孤东油田二区结垢预测研究

2012-11-21汪伟英

长江大学学报(自科版) 2012年16期

关键词：溶解度结垢石膏

黄磊汪伟英

(长江大学工程技术学院，湖北荆州 434020) (长江大学石油工程学院，湖北荆州 434023)

孤东油田二区结垢预测研究

黄磊汪伟英

(长江大学工程技术学院，湖北荆州 434020) (长江大学石油工程学院，湖北荆州 434023)

无机结垢是油田注水过程中遇到的最严重的问题之一。结垢给油田开发带来了较大的经济损失。为了高效开发油田，应对结垢进行科学预测，并提出相应的防垢措施。采用Oddo-Tomso饱和指数法对孤东油田二区注水系统的结垢倾向进行预测，结果表明孤东油田二区污水易结CaCO3垢,在实际应用时必须采取适当的措施防止形成CaCO3垢。

孤东油田二区；注水开发；结垢；预测

无机结垢是油田注水过程中遇到最严重的问题之一,结垢造成了油田开采过程中较大的经济损失,低渗透油田损失更大。为高效开发低渗透油田,应对结垢进行科学预测。

结垢现象在注水、采油、输油、热采和化学采油中普遍存在,它同腐蚀一样严重威胁着油田的正常生产。油田水结垢主要有2种情况：①当流体(原油及污水)从地层流向井底或由井底抽到地面时，由于温度和压力的变化，流体的相平衡遭到破坏，晶体析出而生成垢[1]；②注入水与地层水的不相容性引起结垢。下面，笔者主要研究孤东油田二区在注水过程中注入水与地层水混合后的结垢问题。

1 孤东油田二区回注污水成分分析

孤东油田二区注入水和地层水的各种离子含量见表1和表2。

表1 注入水(东一注)的离子含量

表2 地层水的离子含量

2 孤东油田二区结垢预测

因为Oddo-Tomson饱和指数法考虑了温度和压力的影响，预测的结果与油田的结果很接近，为此笔者用Oddo-Tomson指数法[2]来计算孤东油田二区的结垢情况。

2.1饱和指数

饱和比FS是离子的活度积与溶度积之比：

FS=[Me][An]/Ksp

(1)

式(1)两边取对数得饱和指数IS：

IS=lg(FS)=lg{[Me][An]/KC(T,P,Si) }

(2)

或：

IS=lg{[Me][An]}+PKC(T,P,Si)PKC(T,P,Si)=-lgKC(T,P,Si)

(3)

式(2) 或式(3) 即为饱和指数方程，根据该方程可判断是否能生成垢。当IS=0 时，表示溶液与固体垢相平衡；IS>0 时, 表示过饱和状态或有形成垢的条件；IS<0时，表示欠饱和状态或不能形成垢。

2.2硫酸盐垢的饱和指数方程

硫酸盐垢主要有5种：石膏(CaSO4/2H2O)、半水石膏(CaSO4/0.5 H2O)、无水石膏(CaSO4)、硫酸钡和硫酸锶，其对应的饱和指数方程如下：

(7)

(8)

2.3碳酸钙垢的饱和指数方程

碳酸钙垢的饱和指数方程如下：

2.4几点说明

1)硫酸钙有3种形态(石膏(CaSO4/2H2O)、半水石膏(CaSO4/0.5H2O)、无水石膏(CaSO4)),而具体生成哪种形态主要由温度条件决定。通常在80～121℃区间内,3种形态都有可能形成。而在上述区间的低温端一般形成石膏(CaSO4·2H2O);高温端则生成无水石膏(CaSO4),但一旦温度高于121℃,生成的石膏一定为无水石膏[3]。

2)MgCO3垢是另一种形成水垢的物质，它在水中的溶解性能和CaCO3相似，它的溶解反应如下：

MgCO3+ CO2+H2O→Mg(HCO3)2

与CaCO3一样，MgCO3在水中的溶解度随水面上CO2分压的增大而增大，随温度的上升而下降，但是MgCO3的溶解度大于CaCO3，如在蒸馏水中MgCO3的溶解度比CaCO3大40倍，因此对于大多数既含有MgCO3同时也含有CaCO3的水来说，任何使MgCO3和CaCO3溶解度小的条件出现，首先会形成CaCO3垢，除非影响溶解度减小的条件发生剧烈的变化，否则MgCO3垢未必会形成。

MgCO3在水中易水解成Mg(OH)2：

MgCO3+ H2O→Mg(OH)2+ CO2

由水解反应生成的Mg(OH)2的溶解度很小，Mg(OH)2也是一种反常溶解物质，它的溶解度随温度的升高而下降，含有CaCO3和MgCO3的水，趋向于生成CaCO3垢，当温度超过82℃时，开始生成Mg(OH)2垢[4-5]。

3)Oddo-Tomson在预测碳酸盐垢中已考虑了逸度对饱和指数的影响。如果不考虑逸度,预测的CaCO3饱和指数IS的误差为0.3左右，由于实际已知条件有限，笔者没有考虑逸度对饱和指数的影响。

3 预测结果

图1 注水结垢趋势图

表3是注入水和地层水分别按10%∶90%、30%∶70%、50%∶50%、70%∶30%、90%∶10%混配后得到的结垢情况。表3中数据表明，东一注与二区地层水按不同比例混合后不产生CaSO4垢，但有CaCO3生成的趋势。注水结垢趋势图如图1所示。由图1可以看出，二区Ng1+2-4层在注水过程中结垢趋势基本保持不变，而Ng5和Ng6层随地层中注入水的比例增大，结垢趋势愈加严重。