锦州9-3油田井下管柱结垢原因分析

2018-05-22方培林高永华甄宝生

石油化工应用 2018年4期

方培林，高永华，甄宝生

（1.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300451；2.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300451）

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。氟硼酸体系即土酸体系是砂岩基质酸化最常用的酸液体系[1]，但同时存在酸岩反应速度快、有效作用时间短、近井带过度溶蚀等问题，且酸化过程中产生的氟硅酸、硅铝酸、氟化钙沉淀，硅胶薄膜扩散及沉淀，会堵塞孔吼对储层造成严重的二次伤害[2]。

通过JZ9-3-W5-6井氟硼酸酸化后垢样分析，发现氟硼酸酸化后若不及时返排，将产生大量含氟元素的二次沉淀。

1 JZ9-3-W5-6井酸化情况简况

JZ9-3-W5-6是W平台的一口油井，于1999年10月29日投产。2015年1月重新防砂，射孔层位为东二下段Ⅰ、Ⅱ油组，有效厚度17.3 m，油藏中深1 713.75 m，油层温度56.59℃，基准面处地层压力14 MPa，防砂方式为筛管砾石充填防砂。2015年6月9日采用氟硼酸笼统酸化，作业后产状未改善，随后液量生产维持在50 m3/d左右。2017年4月5日采用有机酸进行酸化解堵作业，在进行第二段酸化作业排液时电流瞬间上升至70 A，怀疑泵卡，尝试正反洗、柴油浸泡、挤破胶剂、解堵药剂浸泡、低频解卡等措施均不能恢复。检泵作业起出管柱，带孔管以下至顶封以上油管外壁发现大量垢样。

分析2015年酸化作业井史，JZ9-3-W5-6井在2015年5月进行过酸化，酸化工作液及配方（见表1）。

2 地层水结垢趋势预测

通过地层水分析结果进行结垢趋势预测（见表2），常用预测碳酸钙结垢趋势的方法为饱和指数（SI）法[3]。

饱和指数：SI=pH-（K+pCa+pAlk）

式中：pH－水的实际pH值；K－常数，为水温与离子强度的函数，可由离子强度和水温的关系曲线求得；pCa－钙离子浓度的负对数，pCa=-lg[Ca2+]，其浓度单位为 mol/L；pAlk－总碱度浓度的负对数，pAlk=-lg[CO32－+HCO3-]，其浓度单位为mol/L；SI<0表示水中碳酸钙未饱和，不结垢；SI>0表示结垢；SI=0表示稳定。

通过计算发现，随着井底温度的升高，结垢趋势先降后升，在井底结垢趋势达到最强（SI=1.54），井底结垢可能较严重（见图1）。

表1 JZ9-3-W5-6井酸化液及配方表

表2 JZ9-3-W5-6井地层水分析结果

图1 JZ9-3-W5-6井结垢趋势预测图

3 垢样成分分析

3.1 垢样溶解实验

取少量垢样烘干，发现垢样较硬，含油较少，有较多蜂窝状溶蚀孔，孔洞呈圆形、椭圆形及不规则状，垢样外观（见图2）。

图2 JZ9-3-W5-6井油管垢样外观图

使用浓度10%盐酸溶解，发现垢样基本不溶，无气泡产生，垢样形态未发生变化，垢样不含盐酸可溶的碳酸盐。孔洞形成原因，钙镁垢等酸可溶部分被溶蚀同时产生气体形成的。

3.2 垢样成分检测

采用德国蔡司Zeiss EVO MA15扫描电镜进行垢样形态及元素含量分析。通过扫描电镜（SEM）判断垢样形态，对不同形态样品进行分类。通常与X射线能谱仪（EDS）配合使用用来对材料微区成分元素种类与含量进行分析[4]。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，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[5，6]。

3.2.1 扫描电镜（SEM）垢样微观形态分析垢样形态分析如下：

（1）一般在低倍下观察颗粒全貌、孔隙发育及连通情况。放大17倍（见图3），可发现垢样表面很多蜂窝状孔洞，推测为钙镁垢等碳酸盐被溶蚀同时产生气体形成的。

图4 JZ9-3-W5-6井扫描电镜垢样不同位置微观图

（2）通过垢样放大80倍（见图4），观察垢样表面的微观形态。发现颗粒表面有明显的溶蚀现象，同时发现垢样主要有2种形态。分别为多面体块状物（见图5）与鳞片叠片状堆积物（见图6）。

（3）多面体块状物（见图5）具有四角三八面结构，与石英六方双锥体结构相似，推测为次生石英。

（4）鳞片叠片状堆积物（见图6）不同于原生绿泥石及伊利石黏土矿物特征，排列紧凑整齐，复合二次沉淀析出特征，推测为次生硅铝酸盐黏土矿物。

3.2.2 X射线能谱（EDS）分析在放大80倍区域内选择不同形态的垢样进行元素分析。对块状与鳞片状两种形态垢样分别取3个点，共6个点，块状物分别标记 Spot1，2，5。鳞片羽毛状堆积物标记为 Spot3，4，6，取点情况（见图7）。

不同取样点能谱仪检测元素含量结果汇总（见表3）。

表3 扫描电镜元素分析

从表3可以看出样品Spot1～6元素差异不大，平均含氟量在 40%，Ca，Mg 元素含量较低，Na，K，Al，Fe元素总含量接近50%。

图5 JZ9-3-W5-6井扫描电镜垢样不同位置微观图

图6 JZ9-3-W5-6井扫描电镜垢样不同位置微观图

图7 JZ9-3-W5-6井扫描电镜垢样6个测样点

图8 样品Spot1能谱元素定量分析

氢氟酸、氟硼酸处理地层时，在解堵的同时，副作用很大，特别是砂岩矿物与氢氟酸或氟硼酸体系的反应产物往往会对地层造成新的伤害，产生的沉积物主要有不溶性氟化物、氟硅酸盐、氟铝酸盐及硅胶等[7]。本次垢样取得时间距最近1次酸化不足1个月，垢样中钙镁元素较低，分析原因为：2017年有机酸酸化将钙镁垢溶出，剩余残渣为2015年氟硼酸酸化产生的不溶性氟化物。在有机酸化后，管壁垢样松散并被剥离，随产液带入电泵，导致了本次排酸过程中的泵卡事故。