三元复合驱油井清防垢方法及应用效果分析
2016-03-06吕秀凤
吕秀凤
(大庆职业学院 石油工程系，黑龙江 大庆 163255)
三元复合驱油井清防垢方法及应用效果分析
吕秀凤
(大庆职业学院 石油工程系，黑龙江 大庆163255)
摘要：三元复合驱中的“三元”指的是聚合物、表面活性剂和碱三种化学剂。该方法可以比水驱提高采收率20%左右，目前在大庆油田正处于工业推广应用阶段。但由于注入体系中碱的加入会使注入、采出系统出现结垢情况，造成垢堵、垢卡等故障，严重影响生产。阐述了三元复合驱油井的结垢规律、结垢故障现象及处理方法，并结合大庆油田矿场试验情况介绍了有效的清垢、防垢方法。以期为一线技术管理人员提供参考。
关键词：三元复合驱；油井清防垢技术；防垢泵
三元复合驱中的“三元”指的是聚合物、表面活性剂和碱三种化学剂。其中的聚合物可以增加注入体系的粘度，改善油水流度比，从而增大波及体积；体系中的表面活性剂可以降低油水界面张力、改善岩石的润湿性，从而提高驱油效率；体系中的碱可以和油层原油中的有机酸发生化学反应，就地生成表面活性剂，所以廉价碱的加入可以降低体系中昂贵的表面活性剂的用量而降低三元复合驱的注入成本，使得这项驱油技术在经济上可行。该方法可以比水驱提高采收率20%左右，目前在大庆油田正处于工业推广应用阶段。三元复合驱根据使用的碱剂不同可以分为强碱三元复合驱和弱碱三元复合驱两大类，其中的强碱三元复合驱中使用的碱剂是NaOH，弱碱三元复合驱中使用的碱剂是NaCO3。不管应用哪一种碱，都会使注入、采出系统出现结垢情况，造成垢堵、垢卡等故障，严重影响生产。三元复合驱油井结垢，会造成卡泵、杆断等故障，而且这些故障往往出现在三元复合驱油井见效高峰期，结垢问题井的频发严重地影响了油井的生产时率，检泵周期大幅度地缩短(严重的由水驱的600天缩短为13天)，不但增加了作业费用，也影响了三元复合驱效果的发挥。大庆油田在多年矿场试验的基础上，研究了油井的结垢规律，根据油井的结垢故障现象提出相应的处理方法，并提出了有效的防垢方法。
一三元复合驱油井结垢问题概述
1．三元复合驱注入阶段的划分。
在三元复合体系驱油过程中，为了更好地发挥三元体系的效用，使其提高采收率的效果最佳，一般分为六个阶段注入，分别是：空白水驱阶段、聚合物前置段塞注入阶段、三元主段塞注入阶段、三元副段塞注入阶段、后置聚合物保护段塞阶段、后续水驱阶段。其中，空白水驱是指在注入化学剂之前注入一定地层孔隙体积(PV)的低矿化度盐水，以达到对地层进行预冲洗的目的，更好地发挥后续化学剂的驱油作用；聚合物前置段塞是为了更好地发挥三元复合体系的驱油效果，尤其是为防止由于扩散造成的主段塞最佳条件被破坏，在主段塞之前注入适当梯度浓度的聚合物溶液，以达到保护三元主段塞的目的，并可以在三元体系注入之前起到改善波及体积的作用；三元复合驱主段塞是三元配方体系溶液段塞中的核心部分，其中的聚合物可以靠其增粘的性质而提高波及系数，碱和表面活性剂的协同作用可以大幅度降低界面张力，改善岩石的润湿性而提高驱油效率；三元复合驱副段塞是在驱油过程中为保护主段塞不被破坏而随后注入的浓度较低的三元溶液段塞；后置聚合物保护段塞是为防止后续注入水的突破对三元体系驱油效果的影响，在三元复合驱副段塞和后续水之间注入适当浓度的聚合物溶液，起到保护三元段塞的作用；后续水驱是为减少化学剂的用量，降低驱油成本，在注入保护段塞后即可注入水来驱替前面的段塞，进而将在主段塞前形成的油墙驱至生产井井底。
2. 三元复合驱油井结垢发生的时间。
三元复合驱油井结垢是因为注入体系中的碱引起的，所以三元油井的结垢现象是出现在三元主段塞注入之后，一般是在主段塞注入1-2个月左右，具体的与油层渗透率、注采井井距、注采井的联通情况等有关。但由于注入的三元体系在油层中会缓存很长时间，所以并不是停止注入三元体系后，油井的结垢现象就会消失，一般在后置聚合物保护段塞阶段甚至在后续水驱阶段都会出现不同程度的结垢现象。为了预测油井结垢的时间，油田矿场上采用了检测油井采出液离子浓度的方法。发现在弱碱三元复合驱中，和结垢密切相关的就是采出液中CO32-的浓度及溶液的pH值，油田矿场上根据CO32-的浓度及溶液的pH值将油井结垢过程划分为三个阶段：结垢前期、结垢中期和结垢后期。
二三元复合驱油井结垢常见故障现象及处理方法
目前，在三元复合驱中，油井的举升方式选择抽油泵的居多，其次是螺杆泵，选用电动潜油离心泵的极少，还有一部分井采用智能提捞抽油机。这里以常规抽油机井为例列举常见的结垢故障现象及相应的处理方法。
1. 停机后启抽遇卡。
一般发生在计划停机或意外(停电、故障)停机之后，再度启机之时。此时遇卡，操作人员应马上停机并上报。
对于初次垢卡井，上级技术部门会到现场鉴定，取样复测化验离子浓度，确定是否达到了结垢的临界离子浓度值。确定确实为垢卡井或者本身就处于结垢期的井，可以采取反洗的方式进行酸洗，作业机配合活动管柱。成功启动后，再次进行酸洗，保证机采井正常生产。若酸洗不能解卡，则会上作业解卡，并对启出的设备进行进一步的鉴定、化验，确认是否为垢卡，一旦确定为垢卡，那么这口井就需要采取一定的防垢措施进行防垢。
在实施酸洗措施时一定是在确认结垢发生之后，否则，在无垢井中实施酸洗，会造成井下设备的腐蚀。所以油田矿场上，当油井初次出现结垢故障时，一定要现场鉴定，进行离子浓度复测，并对类垢物质进行化验鉴定。
2. 光杆弯曲、断脱。
结垢位置发生在抽油泵的泵筒、活塞、阀尔球等位置，致使泵在工作时卡在某个位置而不能正常运转。这种情况多发生在抽油杆下行的过程中，此时抽油泵遇卡，杆亦停止下行，而驴头正常下行，这时有可能将光杆压断或砸弯。抽油机如果达到了过载保护值，会自动停机。现场操作人员需要拉死刹车，手动停机。
这种情况需要先换光杆，再用反洗的方法进行酸洗，作业机配合活动管柱。待启机成功后，再进行酸洗，保证抽油机井正常生产。
3.抽油杆断。
卡泵后抽油机正常运转，造成抽油杆被压断或拉断，杆断后，抽油机继续运转。抽油杆断后，可能在表面上看不出来什么变化，但操作人员或技术人员可以从油井生产数据(量油不上液或液量大幅度下降，示功图呈长条状、整体在下载荷线以下，液面变浅等)的变化，或抽油机运转参数的异常(抽油机运转严重不平衡等)。一旦发现抽油机运转不平衡，就会进一步核实资料进行判定。断定杆断后需要视具体情况上小修作业或检泵作业。
三三元复合驱油井常用防垢方法
1. 三元复合驱油井结垢情况检测方法。
为了达到较好的防垢效果，必须掌握结垢规律。大庆油田经过多年的矿场试验总结了很多经验。其中根据采出液的离子浓度变化规律来指导油井的清防垢工作，非常有效。以弱碱三元复合驱为例，在8
2.化学药剂防垢法。
化学药剂防垢法是在油田矿场试验中普遍采用的防垢方法，为了有效地防垢，减少在三元复合驱见效期间问题井的发生率，延长检泵周期，一般采取井口点滴加药的方式定期给油井加入液体防垢剂。具体做法是，在油井的结垢期内，在井口安装加药箱，实施点滴加药，具体的药剂类型、加药浓度及加药频次根据采出液离子浓度来定，采出液中CO32-的浓度高的，加药浓度高，加药频次高，反之加药浓度低、频次低。通过合理加药，有效预防了油井结垢故障的发生，提高了机采井的生产时率。大庆油田某试验区，合理加药，使得结垢井的故障发生率由预测的80%减少为实际的15%，效果非常显著。
也可以将液体防垢剂固化成固体防垢块，将防垢块盛放于释放器内并置于泵筛管下,根据产液量调整用量。对于液量小于80t/d的油井,以φ70mm抽油泵为例，需要30m防垢块即可实现300天内均匀有效释放，井口检测浓度不低于3mg/L。某试验区先后在6口井进行了固体防垢块试验，其中4口井检泵周期由13天延长到294天，其余3口井免修期也达到245天以上。
由于加入的药剂呈酸性，所以在结垢期内，必须密切监测离子浓度变化，尤其是停注碱之后，一旦发现Ca2+、Mg2+离子浓度之和开始回升时，应及时确定停止加药时间，以免继续注入酸性防垢剂而使油井的井下设备腐蚀加剧，影响生产。
3.预先酸洗防垢法。
对于那些处于结垢期的油井，一旦由于维修、停电等因素停机时间过长，都可能引起再度启机时垢卡。为了更好地降低结垢故障的发生，大庆油田规定：结垢抽油机井在意外停机小于4小时的情况下，可以尝试点动式启机，如未能启动，应以反洗的方式进行酸洗；计划停机的结垢抽油机井，若停机时间超过4小时，应在停机前进行酸洗。以免再度启机时发生垢卡。
4. 应用防垢泵。
(1)长柱塞短泵筒防垢泵。
针对三元复合驱油体系结垢特点，制成了长柱塞短泵筒防垢泵。该泵一是将防砂泵的外层沉砂筒改用单泵筒及等直径的光柱塞，使 57mm泵可实现偏心测试；二是采用短泵筒长柱塞，柱塞处于泵筒外,柱塞受泵筒两端刮削和油液的扰动，不易在泵筒沉积结垢；三是采用不大于二级的间隙，减少漏失结垢；四是改进泵筒与上、下工作筒的连接方式,使 70mm泵可实现偏心测试。在某强碱三元复合驱试验驱，先后在4口因结垢导致卡泵的抽油机井上试验，其中1口井是因为油管断裂而检泵，周期为368天，检泵时发现杆管结垢厚度约为3mm，柱塞表面光滑；其余3口井免修期超过326天。
(2)小过盈螺杆泵。
小过盈螺杆泵是适当减小螺杆泵定子与转子间的初始过盈量,并在定子表面制造出微小凹纹，用于储存液体及减小摩擦。这种泵可以避免因结垢导致过盈量和摩擦系数增加进而导致的扭矩增加。某试验区先后在9口井上进行了小过盈螺杆泵试验，其中7口井平均检泵周期为317天；2口井仍在继续正常运行，免修期已超过500天。相对于未采取措施的井，其平均检泵周期为47天，检泵周期明显延长。
由于防垢泵的成本问题，三元复合驱的油井并非一投产就都应用防垢泵。一般是在进入油井结垢期后，先采用加药的方法进行防垢，一旦油井发生垢卡，酸洗解卡的成功率是很高的，一般在90%左右，若酸洗解卡不成功需要作业的，而且经作业现场鉴定确实因垢卡所致，可以申请下入防垢泵。
四结语
1. 在三元复合驱的不同注入阶段，根据油井采出液离子浓度的变化规律来确定油井结垢规律，采取在井口通过点滴加药的方式加入液体防垢剂或在井筒中下入固体防垢块等措施，可以有效防垢。油田矿场试验结果表明，通过加入防垢剂可以大幅度地延长检泵周期，减少问题井的发生率。
2. 在三元复合驱油井结垢期内，采取适当的管理方法，如计划停机超过4小时，停机前进行酸洗等，可以减少结垢故障的发生率。对于因垢卡而发生故障的机采井，用酸洗的方法进行解卡非常有效，解卡成功率在90%左右。
3. 在三元复合驱油井结垢期内，采用防垢泵可以有效防垢，延长检泵周期。抽油机井的长柱塞短泵筒防垢泵及螺杆泵井的小过盈螺杆泵都可以使检泵周期超过300天。
参考文献
[1]吕秀凤，崔凯华.提高石油采收率技术[M].北京：石油工业出版社，2012.
[2]吕秀凤. 三元(ASP)复合体系驱油技术研究及应用进展[J].鸡西大学学报，2015(8)：43-47.
[3]刘俊廷.弱碱三元复合驱机采井结垢规律及井口点滴加药防垢措施效果分析[J].内蒙古石油化工，2013(19)：70-71.
[4]刘东升.强碱三元复合驱硅结垢特点及防垢措施研究[J].石油学报，2007,18(5)：139-145.
[5]吕秀凤. 弱碱三元复合驱结垢分析及除垢技术研究[J].工程技术，2016(5)：243.
Class No.:TE358﹢.5Document Mark：A
(责任编辑：郑英玲)
Discussion of the Oil Well Cleaning and Preventing Methods with ASP flooding Technology
Lv Xiufeng
(Petroleum Engineering Department , Daqing Vocational College, Daqing, Heilongjiang 163255，China)
Abstract：The ASP flooding technology refers to alkaline, surfactant and polymer. This method can increase the recovery ratio to 20 percent than that of water flooding. The technology is in the promotion and application stage in Daqing oil field. But there are some scale problems in the injection and recovery systems because of alkali adding，which caused the scale plugging, scale locking and other problems. This paper focuses on the oil well scaling law in ASP flooding, scaling fault phenomena and processing methods, and the effective methods of scale preventing in Daqing Oilfield with ASP flooding pilot test. The viewpoint of this paper can provide a reference for the first-line technical management personnel.
Key words：ASP; flooding technology; anti scaling pump
作者简介：吕秀凤，硕士，副教授，大庆职业学院石油工程系。研究方向：油藏工程，提高石油采收率的教学及科研。
文章编号：1672-6758(2016)07-0030-3
中图分类号：TE358+.5
文献标识码：A
