。

圖8 井口加藥裝置Fig.8 Wellhead dosing device diagram

應(yīng)用中，不同結(jié)垢采出井采取不同的加藥質(zhì)量濃度，對(duì)緩結(jié)垢區(qū)井加藥150 mg/L，速結(jié)垢區(qū)井加藥200 mg/L。實(shí)際安裝18口井，平均免檢期達(dá)409 d（見(jiàn)表 4）。

綜上，十二區(qū)弱堿ASP驅(qū)共應(yīng)用清防垢技術(shù)31口井，措施井分為單項(xiàng)、兩項(xiàng)和三項(xiàng)綜合措施，檢泵周期369 d（見(jiàn)圖9），而未措施井檢泵周期202 d，相比增加167 d。從井下到地面，形成了一套較完善的清防垢方法。

圖9 十二區(qū)弱堿ASP驅(qū)31口措施井應(yīng)用效果Fig.9 Application drawing of 31 measures wells in X-12 weak base ASP zone

3 結(jié) 論

（1）X12區(qū)弱堿三元復(fù)合驅(qū)垢質(zhì)成分主要以碳酸垢為主，占垢樣總質(zhì)量的78%以上。

（2）隨三元體系注入，CO23-、pH逐漸上升，而Ca2++Mg2++Ba2+質(zhì)量濃度變化呈“升-穩(wěn)-降”的Ω曲線形狀。

（3）結(jié)垢主要發(fā)生在三元體系注入量0.23 PV左右、CO23-質(zhì)量濃度超過(guò)140 mg/L以上、pH8.3以上,自Ca2++Mg2++Ba2+的Ω型質(zhì)量濃度線右上角開(kāi)始，降幅0～15%，逐漸加快。

（4）通過(guò)采出端下入敞口式防垢卡泵，采用預(yù)結(jié)垢工藝管柱、見(jiàn)垢井安裝點(diǎn)滴加藥裝置的措施，平均檢泵周期延長(zhǎng)167 d。

（5）每項(xiàng)清防垢技術(shù)均有利于油井的現(xiàn)場(chǎng)防垢，三項(xiàng)措施復(fù)合應(yīng)用井檢泵周期最長(zhǎng)，礦場(chǎng)應(yīng)用效果明顯，具有推廣價(jià)值。

表4 點(diǎn)滴加藥質(zhì)量濃度和藥量表Table 4 Concentration and charge list of drop dosing