基于EDTA 解除电潜泵堵塞在鲁迈拉油田的应用

2018-07-11王喻雄

非常规油气 2018年3期

徐　浩，李　濛，王喻雄

(1.中国石油国际勘探开发有限公司，北京　100034；2.中海油研究总院有限责任公司，北京　100028)

鲁迈拉油田是位于伊拉克南部的超级巨型油田，是世界第三大在产油田[1-4]。Upper Shale油藏是鲁迈拉油田的主力油藏，在过去几年中，由于北鲁迈拉Upper Shale油藏枯竭式开采导致的油藏压力下降，越来越多的自喷井开始停喷。

为了使这些停喷的油井尽快复产，油田采用了大规模安装电潜泵(ESP)的方式。然而，在新电潜泵井投产后不久，许多电潜泵即在试运行期间或其后不久发现卡泵问题，导致电潜泵损坏及油井无法生产，造成巨大的产量损失。同时，在采用修井机更换掉这些损坏的电潜泵后，新更换的电潜泵仍然面临同样的问题，即在试运行期间或其后不久很容易卡泵而导致电潜泵损坏。

本文通过实验室样本发现硫酸盐结垢是造成电泵卡泵的主要原因，进而通过试验筛选出EDTA是溶解该硫酸盐结垢的最佳化学品。

通常情况下，EDTA被广泛应用在工业和医疗领域，国内外未有将EDTA应用在石油工业领域的报道，本文首次对应用EDTA 解除电潜泵堵塞的原理、作业步骤及注意事项进行了介绍，为将该技术应用在其他油田解决类似问题提供了参考。

1　实验室分析结果

为了解决电潜泵卡泵的问题，通过修井机作业将损坏的电潜泵从井下提出并送至实验室进行卡泵原因分析。

通过对损坏的电潜泵进行拆解，可以观察到在电潜泵内部附着有大量的沉积物(图1)。借助于扫描电子显微镜对电潜泵内附着的沉积物进行观察，沉积物呈片状晶体(图2)。

图1　损坏的电潜泵内部附着的沉积物Fig.1　The scale in internal part of plugged ESP

对电潜泵内部沉积物进行取样后，通过光谱仪进行元素测定可以发现沉积物中钙元素(Ca)与硫元素(S)的比率为1，这表明硫酸钙(CaSO4)是沉积物的主要组分(图3)。

图2　扫描电子显微镜成像Fig.2　Scanning electron microscope result

图3　光谱仪分析结果Fig.3　Spectrograph analysis result

2　溶解性试验及化学品优选

2.1　混合溶剂配方的确定及注意事项

为了确定用何种化学品可以溶解掉将从电潜泵内部获得的结垢样品，进行了混合溶剂结垢样品溶解性试验，试验中所采用的4种混合溶剂的配方见表1。确定混合溶剂配方时的注意事项如下：

(1)考虑到泵入井下的化学品对电潜泵的腐蚀性，基于安全性的考虑，试验化学品配方不能单独采用以盐酸(HCl)等强酸为主的溶剂，而应该采用以非强酸性液体为主的混合溶剂。

(2)考虑到化学品对硫酸钙(CaSO4)的溶解性以及与地层流体的配伍性，优选出以EDTA及U106两种化学试剂为主的、配合5%甲酸(HCOOH)为辅的4种混合溶剂配方组合来参与试验，进而优选出最佳组合并进行油井现场试验。

(3)甲酸(HCOOH)是一种有机酸，它的酸性比碳酸强，比盐酸弱。试验混合溶剂配方中加入5%的甲酸既可以帮助溶解结垢样品中的硫酸钙(CaSO4)及其他有机杂质，其较弱的酸性、腐蚀性又可以保证电潜泵的安全性。

(1) 灌浆材料中的块状渣体含量对化学灌浆固结效果影响明显，块状渣体占比越高(由5%提高至10%)，其孔隙率相对增大，浆液扩散越容易，固结强度越高。

(4)为了减少混合溶剂对井下管柱、电潜泵的腐蚀性，依据常规井下作业要求，4组混合溶剂配方中均加入了1%阻蚀剂。

表1　混合溶剂配方Table 1　Mixed solvent recipes

2.2　试验结果及化学品优选

表2是4种混合试剂配方溶解性试验的结果，从试验结果中可以看出：

(1)以EDTA(乙二胺四乙酸)及U106化学试剂为主的4组配方均能较好地溶解试验样品。

(2)加入甲酸后的混合溶剂配方(配方1、配方2)较单独采用EDTA或U106溶剂的配方(配方3、配方4)对样品的溶解性要高。

(3)以EDTA为主的配方组合(配方1、配方3)较以U106为主的配方组合(配方2、配方4)对样品的溶解性要稍高。

根据试验结果，考虑到U106化学试剂较高的价格及EDTA化学试剂价格便宜、容易获得的特点，经过化学试剂优选后，决定以配方1来进行井下现场试验。

表2　样品溶解试验结果Table 2　Samples dissolution experiment results

3　作业步骤及注意事项

3.1　作业井井况

R-XXX井是北鲁迈拉油田Upper Shale油藏的一口生产井，该井停喷后于2017年安装了新电潜泵后恢复生产，初始日产油275 t/d。但该井在新电潜泵试运行期间即发生了电潜泵卡泵现象，多次尝试重启电潜泵均无效。因此，决定尝试按照表1中的配方1泵入EDTA混合溶剂至该井电潜泵内部来溶解堵塞电潜泵的沉积物，其后再尝试重启电潜泵恢复油井生产。混合溶剂配方及用量见表3。

表3　混合溶剂配方及用量Table 3　 Mixed solvent recipe and volume

3.2　作业步骤

(1)将所需设备运至井场。

(2)依照表3内混合溶剂配方及用量准备953.88 L的混合溶剂用以冲洗电潜泵。

(3)保持环空打开，向井筒内泵入2750.35 L比重为1.15的盐水作为前置液来冲洗电潜泵内部，将液体反排至井场地面废液池内。

(4)泵入953.88 L的混合溶剂，之后泵入12750.20 L比重为1.01的盐水作为后置液。

(5)等待24 h以便混合溶剂在电潜泵内部与沉积物进行反应并使井下电潜泵两端的压力平衡。

(6)尝试重启电潜泵并将油井产出的液体反排至井场地面废液池内。

(7)如重启电潜泵成功，则继续观察地面反排液体，直至所有的混合溶剂都反排到了地面废液池内，此后待电潜泵运行稳定后将油井导入至地面脱气站进行生产。

3.3　作业注意事项

(1)作业时选用比重为1.15的重盐水作为前置液，其目的是用重盐水将电泵以下至人工井底的井内流体替换并返排至地面废液池内，同时用重盐水作为屏障，防止其后泵入的混合溶剂流入储层内进而对储藏产生伤害。

(2)泵入前置液的容量需要根据井内电泵安装深度、人工井底深度、生产套管尺寸等参数计算得出，前置液的体积用量等于电泵安装位置以下至人工井底的空间体积。

( 3)泵入混合溶剂和后置液的体积之和应等于井口至电潜泵吸入口之间的空间体积，这样可以使泵入的液体均滞留在油管和电潜泵内部，避免泵入的混合溶剂从电潜泵以下流入到环空中进而对电潜泵外侧的电缆造成腐蚀。

(4)泵入前置液、混合溶剂、后置液时需要控制泵入压力，泵入压力应根据电潜泵的特性曲线来确定，且泵入压力应在电潜泵特性曲线确定的作业压力范围内，以免过高的泵入压力对电潜泵造成损坏。

(5)如作业完成后电潜泵未能重启，则应再重复作业一次，尝试再次用EDTA混合溶剂溶解电潜泵内部的沉积物。鲁迈拉油田的作业经验表明，大部分第一次作业未能重启的电潜泵在第二次作业后均能成功重启。

(6)如电泵在两次作业后仍未能重启，则需要后续采用修井机作业更换损坏的电潜泵。

4　效果分析与讨论

R-XXX井的作业时间为1天，在作业之前，该井因电潜泵卡泵而关停，采用EDTA混合溶剂作业后，该井的电潜泵得以成功重启，使得该井恢复了生产。根据从R-XXX井获得的成功作业经验，其后又对鲁迈拉油田许多出现类似卡泵情况的电潜泵井进行了EDTA混合溶剂溶解沉积物作业，成功率达到95%(表4)。该作业方案的成功应用，说明使用EDTA混合溶剂对因硫酸钙沉积导致卡泵的电潜泵井进行冲洗是一种经济有效的作业方案，该方案省去了卡泵后等待修井机作业更换电潜泵的时间，减少了产量损失，同时相对于传统修井机作业更换电潜泵节约了作业费用。

表4　作业结果统计Table 4　Operation result statistics

通过实验室测试，可以明确是硫酸钙沉积物造成了电潜泵的卡泵现象。在井筒中，主要有两种硫酸钙的来源，其一是在安装新电潜泵的修井作业期间，硫酸钙可能来自修井机作业中所使用的含有高硫酸盐组分的盐水，这通过对盐水样品采样后经实验室检测得以验证。硫酸钙的第二个主要来源是储层产出水，储层产出水主要是天然地层水和来自附近注水井的注入水的混合物。

为了弄清硫酸盐的来源，在其后的修井机作业中将含有高硫酸盐组分的盐水替换为硫酸盐组分很低的盐水，但发现新安装的电潜泵仍然会出现经常卡泵的问题。这说明硫酸钙的主要来源是来自储层的产出水，而不是来自修井机安装新电潜泵时所使用的盐水。

此外，在电潜泵中形成硫酸钙沉积可能的原因是当电潜泵在运行时，电潜泵马达附近的温度远远高于井筒内电潜泵周围流体的温度，而电潜泵马达附近的高温、高压环境导致了地层流体中的硫酸钙开始沉积在电潜泵的吸入口附近，日积月累最终导致电潜泵出现卡泵现象。此外，在鲁迈拉油田还观察到安装在低产液量井中的电潜泵比安装在高产液量井中的电潜泵更容易发生卡泵的现象，这可以解释为在低产液量的井筒中，通过电潜泵的流体速度较低，电潜泵马达的高温可以使流经电潜泵的流体温度高于其在高产液量井筒中的温度，更高的温度使得安装在低产液量井中的电潜泵更容易产生硫酸钙的沉积现象，进而造成电潜泵的卡泵。