致密砂巖氣井鹽結(jié)晶抑制劑研究與應(yīng)用

摘" " 要：針對DJ1-7氣井在實際生產(chǎn)中，由于溫度、壓力和氣流速度的因素下易使排出液中鹽達到飽和甚至過飽和的問題，從水樣離子組成、Davis-Stiff飽和指數(shù)法結(jié)垢趨勢預(yù)測、垢樣分析確定結(jié)垢主要類型為氯化鈉垢，考察不同鹽結(jié)晶抑制劑種類、用量以及溫度對鹽結(jié)晶形態(tài)、結(jié)晶抑制率、溶解度的影響，并對優(yōu)選出的鹽結(jié)晶抑制劑進行現(xiàn)場試驗與應(yīng)用。實驗評價結(jié)果表明：鹽結(jié)晶抑制劑的添加使得氯化鈉晶體變得疏松；在幾種抑制劑中，鹽結(jié)晶抑制劑HEDP對于氯化鈉的溶解度增加程度最大，當(dāng)加注質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時，氯化鈉溶解度提高7.6%；當(dāng)HEDP的加注質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥0.30%時，飽和氯化鈉溶液溫度降低至10 ℃時沒有晶體析出，結(jié)晶抑制率達到100%?，F(xiàn)場試驗與應(yīng)用效果表明：通過添加鹽結(jié)晶抑制劑HEDP可以明顯延緩結(jié)晶速率，將氣井結(jié)鹽處理7～10 d延長至兩個月左右。

關(guān)" 鍵" 詞：致密砂巖氣井； 氣井結(jié)鹽； 結(jié)晶抑制劑； 高礦化度鹽水； 化學(xué)防鹽

中圖分類號：TE377文獻標(biāo)識碼： A" " "文章編號： 1004-0935（2025）01-0176-04

對于有些地層水礦化度較高的氣井，在實際開發(fā)過程中，由于井筒溫度和壓力降低、氣體流動等使得地層和井筒中往往有鹽結(jié)晶析出[1]，而鹽垢又會對生產(chǎn)氣井的管道設(shè)備造成堵塞和卡泵，從而造成檢泵或者大修，增加額外的工作量；同時鹽結(jié)晶可能會堵塞油氣層，使近井地帶的滲透率降低，更甚者會導(dǎo)致氣井的報廢[2-4]。例如，阿爾及利亞438B區(qū)塊油氣田，在投產(chǎn)的14口井中，因為鹽結(jié)晶使其中9口井而報廢；中原油田文23氣田地層水礦化度達到250000～300000 mg·L-1，現(xiàn)在在投產(chǎn)的55口井中，23口氣井鹽結(jié)晶嚴(yán)重，占比高達42%[5]。

大吉區(qū)塊（大寧－吉縣）是中石油煤層氣分公司致密砂巖氣主力生產(chǎn)區(qū)，部分氣井地層水礦化度高，且有些氣井管線堵塞處理后7～10 d又會出現(xiàn)鹽結(jié)晶堵塞現(xiàn)象，氣井鹽結(jié)晶堵塞已經(jīng)成為一個影響該地區(qū)致密砂巖氣井正常生產(chǎn)的嚴(yán)重問題[6]。氣井結(jié)鹽的處理方法主要有機械除鹽、摻水清防鹽、熱洗清防鹽和化學(xué)清防鹽，考慮大吉區(qū)塊致密氣井主要分布在山區(qū)，交通運輸不便以及普遍缺水，因而化學(xué)清防鹽技術(shù)比較適合。該技術(shù)主要是向氣井中進行連續(xù)或者定期地添加鹽結(jié)晶抑制劑，來達到除鹽垢的效果。鹽結(jié)晶抑制劑防鹽機理：一是增加氯化鈉的溶解度，使鹽更加不容易結(jié)晶析出形成鹽垢；二是改變鹽的晶體形狀，在鹽結(jié)晶抑制劑的作用下，析出的晶體比較疏松、強度較低、呈樹枝狀、不易附著在其他物體上，便于清除，從而大大緩解氣井鹽結(jié)晶和其他事故的發(fā)生[7-9]?；瘜W(xué)清防鹽技術(shù)在各個國家都有運用且較為普遍，但由于每個油氣田的特征不一樣，又對配方進行保密，因而鹽結(jié)晶抑制劑便需要根據(jù)油氣田特征進行選擇和應(yīng)用。本研究通過室內(nèi)實驗優(yōu)選出適宜于大吉區(qū)塊氣井條件的鹽結(jié)晶抑制劑，并通過一定的施工工藝進行一口井現(xiàn)場應(yīng)用測試，以期為大吉區(qū)塊致密砂巖氣井結(jié)鹽治理提供了思路和依據(jù)。

1" 實驗部分

1.1" 實驗材料與設(shè)備

藥品：氯化鈉、亞鐵氰化鉀、乙二胺四亞甲基膦酸（EDTMP）、聚天冬氨酸（PASP）、葡萄糖酸鈉、2-磷酸基-1，2，4-三羧酸丁烷（PBTCA）、水解聚馬來酸酐（HPMA）、亞氨基二琥珀酸（IDS）、羥基乙叉二膦酸（HEDP）、聚（2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸）（PAMPS）等，均為工業(yè)品。地層水樣品：DJ1-7井；結(jié)鹽樣品：DJ1-7井地面管線中堵塞物。

儀器：DF-101S型數(shù)顯恒溫箱（上海精宏實驗設(shè)備有限公司）、EJER型電熱鼓風(fēng)干燥箱（杭州億捷科技有限公司）、FA1004電子天平（上海舜宇恒平科技儀器有限公司）、R-S型恒溫磁力攪拌器（鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司）、AXSD8 ADVANCE型X線衍射儀（XRD）（德國）。

1.2 研究內(nèi)容和方法

1）地層水成分分析。根據(jù)SY/T5523—2016油田水分析方法[10]對DJ1-7氣井的地層水進行離子成分分析。

2）Davis-Stiff飽和指數(shù)法結(jié)垢趨勢預(yù)測[11]。利用該預(yù)測方法對地層水進行不同溫度下的結(jié)垢預(yù)測。

3）垢樣分析。對DJ1-7井地面管線中鹽垢樣品進行XRD射線衍射分析，研究垢樣的物相成分并與氣井地層水結(jié)垢預(yù)測模型結(jié)果進行對比。

4）鹽結(jié)晶抑制劑性能評價與優(yōu)選。①實驗采用常壓恒溫飽和氯化鈉。首先稱取100 mL蒸餾水，加入已稱量的抑制劑，在一定溫度下依次加入氯化鈉直至飽和，置于干燥箱中加熱蒸發(fā)，一定時間后，有大量晶體析出，觀察晶體形狀，測定不同鹽結(jié)晶抑制劑下的飽和溶解度與晶體形狀。②將一定溫度下加有鹽結(jié)晶抑制劑的飽和氯化鈉溶液逐步降溫，觀察晶體析出情況，測定不同鹽結(jié)晶抑制劑對飽和氯化鈉溶液的抑制析出率。從而根據(jù)不同抑制劑對氯化鈉溶解度、晶體形狀、結(jié)晶抑制析出率的影響，選擇抑制效果優(yōu)異的鹽結(jié)晶抑制劑。

5）濃度梯度實驗。將添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)鹽結(jié)晶抑制劑的氯化鈉溶液在溫度降低的條件下測其晶體析出質(zhì)量和結(jié)晶抑制率，根據(jù)下式計算結(jié)晶抑制率：

X（%）=（m1–m2）/m1×100" " " （1）

式中：X-結(jié)晶抑制率，%；

m1-未加抑制劑析出的質(zhì)量，g；

m2-加抑制劑析出的質(zhì)量，g。

2" 結(jié)果與討論

2.1" 地層水成分分析

DJ1-7井地層水成分組成如表1所示。

由表1可以看出，該地層水水型為CaCl2水型，屬于超高礦化度，由于水中含有較多的Ca2+、Na+和Cl-，在工況和作業(yè)條件發(fā)生變化的情況下，可能會形成鈣沉淀或使氯化鈉晶體析出沉積出來。

2.2" 飽和指數(shù)法預(yù)測結(jié)垢趨勢

Davis-Stiff飽和指數(shù)法表達式如下：

SI=pH-pHs=pH-K+pCa+pALK" " " " "（2）

式中：SI-飽和指數(shù)；

pH-水樣中的實際pH值；

K-常數(shù)，由離子強度與水溫關(guān)系曲線可以查得；

pCa-Ca2+濃度（mg·L-1）的負(fù)對數(shù)；

pAlK-溶液中堿度（mg·L-1）的負(fù)對數(shù)。判斷標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)SI＜0時，溶液處于不飽和狀態(tài)，不會產(chǎn)生鈣垢；當(dāng)SI=0時，溶液處于穩(wěn)定的狀態(tài)，不會析出鈣垢；當(dāng)SI＞0時，溶液便會處于過飽和狀態(tài)，有結(jié)垢的趨勢，且數(shù)值越大結(jié)垢的傾向便會越大。

在現(xiàn)場的實際生產(chǎn)中氣井地層溫度為75 ℃，地面管線溫度為15 ℃。在不同的溫度條件下可能會有不同垢樣產(chǎn)生，因而需對不同溫度下進行模擬。氣井地層水在不同模擬溫度下的結(jié)垢飽和指數(shù)如表2所示。模擬不同溫度變化結(jié)果表明，從井底至井筒、地面管線過程中，地層水不會出現(xiàn)CaCO3、CaMg（CO4）2的結(jié)垢傾向，而硫酸鈣溶液過飽和，有結(jié)垢趨勢，但飽和指數(shù)數(shù)值較小且SO42-含量在整個離子組成中占比較小，因而實際中只會少量結(jié)垢。

2.3" 垢樣分析

將DJ1-7井地面管線中堵塞物進行X射線衍射分析。根據(jù)X射線衍射分析的垢樣可知，主要物相是NaCl，對于CaCO3、CaSO4、CaMg（CO4）2而言只有極少量甚至沒有。這與Davis-Stiff飽和指數(shù)法預(yù)測的結(jié)果基本吻合，因而只需要針對NaCl的鹽析結(jié)垢現(xiàn)象進行抑制，便可以緩解甚至解決生產(chǎn)中氣井井筒和近井地層的結(jié)垢堵塞問題。

2.4" 鹽結(jié)晶抑制劑性能評價

2.4.1" 氯化鈉飽和溶解度和結(jié)晶實驗

在29 ℃的條件下，首先選取一些膦酸類化合物、表面活性劑和螯合劑進行氯化鈉溶解飽和實驗，結(jié)果如表3所示。從氯化鈉飽和溶解度而言，亞鐵氰化鉀對氯化鈉的溶解度效果在幾種抑制劑中最差，降低溶解度促進晶體的析出，其余鹽結(jié)晶抑制劑則是都有不同程度增加溶解度，其中HEDP的效果最為優(yōu)異，在加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時，氯化鈉溶解度增長曲率最大，經(jīng)濟效益最高，此時溶解度提高了7.6%。從氯化鈉晶體形狀而言，亞鐵氰化鉀對氯化鈉晶體形狀有最明顯的改變，HEDP、EDTMP、PASP、IDS、PBTCA對氯化鈉晶體形狀影響較大，葡萄糖酸鈉、PAMPS、HPMA對氯化鈉晶體形狀影響較小。從這兩方面來看，HEDP都具有較好的表現(xiàn)。

2.4.2" 鹽結(jié)晶抑制劑低溫實驗

29 ℃下將氯化鈉加入到100 mL蒸餾水中配置成飽和溶液，再加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的市售結(jié)晶抑制劑，置于恒溫箱中，逐步冷卻至10 ℃，觀察晶體析出情況，結(jié)果如表4所示。

由表4可以看出，在低溫條件下，亞鐵氰化鉀增加氯化鈉晶體的析出，其效果最差；EDTMP對于氯化鈉晶體的析出有一定的抑制效果，其余包括HEDP在內(nèi)的幾種抑制劑都可以達到100%的優(yōu)異抑制效果。

2.5" 濃度梯度實驗

29 ℃下將氯化鈉加入到100 mL蒸餾水中配置成飽和溶液，再加入鹽結(jié)晶抑制劑HEDP，加注質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別是0.1%、0.2%、0.3%、0.4%和0.5%，逐步冷卻至10 ℃，觀察并稱量析出晶體的質(zhì)量，結(jié)果如表5所示。從表5可以看出，當(dāng)鹽結(jié)晶抑制劑HEDP加注質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%時，冷卻至10 ℃，氯化鈉飽和溶液中有大量松散透明晶體析出，當(dāng)HEDP加注質(zhì)量≥0.3%時，氯化鈉飽和溶液冷卻至10 ℃時沒有晶體析出。對于整個溶液來說，HEDP的添加量小，與系統(tǒng)其他藥劑的接觸反應(yīng)概率非常小，不會對其他藥劑性能造成影響。

3" 現(xiàn)場試驗與應(yīng)用

通過連續(xù)管作業(yè)將已經(jīng)鹽堵的氣井先疏通，根據(jù)井筒積液量計算出所需要的鹽結(jié)晶抑制劑用量，并配制成較高濃度液體用高壓泵泵入井筒，關(guān)井24 h后開井生產(chǎn)即可。與處理之前相比，通過添加鹽結(jié)晶抑制劑可以將氣井結(jié)鹽處理頻次由7～10 d提高至60 d左右，工作量降低的同時經(jīng)濟效益顯著。

4" 結(jié)論

1）從對氯化鈉溶解度增加程度、晶體形狀影響和低溫性能等多個因素考慮，優(yōu)選出HEDP鹽結(jié)晶抑制劑。

2）當(dāng)結(jié)晶抑制劑HEDP的加注質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥0.3%，飽和氯化鈉溶液冷卻到10 ℃時沒有晶體析出，結(jié)晶抑制率達到100%。

3）加注鹽結(jié)晶抑制劑施工程序簡單，結(jié)合經(jīng)濟效益與工作效率考慮，通過添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的鹽結(jié)晶抑制劑HEDP可以有效地延長氣井結(jié)鹽處理周期。

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Research and Application of Salt Crystallization Inhibitor in Tight

Sandstone Gas Wells

LIANG Zhaojian1，WANG Xuchun2，CUI Biao2，YAN Mingxuan2，WANG Runbo1，

WANG Yuqi1，BANXingwen1，YUEQiansheng1

（1. College of Chemistry amp; Environmental Engineering， Yangtze University， JingzhouHubei 434023， China;

2. Liaohe Oilfield External Market Project Management Department， Panjin Liaoning 124010， China）

Abstract： In the actual production of DJ1-7 gas well， due to the factors of temperature， pressure and airflow velocity， it is easy to make the salt in the discharged liquid reach saturation or even supersaturation. From the ion composition of water samples， the prediction of scaling trend by Davis-Stiff saturation index method and the analysis of scale samples， it is determined that the main type of scaling is sodium chloride scale. The effects of different salt crystallization inhibitors， dosage and temperature on salt crystallization morphology， crystallization inhibition rate and solubility were investigated， and the optimized salt crystallization inhibitors were tested and applied in the field. The experimental evaluation results showed that the addition of salt crystallization inhibitor makes the sodium chloride crystal loose; among the several inhibitors， the salt crystallization inhibitor HEDP had the greatest increase in the solubility of sodium chloride. When the mass fraction was 0.5%， the solubility of sodium chloride increased by 7.6%. When the filling mass fraction of HEDP was ≥ 0.30%， there was no crystal precipitation when the temperature of saturated sodium chloride solution was reduced to 10 °C， and the crystallization inhibition rate reached 100%. The field test and application results show that the crystallization rate can be significantly delayed by adding salt crystallization inhibitor HEDP， and the salt deposition treatment of gas wells can be extended from 7–10 days to about two months.

Key words： Tight sandstone gas well; Gas well salt formation; Crystallization inhibitor;High salinity brine; Chemical salt control