西峰油田结垢现状及防垢措施研究

王平

中国石油长庆油田分公司第二采油厂技术监督中心(甘肃庆阳745100)

西峰油田结垢现状及防垢措施研究

王平

中国石油长庆油田分公司第二采油厂技术监督中心(甘肃庆阳745100)

针对西峰油田结垢现状，通过注入水与地层水配伍性试验，阻垢剂筛选和室内评价、垢物成份分析，提出了西峰油田防垢对策。经过单井加药和注水站投加阻垢剂等方式，缓解油井、站点及地层结垢问题，为西峰油田清防垢治理提供了技术支撑。

西峰油田;结垢;防垢剂;配伍性

在油田开发过程中，为了保持油层压力，提高原油采收率一般都采用注水开发。注水过程中的一个极为重要的问题就是结垢，结垢可能发生在油田注水系统、井筒和地层。结垢影响油井的正常生产，甚至带来很大的经济损失。根据大量的文献调研和各油田的资料:油田无机垢物的主要成分为碳酸盐和硫酸盐垢。因此，主要讨论了碳酸盐和硫酸盐垢的形成和预测技术以及防治措施。

1 西峰油田结垢现状

截止2013年11月底，西峰油田共有常开油井1 610口，日产液4 730m3，日产油2 604t，平均含水34.5%;注水井开井624口，日配注15 420m3，日注水量14 767m3。

截止2013年11月，西峰油田共发现结垢油井184口，占正常开井的11.4%，结垢严重井7口，垢质较硬且脆，垢型以CaCO3为主。西峰油田历年结垢情况2009年86口、2011年135口、2013年184口，结垢呈现逐年上升的趋势，西峰二区最为严重。油井结垢调查表见表1。

西峰油田发现结垢站有20座，西峰一区17座，西峰三区3座。西峰三区结垢的站有西六增、西九转，结垢部位主要在输油管弯头、输油泵、加热炉进口，颜色为黄色偏黑，垢质较硬且脆，厚度1～2cm，其中西九转输油泵上结垢最为严重，达到2cm左右，结垢导致输油泵排量降低。

表1 西峰油田结垢井井况统计表

2 西峰油田注入水与地层水结垢试验

2.1 西峰油田注入水与地层水化学成分分析

水质分析方法参照SY 5523-1992《油田水分析方法》［6］。水型以油气田水的分类法判断(表2)。

由表2可以看出，西峰油田注入水为NaHCO3型，矿化度1.0 g/L左右;西峰油田油井水型以CaCl2和NaHCO3型为主，成垢阳离子含量高(如西34-29井Ca2+含量高达3 403mg/L)，且各水型普遍富含Ca2+、HCO3-、SO42-成垢离子(如西34-29井SO42-离子含量高达1 537mg/L)，这些成垢离子为油井结垢提供了一定的物质条件。

2.2 地层水与注入水结垢趋势预测

1)根据碳酸盐垢趋势预测方法，参考文献及经验总结［1-4］，以稳定指数法(RI)预测碳酸盐结垢趋势。具体数据见表3。

2)根据硫酸盐结垢趋势预测方法，以饱和指数法预测硫酸盐的结垢趋势，具体数据见表4。

由表3、表4可以看出，西峰油田注入水(董一注、西一注)水质处于稳定状态，无硫酸盐和碳酸盐结垢趋势，不会引注水管线及地层的结垢堵塞;但地层水(西26-61、西25-06)存在着硫酸盐和碳酸盐结垢趋势。可见西峰油田地层水在地层温度下本身就存在着结垢现象，再加上地层水由于开采过程中的温度，压力等因素的变化及注入水与地层水的不配伍性，所以我们预测西峰油田水的结垢现象会更加严重。

表2 西峰油田注入水与地层水化学成分分析

表3 西峰油田井站水样碳酸盐结垢预测结果

表4 西峰油田井站水样硫酸盐结垢预测结果

2.3 西峰油田注入水与地层水的配伍性实验

注入水为西一注水样;地层水为西26-061水样。

实验条件:常压，地层温度(60℃)。

西峰油田注入水与地层水的配伍性实验。实验结果见表5。

表5表明:随着注入水量的增加，原来溶液中的物质平衡被打破，当注/地的体积达到3/7时结垢量达到最大(283.6mg/L)，随之结垢量慢慢减少。同时由于地层水本身的成垢离子含量就非常高，结垢量可达301.4mg/L。所以随着注入水比例的增大，混合水样中成垢离子的含量随之降低，所以结垢量越来越小。

2.4 垢样分析

通过对10口井及2座站的垢物成分分析，结果表明:西峰油田垢型通常为混合垢，以碳酸盐垢为主约占75%，垢物成分主要为酸溶物，伴有腐蚀、泥砂和其它杂质。表6为西峰油田垢物成分分析表，可见结垢物酸溶物为主，因此对于西峰油田已结垢的油井或转油站，治理方针是以酸溶垢为治理重点，兼顾酸不溶垢，必须实现“以防为主、清防结合”的统筹治理思路。

表5 西一注与西26-061地层水配伍性实验结果

表6 西峰油田油井(站)垢样分析结果

3 阻垢剂的筛选和评价

3.1 阻垢剂的阻垢机理

阻垢剂的阻垢机理比较复杂，随着沉淀过程动力学、成垢预测模型和各种阻垢技术的大量研究，使成垢机理的研究和结垢的控制有了很大的进展［5］。一般认为成垢物质和溶液之间存在着动态平衡，阻垢剂能够吸附到成垢物质上，并影响垢的生长和溶解的动态平衡。阻垢剂的阻垢机理主要有以下几种:

1)碳酸钙微晶成长时按照一定的晶格排列，结晶致密而坚硬。加入阻垢剂后，阻垢剂吸附在晶体上并掺杂在晶格的点阵中，对无机垢的结晶形成了干扰，使晶体发生畸变，或使大晶体内部的应力增大，从而使晶体易于破裂，阻碍了垢的生长。

2)络合增溶作用是阻垢剂在水中能够与钙镁离子形成稳定的可溶性螯合物，将更多的钙镁离子稳定在水中，从而增大了钙镁盐的溶解度，抑制了垢的沉积。

3)阴离子型阻垢剂，在水中解离生成的阴离子在与碳酸钙微晶碰撞时，会发生物理化学吸附现象，使微晶粒的表面形成双电层，使之带负电。因阻垢剂的链状结构可吸附多个相同电荷的微晶，静电斥力可阻止微晶相互碰撞，从而避免了大晶体的形成。在吸附产物碰到其它阻垢剂分子时，将已吸附的晶体转移过去，出现晶粒均匀分散现象，从而阻碍了晶粒间和晶粒与金属表面的碰撞，减少了溶液中的晶核数，将碳酸钙稳定在溶液中。

4)聚丙烯酸类阻垢剂能在金属传热面上形成一种与无机晶体颗粒共同沉淀的膜，当这种膜增加到一定厚度后，在传热面上破裂，并带一定大小的垢层离开传热面。由于这种膜的不断形成和破裂，使垢层的生长受到抑制。

5)认为对有机膦酸盐类阻垢剂的作用是由于阻垢剂在生长晶核附近的扩散边界层内富集，形成双电层并阻碍垢离子或分子簇在金属表面凝结。

3.2 阻垢剂与西峰油田水样的配伍性

通过西峰油田注入水与地层水的配伍性实验以及西峰油田水质分析，西峰油田水的垢型以碳酸钙垢为主。选择对防碳酸钙兼防硫酸钙垢的阻垢剂对西峰油田水进行静态及动态的阻垢评价实验。

分别向西峰油田注入水，地层水水样中加入阻垢剂，进行配伍性实验。具体方法为:将30mg/L的阻垢剂分别加入到注入水，地层水水样中，将水样常压，20℃、60℃恒温条件下静置2h后观察。如阻垢剂在水中溶解，不改变水样的状态，则阻垢剂与水样的配伍性好;反之，则阻垢剂与混合水样的配伍性差。实验结果表明ZG-108、ZG-930、ZG-558、TS-610、FZG-03阻垢剂与西峰油田水样的配伍性良好。

3.3 阻垢效果及最佳用量评价

阻垢剂的阻垢率及热稳定性是反应其性能的主要指标。在阻垢剂的筛选及阻垢率评价实验中，水样选取最差混合比水样进行阻垢率评价实验。

实验条件:常压、60℃。阻垢剂的浓度分别为20mg/L、30mg/L(实验结果见表7)。几种阻垢剂的阻垢效果均比较明显，阻垢率最高可达93.3%，最佳使用浓度为30mg/L。

表7 静态试验阻垢剂效果评价

3.4 加阻垢剂时西峰油田水样的岩心流动实验

实验所用岩心依据SY/T 5336-1996［7］标准进行处理，测定其孔隙度和渗透率。在西峰油田地层温度(60℃)下将岩心饱和地层水，测定岩心地层水渗透率，向注入水中加入30mg/L的阻垢剂进行岩心驱替实验，计算渗透率伤害率。试验结果与表7进行比较，判断阻垢剂的阻垢效果(表8)。

由表8可以看出，添加阻垢剂的岩心流动试验渗透率的伤害率为20.08%，远小于不加阻垢剂时的岩心流动试验渗透率的伤害率45.14%。可见由于添加了阻垢剂使注入水与地层水在岩心相遇时因为阻垢剂的阻垢效果，抑制了碳酸盐和硫酸盐垢的形成，阻碍了其在岩心孔道中的沉积。

表8 西峰油田岩心伤害试验结果

4 西峰油田防垢措施研究

西峰油田垢型主要为碳酸钙垢还含有少量的硫酸钙垢。结合西峰油田目前实际情况，采用井筒环空加阻垢剂和注水站加阻垢剂措施进行防垢。

4.1 单井加药

该技术采取从环形空间投加阻垢剂的方式来防止井筒结垢，以免管串和泵筒被垢物堵塞。此工艺的关键就是要针对各种不同的垢型，筛选出与其相适应的阻垢剂，从油井加入，加药浓度200mg/L，效果统计见表9。

4.2 注水站投加阻垢剂

因为注水系统加药后没有明确的指标来衡量其效果，所以采用分析注水站所管辖油井产出液成垢离子与阻垢剂有效离子浓度，可判断注水站加药的波及方位及加药受效油水井。由于现用阻垢剂主要成份为磷酸盐，故分析采用分光光度计比色法来测定磷酸盐含量。对西一注、西三注和董一注水井对应的油井产出液成垢离子、阻垢剂离子浓度进行了测定，具体数据见表10。

抽检对应油井全部检测出阻垢剂有效离子含量，部分井成垢离子浓度有所增加，如西34-29井，2次检测对比，Ca2+、Mg2+、SO42-、HCO3-含量从第一次检测的3 403、340、1 537、256mg/L上升到第二次的4 012、358、2 582、485mg/L，说明注水系统加阻垢剂已波及到单井，对抑制结垢起到一定作用。

表9 西峰油田油井加药效果统计表

表10 注水站对应部分油井产出液成垢离子、阻垢剂离子浓度分析表

5 认识及结论

1)通过对西峰油田水质、结垢量及垢型分析，可以得出西峰油田垢型主要以碳酸盐垢为主同时还有少量的硫酸盐垢。对西峰油田注入水与地层水按不同比例混合时，均产生结垢现象，对地层有较大伤害。

2)选择在用的阻垢剂进行阻垢评价，通过静态阻垢实验及岩心伤害实验评价阻垢剂的阻垢效果，得出阻垢剂的投加可有效缓解回注污水结垢对地层带来的伤害。

3)采用单井加阻垢剂、下固体防垢器和在注水站中投加阻垢剂等措施，可有效缓解西峰油田结垢问题。

［1］马宝岐，吴安明.油田化学原理与技术［M］.北京:石油工业出版社，1995.

［2］万仁溥.石油工程手册［M］.北京:石油工业出版社，2003.

［3］赵福麟.采油用剂［M］.东营:石油大学出版社，1997.

［4］岳福山.油田基础化学［M］.北京:石油工业出版社，1992.

［5］张琪，万仁溥.采油工程方案设计［M］.北京:石油工业出版社，2002.

［6］SY 5523-1992油田水分析方法［S］.

［7］SY/T 5336-1996岩心常规分析方法［S］.

According to the scaling present situation of Xifeng Oilfield，some scale preventionmeasures are proposed by the compatibility experiments of injected waterwith formation water，the selection and laboratory evaluation of scale inhibitors and the analysis of scale composition.The scaling of oil wells，water injection stations and formation is inhibited by single well dosing and adding scale inhibitor in water injection stations.The scale prevention measures provide the technical support for scale preventing and removing of Xifeng Oilfield.

Xifeng Oilfield;scaling;scale inhibitor;compatibility

尉立岗

2014-09-23

王平(1970-)，男，工程师，现主要从事质量管理工作。