防垢器在油井防垢治理中的适应性分析

王敏(大港油田第二采油厂，河北 黄骅 061100)

防垢器在油井防垢治理中的适应性分析

王敏(大港油田第二采油厂，河北 黄骅 061100)

在油田开发过程中，结垢现象的发生给油田开发带来诸多危害，油井井筒结垢造成杆管偏磨、腐蚀，堵塞，泵卡等问题，严重影响油井正常生产。通过对不同区块油井结垢机理的研究，认识了油井结垢原因，针对不同区块地质情况、结垢成分等因素选择合适的防垢器有效延长油井免修期。

结垢油井;固体防垢器;金属防垢器

1 生产现状

所研究区块目前有重点结垢井近15口，占该区块开井数的8.50%，平均免修期110天，日产油54.2吨，占产6.69%。其中抽油机井14口，电泵井1口。

从这15口结垢严重油井来看，这些井普遍存在原油中蜡、垢含量高，凝固点高，且油品物性差，结垢严重，常出现杆管偏磨、腐蚀，堵塞，泵卡等问题。结垢井作业过程中，因结垢导致管杆磨损严重，以及抽油杆发生断脱的问题，在各结垢井均有发生。通过垢样化验分析，发现结垢井主体垢为碳酸钙和硅酸盐成分或碳酸钙成分。

2 防垢器的作用原理和应用

2.1 结垢基本概述

油田产出液中含钙、镁、铁、锶等金属离子，产出液的矿化度高达几万PPM，因此在油田开发中液体流动的各个环节，都存在结垢的可能性。

油田结垢通常是多种无机盐和油垢的混合物，最常见的垢物成分是CaCO3，占80%以上，其次为NaCL、CaSO4、BaSO4、Fe2O3、Fe（OH）3和部分有机物和及少量泥砂晶核垢的存在。

2.2 结垢机理

油田结垢大体可分为两种情况：

（1）温度、压力、等热力学条件改变，导致水中离子平衡状态改变，结垢组分溶解度降低而析出结晶沉淀。

（2）离子组成不相溶的水相混合物而产生沉淀。结垢的形成可表示如下：

Ca2++CO32-CaCO3

Ca2++SO42-CaSO4

Ba2++SO42-BaSO4

分子结合和排列形成微晶体，然后产生粒子化过程中，大量晶体堆积，沉积成垢。

2.3 常用防垢技术

目前油田常用防垢技术有磁防垢、化学防垢和电化学防垢。

2.3.1 磁防垢机理

磁防垢机理：能量转换和传递，通过磁场作用影响流体的结晶动力学，使流体中的垢离子能改变，电导率变化使水中离子浓度和迁移率变化，使井液不易沉积结垢。

感应磁场机理：流体介质在强磁场作用下形成极性分子，分子相互排斥产生扭曲、变形、反转和震动使垢晶不易沉积。

2.3.2 化学防垢机理

增溶作用：利用含羟基或磺基功能团的高分子防垢剂发生络合反应，生成可溶性的络合物或鳌合物防垢。

分散作用：利用聚羧酸阴离子溶于水后离解成带负电的聚离子，使垢离子吸附在聚离子的分子链上呈分散状态悬浮于流体中。

静电斥力作用：低分子量的高分子阻垢剂具有较强的电荷密度，可以产生离子斥力，阻止流体中的无机盐微粒相互接触。

晶体畸变作用：防垢剂的高分子络合能力阻碍和干扰无机盐垢的正常生长，打乱了晶体的正常排列，致使垢晶发生畸变不能结成硬垢，而松散的垢晶在流体的冲刷下被带走。

2.3.3 电化学防垢机理

电化学原理，其本质是金属表面的原子发生电离，利用阴极保护，牺牲阳极原理，改变结垢点附近的电场和电解质的反应方向，从而阻止井下结垢。牺牲阳极合金是一种易消耗材料，在介质中生产Al2O3薄膜吸附在管壁上阻止垢晶的沉积。

2.4 研究区块主要应用防垢技术

2.4.1 固体防垢器

固体防垢器性能：分离晶核，抑制晶核长大，防止沉积。

技术参数：

耐温等级：60℃、80℃、110℃。

最大外径：φ107mm、φ102mm

防垢率：＞95%

流速：＜1m/s

有效发生电量：≥1.1 A.h/g

电流效率：≥65%

适用套管：51/2（其他规格根据用户要求定制）

单套配备：单节4m

推荐适用排量范围：5-20m3/d

应用举例：庄47-6井在研究期间两次因结构卡泵，结合作业通过采用空心桥塞+固体防垢器的工艺，首次开展电泵井井筒工艺防垢并一次性取得成功，作业后该井一直生产稳定，现已正常生产190天以上。

2.4.2 金属防垢器

金属防垢器的核心部件采用了一种由7种具有不同带负性电的金属元素高温化合制成。流体介质以一定的流速流经该触媒材料后，触媒材料可向流体释放电子，改变流体静电位，使流体产生极化现象，流体中的阴、阳离子不易结合形成垢，同时能使已板结的垢块逐渐溶解、脱落，达到防垢的目的。

应用举例：扣49井油层埋藏深，是低孔、中渗高饱和油藏，目前采用抽油机有杆泵小泵深抽举生产升工艺方式。在使用金属防垢器前免修期为108天，实施使用金属防垢器后长寿天数为200多天。

3 结语

通过不同防垢器的试验应用得到以下经验：针对不同区块地质情况不同，其结垢的成分、成因均存在差异，因此在对待不同的区块结垢问题，应通过实验效果对比分析得到最优化最合理的治理办法和工艺应用。

防垢器选井条件：带磁防垢器（磁防垢）不适于垢体中带有铁元素的结垢井；固体防垢器(化学防垢剂）不适用于硅酸盐垢体的结垢井；金属防垢器（电化学触媒）不适用于大液量油井。