岐口18-1油田井下管柱结垢原因分析

方培林，樊虹，高怡明，杨凯，权宝华

（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津300452）

岐口18-1油田井下管柱结垢原因分析

方培林，樊虹，高怡明，杨凯，权宝华

（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津300452）

随着渤海油田进入中、高含水期开发阶段，油井管柱存在不同的结垢现象，严重影响原油产量和油井的检泵周期。但酸化后短期内井下管柱结垢的现象较为少见，本文通过对渤海油田岐口18-1-P15井酸化作业后产生的垢样进行组分分析，结合酸液配方，发现井下管柱结垢原因是含磷与氟的多氢酸酸化后形成的二次沉淀造成的。通过能谱仪（EDS）对垢样成分进行了分析，不同取样点的垢样主要组成为碳酸钙，磷酸钙，有机膦酸钙，氟化钙，铁垢，黏土矿物，个别样品磷元素含量高达17%，氟元素含量高达16.4%，其结果对多氢酸酸化体系的现场应用具有重要指导意义。

渤海油田；垢样分析；二次沉淀；能谱仪

酸化是海上油田地层解堵的重要手段，垢样组成分析是除垢清洗或地层酸化解堵前的首要工作。盐酸-氢氟酸体系即土酸体系是砂岩基质酸化最常用的酸液体系[1]。由于土酸与矿物反应速度快，而酸液消耗于井眼附近，使酸化液的有效距离降低，而且使井壁岩石遭到破坏，二次沉淀会对地层有新的伤害。渤海油田使用的多氢酸液体系，解决了这两个难题。多氢酸体系是由膦酸酯类化合物和氟盐组成的混合物[2，3]，其中多氢酸提供的H+和氟盐提供的F-结合生成活性酸HF。由于膦酸酯类化合物属于多元有机弱酸，所以该体系的实质是弱酸和氟盐组成的缓冲体系，且它们由这种缓冲作用建立了一个平衡。

其主要成分为：

其中：R1、R2、R3是氢、烷基、芳基、膦酸脂、磷酸脂、酰基、胺、羟基、羟基基团等；R4、R5是由氢、钠、钾、铵或有机基团组成。

其解堵的基本原理为：膦酸复合物和氟盐发生反应生成HF，实质上与砂岩储层反应的物质仍然是HF。膦酸酯复合物可以逐步电离出氢离子与氟盐反应，缓慢生成HF和膦酸盐。由于膦酸酯复合物是逐步电离，因此控制了与氟盐反应生成HF的速度[4]。

多氢酸酸液体系具有缓速、深穿透、黏土溶蚀率低、水湿性、抑制沉淀等优点，在渤海油田成功应用并推广[5]，通过QK18-1-P15井多氢酸酸化后垢样分析，发现针对高温低压井，多氢酸酸化后若不及时返排，存在结垢的风险。

1 QK18-1-P15井酸化情况简况

QK18-1-P15井井下温度120℃，压力系数为0.62（2014年3月20日压力计显示井下压力12.97 MPa，其下入斜深2 155.6 m，垂深2 092.8 m）。2014年6月7日使用多氢酸体系酸化，作业期间循环漏失6 m3/h，总漏失量300 m3；作业后含水逐渐下降，最高日产油达60 m3，含水7%，7月17日电泵故障，累计运行40 d，检泵期间发现泵腔和生产滑套结垢严重（见图1）。

2 实验部分

称取一定量的垢样置于105℃烘箱中烘干至垢样质量不变化；使用已称重的滤纸包裹一定量的垢样，使用90℃～120℃沸程石油醚进行抽提；将抽提后的垢样置于110℃烘箱中烘至质量不变化。进行如下实验：

2.1 垢样成分检测

成分检测实验：X射线能谱仪（EDS）测垢样晶体矿物种类和元素含量。

2.1.1 X射线能谱仪（EDS）分析能谱仪是用来对材料微区成分元素种类与含量进行分析，配合扫描电子显微镜与透射电子显微镜的使用。各种元素具有自己的X射线特征波长，特征波长的大小则取决于能级跃迁过程中释放出的特征能量ΔE[6]，进行元素定性、定量分析，能谱仪就是利用不同元素X射线光子特征能量不同这一特点来进行成分分析的。因此，本次检测通过能谱仪（EDS）分析可以得出样品元素含量，分析垢样来源。不同样品能谱仪检测结果汇总（见表1）。

表1 扫描电镜元素分析

图1 QK18-1-P15井酸化后泵腔与生产滑套结垢图

从表1可以看出样品1/2/3/4/5垢样所含元素有较大差异，其中样品1，3，4中C，O，Ca，Mg，Fe元素总含量占总质量的85%，推测主要组成为CaCO3，MgCO3，FeCO3等。样品2检测16.41%的F元素，推测为含氟的二次沉淀，如：CaF2，Na2SiF6。样品5含P含量17.01%，主要为CaCO3、Ca3（PO4）2，有机膦酸钙等。

2.2 溶蚀实验

酸溶实验：取一定量垢样加入酸体系进行溶解，待酸溶解反应进行完全后过滤，并用蒸馏水冲洗，将冲洗后的垢样置于烘箱中烘干称重。通过溶蚀实验制定合适的解堵方案。

（1）配制酸体系：取20 g的工业盐酸（37%）加入到54 g蒸馏水中配制成10%的盐酸溶液。配制10%无机垢清洗剂（主要成分为氨基磺酸与有机羧酸）的酸体系74 g。

（2）样品按照颜色深度分为样品6和样品7，样品6深灰色，样品7灰白色，每组2 g，准确称量其垢样质量（1 g），分别按固液比1∶20加入到配制好的酸体系中进行酸溶实验。

（3）酸液置于50℃水浴反应4 h后，观察2种酸体系对样品的溶解情况，计算溶蚀率并测量反应后pH（见图2）。

图2 烘干后酸反应前垢样（左侧样品1，右侧样品2）

表2 样品6、7与酸体系反应4 h后数据

实验现象与结论：（1）反应前后酸体系pH值变化不大，呈酸性，酸液过量；（2）10%盐酸和10%无机垢清洗剂对垢样均有一定的溶解能力，其中盐酸对其溶蚀率较大，10%无机垢清洗剂对其溶蚀率相对较弱，可选择盐酸做解堵液；（3）反应放出二氧化碳气体，质量损失部分多为碳酸钙成分。

3 结果与讨论

由于多氢酸体系含磷与氟元素，垢样元素扫描也发现磷与氟元素，地层岩性分析未发现此二种元素，因此沉淀可推测为该井酸化后产生的二次沉淀。以二次沉淀垢样中氟化钙与磷酸钙含量的计算为例，根据元素分析法[7]得到，垢样中含氟率除以氟化钙的含氟率48.7%，垢样中含磷率除以磷酸钙的含磷率20%，可计算垢样中氟化钙含量为34%，磷酸钙含量3.37%～7.42%。滑套处磷酸钙含量较高，该样品是灰白色，酸不溶，较难去除。有机膦酸可以用于90℃以下，当使用温度高于100℃时，溶蚀与阻垢分散性能会受到不同程度影响，当温度较高时，易形成难溶的有机膦酸钙。

4 结论

QK18-1-P15井井下垢样不同点的成分有较大的差异，通过能谱仪元素分析，垢样的氟元素与磷元素来自多氢酸体系。其中氟化钙，磷酸钙，有机膦酸钙可能为多氢酸酸化后未及时返排，在高温作用下产生的二次沉淀，影响酸化解堵效果。针对多氢酸酸化后形成的二次沉淀，使用盐酸可以部分解除。因此针对高温低压井，酸化液应选择抗温体系，酸化后及时返排，避免形成二次沉淀再次堵塞地层。

［1］纪凤勇，刘小娟，宇文博，吴秀杰.多氢酸+氧化复合酸解堵工艺应用及评价［J］.石油化工应用，2011，30（9）：19-23.

［2］张宁星.多氢酸酸化解堵技术在欢喜岭油田的应用［J］.石油钻采工艺，2010，32（6）：136-138.

［3］郭文英，赵立强，曾晓慧.多氢酸酸液体系的性能评价［J］.石油与天然气化工，2007，36（2）：139-141.

［4］陆杏英,李秀存.多氢酸深穿透酸化应用效果分析［J］.内蒙古石油化工，2011，（12）：142-144.［5］杨子，冯卫华，施洋，等．多氢酸酸化技术在海上油田中的应用与研究［J］.石油化工应用，2014，33（2）：59-62.

［6］蒋维军．岐口18-2油田井下机组结垢原因［J］.油气田地面工程，2014，33（1）：30-31.

［7］尹先清，靖波，张健，等．元素-红外分析法测定海上油田含聚油泥中聚合物的含量［J］.分析测试技术与仪器，2013，19（4）：222-225.

Scaling cause analysis for downhole string in QK18-1 oilfield

FANG Peilin，FAN Hong，GAO Yiming，YANG Kai，QUAN Baohua
（CNOOC Energy Technology&Services Ltd.，Drilling&Production Company，Tianjin 300452，China）

The Bohai oilfield is stepping into the middle and high water cut stage.There are different degrees of scaling in downhole string,seriously affected the oil production and pump maintenance period.But the downhole string scaling phenomenon formed shortly after acidification is rare.This paper measured the sample content which was the scale of the well QK18-1-P15 after acidizing.Compared with the acid formula,we found the secondary precipitation scale is caused by multi-hydrogen acid which contains phosphorus and fluoride.By means of EDS,the composition is analyzed.The different sampling point of scale is mainly composed of calcium carbonate,calcium phosphate,organic phosphonic calcium,calcium fluoride,iron,clay minerals.Some samples phosphorus element content is up to 17%,fluorine element content is up to 16.4%.The result is great significance of multi-hydrogen acid for filed application.

Bohai oilfield；scale analysis；secondary precipitate；EDS

TE358.5

A

1673-5285（2016）01-0107-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.01.029

2015－11-24

方培林，工程师，2007年毕业于中国石油大学（北京）化学工程与工艺专业，现从事储层保护技术研究和储层保护工作液应用工作，邮箱：fangpl@cnooc.com.cn。