油层预置防垢技术研究

尹丽萍

(胜利油田分公司东辛采油厂,山东,东营,257094)

油层预置防垢技术研究

尹丽萍

(胜利油田分公司东辛采油厂,山东,东营,257094)

针对东辛油田结垢严重的问题,应用结垢预测软件对营 11区块的地层、油管、套管及输油管线的结垢趋势进行预测和分析,然后通过配伍性、静态防垢率、动态最低有效防垢浓度(MIC)和吸附—解吸性能实验研究,对国内外不同防垢剂进行了评价,筛选出综合性能较好的防垢剂 SA13C。现场试验防垢效果显著,提高了油井产量,取得了良好的经济效益。

结垢预测;结垢分析;防垢剂;适用性实验;现场试验

进入注水开发阶段后,油水井结垢已成为全国各大油田普遍存在的问题。地层结垢会造成油层伤害,导致产液量下降;井筒和输油管线结垢,会导致流动阻力增加,设备损坏等问题[1][2]。目前常用的清垢方法是作业更换管线、机械除垢或地层酸化等[3],虽然起到一定防垢效果,但作业频繁,费时费力,原油成本攀升,总体上具有很大的局限性,因此,为解决这一问题,进行了油层预置防垢技术研究。

1 东辛油田结垢机理研究及分析

1.1 注水开发阶段结垢机理 在注水开发的过程中,当注入水进入地层时形成水、油、气及地层岩石等组分构成的复杂多相体系。在这里除了注入水与地层水、原油的混合外,还有注入水与岩石的溶解反应,不相容水产生的沉淀与溶解、气体的分配与逸出,粘土的膨胀运移等,严重破坏了地层各相间的平衡,从而造成了注入水与地层复杂的化学反应。易结垢盐的溶解度与温度、压力、pH值和盐含量等有关。如图1所示,这些参数都是影响结垢的因素。

图1 注水开发油田结垢示意图

1.2 东辛营 11区块结垢趋势预测 油田无机结垢趋势预测软件 (OFISTP3.0)是一种针对油田无机结垢 (包括碳酸盐垢和硫酸盐垢)趋势预测的专门软件[4]。针对东辛油田油井的结垢现象,选定东辛营 11沙三油藏作为目标区块,开展了结垢预测研究分析和油层预置防垢技术研究。营 11沙三块平均孔隙度 21%,渗透率 31.8×10-3μm2,原始地层压力 48.96MPa,地层温度 127℃,属典型的高压低渗油藏。

1.2.1 营 11区块生产系统结垢预测分析营 11区块的地层、生产井底和地面输油管线的结垢预测结果见表1。1.2.2营 11区块的生产井底结垢预测及分析 营 11区块生产井底结垢预测结果显示,随井底流压的降低,井底紊流现象越严重,CO2逸出量越大,从而导致井底溶液结垢趋势及结垢量增大。

1.2.3 营 11区块的套管结垢及分析 营 11区块套管结垢预测结果显示,由于环空中产出液离动液面越近,其温度、压力越小,则产出液中的CO2逸出,水体溶垢能力降低,产出液中的碳酸钙达到过饱和临界状态,促使晶核不断长大成垢;当井底流压降低时,加剧产出液中的CO2逸出,导致套管结垢量增大。

1.2.4 营 11区块的油管结垢趋势及结垢分析 营 11区块油管结垢预测结果显示,在长筒泵吸入口 (1700 m)处结垢比较严重,主要是受吸入液体时所造成泵筒内低压的影响;另外在近井口处也存在结垢问题,其原因与长筒泵吸入口处结垢类似。

表1 营 11区块生产系统结垢预测结果 (流压 15.945MPa,动液面 1500m)

2 预置防垢剂的适用性评价

针对东辛采油厂的地质、结垢和生产情况,从国内外初选了 6种防垢剂进行适用性实验。防垢剂的评价方法包括配伍性、静态防垢率、动态最低有效防垢浓度 (MIC)和吸附—解吸性能实验[5]。

2.1 实验仪器和材料

2.1.1 实验仪器 静态结垢实验装置,动态环路实验装置,岩心驱替 (吸附—解吸)实验装置,恒温箱, ICP(电感偶合等离子体发射光谱仪),电子分析天平 (感量0.lmg),各种规格的容量瓶、锥形瓶、烧杯、移液管、滴定管等。

2.1.2 实验材料 防垢剂:SA13C、BF-01、BF-02、BF-03、SL-01和 SL-02

化学试剂:CaCl2,MgCl2·6H2O,NaCl,Na2SO4,NaHCO3,

NaOH,钙离子指示剂,EDTA标准溶液,人造岩芯。

实验用水:营 11块的地层水。

2.2 实验方法

2.2.1 防垢剂与地层水配伍性实验 模拟防垢剂挤注工艺,在结垢阳离子溶液中分别加入不同质量浓度的防垢剂,在 95℃下恒温 48h,中间摇晃搅拌 2-4次,观察有无沉淀物或混浊物产生,以检测防垢剂与地层水的匹配性。

2.2.2 静态防垢率实验 在地层水阳离子溶液中分别加入不同质量浓度的防垢剂,再与阴离子溶液混合、摇匀,在 95℃下恒温 24h。利用滴定分析方法,测定了结垢后溶液中剩余的结垢阳离子含量,计算出防垢率。

2.2.3 动态最低有效防垢浓度(MIC)实验 将模拟地层水阳离子溶液 (加有不同浓度的防垢剂)和阴离子溶液用两个恒流泵分别从不同管线按 1:1以较慢的速率注入混合管线,实验温度 95℃。监测混合管线两端的压差,压差一旦上升表明管线中已出现结垢。通过测定结垢时间反映防垢效果,确定MIC值。

2.2.4 防垢剂吸附—解吸性能实验 要使防垢剂在地层中有效期较长,则要求防垢剂在地层岩心中吸附—解吸性能较好,因此需要通过岩心驱替实验进行考察。先往岩心中注入5%NaCl和 3%KCl混合溶液进行预处理;再注入一定浓度的防垢剂溶液,恒温 24h;最后再用盐水正向驱替,流速均为10PV/h(PV为孔隙体积倍数)。隔一定时间取样,分析流出液体中防垢剂的含量,并记录累计流出体积,观察防垢剂在岩心中的吸附与解吸情况。

2.3 实验结果与分析

2.3.1 防垢剂与地层水配伍性实验 实验结果见表2,SA13C、BF-01、BF-02、BF-03和 SL-01这 5种防垢剂与地层水配伍性都比较好,在 5mg/L～50000mg/L浓度范围内,体系无沉淀或混浊现象产生;防垢剂 SL-02与地层水配伍性较差,保温 24h后开始出现沉淀,故选用 SA13C、BF-01、BF-02、BF-03和 SL-01这 5种防垢剂继续下面的实验。

表2 防垢剂与地层水的配伍性实验结果

2.3.2 静态防垢率实验 静态防垢率实验结果见图2。5种防垢剂的防垢率随着防垢剂浓度的增加而增加。其中,防垢剂 SA13C的防垢效果最好,最高防垢率达到了 90%以上;防垢剂 BF-01、BF-02和 BF-03的防垢效果次之,最高防垢率达到了 85%以上;SL-01的防垢效果最差。因此选取防垢剂 SA13C、BF-01、BF-02和 BF-03继续下面的实验。

图2 防垢剂浓度与防垢率的关系曲线

2.3.3 动态最低有效防垢浓度(MIC)实验 动态最低有效浓度(MIC)实验结果如图7所示。由已完成的实验结果可知,防垢剂 SA13C和 BF-01的性能较好,应选取这 2种防垢剂继续下面的性能实验研究。

图3 防垢剂浓度与结垢时间的关系曲线

2.3.4 防垢剂吸附—解吸性能实验 防垢剂吸附 -解析实验结果如图8。由该实验可知防垢剂 SA13C吸附 -解吸性能较好,在其浓度降低至最低有效浓度前,具有较长的挤注寿命。

图4 不同阻垢剂同浓度反排曲线对比

3 现场试验

东辛采油厂采用油层预置防垢剂 SA13C进行现场试验3口井,防垢效果显著,有效延长了检泵周期。如营 11-40井,自 2007年5月以来由于结垢,平均检泵周期 3个多月,且地层结垢导致不能正常生产。2009年3月注入防垢剂SA13C,采取前置液 (酸洗、防膨)→防垢液 →后置液 (顶替)的注入方法。实施后日产液量由 1.2m3/d上升到 2.7m3/d左右,已连续生产了 8个月,仍正常生产。

图5 营 11-40井挤注前后生产曲线

4 结论

1)通过配伍性、静态防垢率、动态最低有效防垢浓度(MIC)和吸附—解吸性能实验研究,对国内外不同防垢剂进行了评价,筛选出综合性能较好的防垢剂 SA13C,具有配伍性好、静态防垢率高达 90%以上、MIC较低为 20mg/L、吸附—解吸性能好,可作为目标区块的油层预置防垢剂。2)油层预置防垢剂 SA13C现场防垢效果显著,延长了检泵周期,提高了油井产量,取得了良好的经济效益。

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[2]左景栾等.纯梁油田樊 41块油井挤注防垢技术.石油学报,2008,29(4):615-618

[3]崔新栋等.现河采油厂油井结垢原因分析与治理.石油与天然气化工,2006,35(6):467-469

[4]肖曾利等.油田水无机结垢及预测技术研究进展[J].断块油气田,2004,11(6):76-79

[5]闫方平等.井下挤注用防垢剂的选择与实验评价方法.石油与天然气化工,2007,36(6):495-499

TE133+.2

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1003-3467(2010)04-0078-03