大港油田鹵水壓井液結垢問題治理研究

尤秋彥 宋曉莉 薛子鈺 廖興松 樊松林

1. 中國石油大港油田公司石油工程研究院油層保護中心, 天津 300131; 2. 中海油天津化工研究設計院有限公司, 天津 300131; 3. 山東大學海洋學院, 山東 威海 264209

0 前言

近年來隨著油田注水工程的開展,油層壓力呈現(xiàn)恢復乃至上升的良好趨勢,所以修井作業(yè)對中密度壓井液的需求也在逐步增加[1-3]。油田上常用的壓井液為甲酸鹽體系或者鹵水體系,其中甲酸鹽體系性能優(yōu)良但成本太高,而鹵水廉價易得,因此應用較廣。目前油田常用的鹵水體系壓井液主要為鹽鹵和鈣鹵兩種,但其礦化度高,直接使用時會形成質地堅硬、附著牢固、難以清除的垢層,對生產(chǎn)造成諸多不便：地層結垢會堵塞近井地帶的液流通道,造成油井產(chǎn)液量降低;井筒結垢會造成卡泵,堵死篩管,增加生產(chǎn)作業(yè)的躺井時間和停產(chǎn)次數(shù);此外垢層還會引發(fā)金屬局部腐蝕，嚴重時可使管線、設備穿孔,造成破壞性事故;更甚者,鹵水進入地層與地層流體發(fā)生乳化作用,對中低滲透層造成水鎖傷害,直接導致地層產(chǎn)量下降。為避免傳統(tǒng)鹵水體系高礦化度造成的損害,對鹵水體系進行改性,制備既廉價又可避免帶來二次傷害的改性鹵水壓井液成為當今研究的熱點[4-8]。

根據(jù)大港油田的地層特點篩選了三種新型無磷阻垢劑,對鹵水壓井液進行改性,通過對成垢離子螯合分散和抑制晶格畸變的作用,改變垢的結晶型態(tài),促使其溶解,來實現(xiàn)阻垢的目的[9-12]。改性后的鹵水不僅能夠阻止或減少鹵水結垢并提高鹵水進入地層后的返排[13-14]能力,而且對各大站地層水及回注水均取得不結垢或降低結垢程度，不形成硬垢或推遲結垢時間的效果。

1 實驗部分

1.1 研究思路與目的

以大港油田的典型地層水為研究對象,用阻垢劑對不同水樣及其在鈣鹵、鹽鹵中的阻垢性能進行綜合評價,通過實驗模擬地層溫度,觀察不同時間的結垢情況和鈣離子保留率指標,研究出合適的阻垢配方并對鹵水進行改性,達到改性后的鹵水不結垢或降低結垢程度、不形成硬垢或推遲結垢時間的目的,解決了鹵水壓井液結垢堵塞地層的問題。

1.2 實驗材料

試驗材料:阻垢劑WJ-1、TJ-302、TS-6,十二烷基硫酸鈉,具塞比色管,EDTA標準溶液,鹽酸溶液,滴定管。

鹽鹵水:成分為Na2SO4、CaCl2及NaCl、MgCl2等,密度為1.21～1.26 g/cm3。

鈣鹵水:成分為CaCl2及少量CaSO4、MgCl2、NaCl等。中密度1.30～1.36 g/cm3,高密度可至1.46 g/cm3。

實驗水樣:取自大港油田各大站的地層水,見表1。

表1 大港油田地層水分析表

1.3 實驗方法

1.3.1 地層水阻垢性能試驗

取一定量的地層水加入阻垢劑,封閉情況下置于90 ℃水浴中,恒溫一段時間后,取出放置至室溫目測觀察比色管中的結垢情況,再取上層清液,用EDTA標準滴定法測定游離鈣含量,計算出鈣保留率。

鈣保留率T%,按式(1)計算:

(1)

式中:V1為滴定上層清液消耗的EDTA標準滴定溶液體積,mL;V0為滴定地層水樣消耗的EDTA標準滴定溶液體積,mL。

1.3.2 地層水鹵水混合液阻垢性能試驗

取一定量的鹵水置于比色管中,加入一定量的阻垢劑和地層水,搖晃使其充分溶解,再將比色管放于90 ℃水浴中,恒溫一段時間后,取出放置至室溫目測觀察比色管中的結垢情況,隨后過濾出鈣垢,用去離子水洗滌濾出的垢及比色管壁上殘留的垢,用鹽酸將垢樣全部溶解,收集起來用EDTA標準液測定鈣垢的質量。

2 實驗結果

2.1 阻垢劑對地層水的阻垢效果

用WJ-1、TJ-302、TS-6三種阻垢劑,分別以王徐莊、小集及王官屯三個油田的地層水各50 mL為樣本進行阻垢實驗,考察此三種阻垢劑對不同水質地層水的阻垢性能。

表2為王徐莊、小集及王官屯油田地層水阻垢評價表。由表2可知,王徐莊地層水為NaHCO3型,HCO3為 6 000 mg/L左右,90 ℃下,WJ-1的加入對王徐莊地層水阻垢效果不明顯,TJ-302在短時間內(nèi)有一定的阻垢效果,但是超過48 h就有垢生成,而TS-6對王徐莊地層水有明顯的阻垢效果。小集地層水為CaCl2型,礦化度為 34 660 mg/L,TS-6對其阻垢效果不佳,TS-302加入小集地層水后在短時間內(nèi)有絮狀漂浮,隨著時間的延長,漂浮物減少。WJ-1效果比前兩者略好。針對小集地層水,WJ-1/TJ-302復配后效果較好,藥劑配比在 4∶1 時能達到阻垢要求。王官屯地層水為CaCl2、NaHCO3混合型,在90 ℃條件下很快會沉淀,單一阻垢劑無法達到阻垢要求,復配效果比較好,當WJ-1、TJ-302、TS-6配比為4∶1∶3時效果最佳。

2.2 阻垢劑對鈣鹵水阻垢效果

將WJ-1、TJ-302、TS-6三種阻垢劑分別加入密度為1.30 g/cm3的鈣鹵中,加藥量為100 mg/L,混合均勻后再與濃度為 3 000、5 000、7 000 mg/L的NaHCO3溶液以1∶1比例混合,在90 ℃水浴中加熱,考察其阻垢效果,見表3。

表2 王徐莊、小集及王官屯油田地層水阻垢評價表

表3 阻垢劑在鈣鹵中對的阻垢影響表

表4 WJ-1在高密度鈣鹵中對阻垢分析表

2.3 阻垢劑對鹽鹵阻垢性能研究

表5 WJ-1對鹽鹵阻垢分析表

2.4 改性壓井液對回注水的應用

將WJ-1、TJ-302、TS-6與鹵水壓井液復配,制備改性鹵水壓井液。改性鈣鹵壓井液:鈣鹵+1%～3%WJ-1+0.2%十二烷基硫酸鈉。改性鹽鹵壓井液:鹽鹵+1%～3%WJ-1+1%～3%TS-6+0.2%十二烷基硫酸鈉。對上述配方進行各項指標測試,結果見表6。

由表6可知,改性鹵水壓井液可使鈣保留率達到≥90.0%,滲透率恢復率達89%,達到了預期研究的目的。

由于各大站回注水需注入地層,回注水中含有多種成垢因素,因此需要進一步考察改性鹵水與各大站回注水的反應效果?，F(xiàn)場取馬西、板大站、西一聯(lián)、西二聯(lián)、東二污回注水,按改性鹵水∶回注水=1∶1的配比進行實驗,見表7。

實驗結果表明,短時間內(nèi)鹽鹵與各大站回注水不產(chǎn)生沉淀,但在長時間加熱條件下會有垢產(chǎn)生。改性后的鈣鹵與各大站水樣反應阻垢效果明顯。阻垢效果見圖1。

表6 改性鹵水壓井液理化指標表

表7 改性鹵水與部分大站回注水阻垢試驗表

圖1 表7中各個配方下的阻垢效果圖Fig.1 Scale inhibition effect of each formula in Table 7

未改性的鹽鹵或鈣鹵與各站回注水混合,常溫下均不結垢,但在90 ℃下會產(chǎn)生不同程度結垢,西一聯(lián)、板大站較嚴重，東二污、馬西、西二聯(lián)輕微結垢。然而鹵水改性后，與各站水混合，在90 ℃加熱的條件下除個別有少量絮狀物生成外均無硬垢生成。

3 結論

采用三種阻垢劑WJ-1、TJ-302、TS-6對中高密度的鹽鹵及鈣鹵進行改性。WJ-1可阻止 5 000 mg/L NaHCO3水樣在鈣鹵中結垢,同時可以阻止 3 000 mg/L NaHCO3水樣在鹽鹵中結垢。WJ-1與TS-6配伍后能阻止300 mg/L Na2SO4在鈣鹵中結垢。采用改性后的鹵水對各大站水樣進行阻垢實驗,其鈣保留率≥90.0%,滲透率恢復率可達89%。結果表明改性后的鹵水能夠達到不結垢或降低結垢程度、不形成硬垢或推遲結垢時間的效果,解決了鈣鹵在高鹽高堿地層結垢的問題。