蜀南气矿井筒结垢机理研究*

2011-01-10邱正阳李长俊邱奎西南石油大学重庆科技学院

油气田地面工程 2011年11期

邱正阳李长俊邱奎西南石油大学；重庆科技学院

蜀南气矿井筒结垢机理研究*

邱正阳1；2李长俊1邱奎21西南石油大学； 2重庆科技学院

在管道内形成结垢的直接原因是难溶盐在过饱和溶液中的沉淀过程。根据饱和指数（SI）只能预测产生沉淀可能性，不能预测结垢量的数值。SI值越大，产生垢沉淀的可能性也越大。回注水CaCO3结垢趋势受井底温度和注入水pH值的影响很大，随井底温度和pH值的升高，CaCO3结垢趋势增大。对于蜀南气矿气田水回注，当温度较低且pH值较低时，不易结垢。但计算出来的饱和指数均大于0，因此判断容易在井筒或地面集输管线结垢，尤其是合8井和H1井结垢趋势可能更强烈。

结垢；机理；饱和指数；温度；pH值

蜀南气矿具有50多年的开发历史，一些气井不同程度出现带水现象，采出的气田水矿化度较高，达32 000～78 000 mg/L。这些温度高达60～70℃的采出水经过输送管线汇集后从回注井重新注入地层。当井筒中液体在流动过程中温度、压力发生变化，地层水与回注水混合时不相容(不配伍)，将导致井筒、气井管汇以及地面集输管线部位形成结垢。回注水量越大，注水时间越长，井筒结垢越厚，这导致井筒流通截面减小，气体输送效率下降，回注难度增大。为找出防垢措施，以蜀南气矿26井、桐18井、付1井、合8井、H1井等几口具有典型结垢特征的回注井作为研究对象，展开井筒结垢机理研究。

1 水样及垢样成分

依据《油气田水分析方法（SY/T5523-2000）》，采用化学滴定法分析水中成垢离子的含量，采用X射线衍射仪分析井筒垢样组成。

1.1 水样

对现场取回的水样经过预处理，然后对水中各离子成分平行测定3次，取平均值，得到水质分析数据，见表1。

水质分析表明，基本水型属于CaCl2型。根据离子分析初步判断，付1井主要为CaCO3、MgCO3和BaSO4结垢；合8井主要为常规CaCO3、MgCO3结垢；井26/桐18井的预测垢样类型为CaCO3、Mg-CO3，并夹杂部分锶垢；H 1井水样矿化度最高，各种成垢离子含量也很高，预测生成CaCO3、Mg-CO3、BaCO3和SrCO3等混合垢。

表1 水质分析数据

1.2 垢样

井筒中的垢样在正常工作下不易取得，利用合8井检修期间取得其井筒垢样，采用X射线衍射仪进行分析。

将合8井垢样的XRD图谱中几个主要衍射峰与XRD标准卡片中的峰位比较，可以确定合8井垢样中主要成分分别为碳酸钙晶体、碳酸镁晶体、氧化铁、氧化锶、硫酸钡晶体、硫化铁、氧化铬、氧化钴以及它们的混合晶体。这说明井筒结垢原因主要是筒体金属铁受到回注水携带的氧腐蚀而形成氧化物，另外地层水中存在一定数量锶离子也是成垢物质之一。

2 井筒结垢机理分析

2.1 结垢机理

井筒结垢是一个相当复杂的过程。在管道内形成结垢的直接原因是难溶盐在过饱和溶液中的沉淀过程。盐类垢形成的一个首要因素是盐类物质的溶解度处于过饱和状态。过饱和浓度除了与溶解度有关外，还受热力学、结晶动力学、流体力学等诸多因素影响，即受压力、温度以及pH值变化的影响，也就是说由于系统内化学不相容性和热力学的不稳定而引起结垢[1-2]。在油气田注水作业中，最常遇到的是碳酸盐和硫酸盐两种类型的无机垢。硫酸盐垢主要与产出水和补充水或者注入水和地层水的不相容有关。对于腐蚀垢来说，结垢则受输送介质、材料以及周围环境的共同影响。