西峰油田长8油藏注水开发中的结垢趋势预测

胡晓威 徐 波 孙晓光 于乐丹 康万东 张鑫君

(1. 中国石油长庆油田公司第二采油厂， 甘肃 庆阳 745100；2. 西安石油大学石油工程学院， 西安 710065)

水驱开发是目前最经济、最高效的油田开发方式。水驱开发中常见的问题是油田结垢。注入水与地层水的矿化度和离子组成有差异，它们混在一起，在一定条件下就可能在地层、井筒和管线中结垢。结垢严重时会导致堵塞，影响油气田的正常生产，甚至造成很大的经济损失。因此，科学预测油气田的结垢趋势、结垢部位，对油田开发而言意义重大。下面，以西峰油田长8油藏为研究对象，预测其注水开发过程中的结垢趋势。

1 地层水和注入水的特性

1.1 地层水的特性

已有测试结果[1-2]表明，西峰油田白马中区长81层的原始地层水的总矿化度平均为49 353 mgL，pH值6.0，水型为CaCl2型(见表1)，属于原生地层水。这反映出该区油气保存条件较好。

表1 长81层的原始地层水数据

1.2 注入水的特性

为了解注水站和配水间的水性是否一致，注水干线管道是否受到腐蚀[1]，对注水站大罐1个水样和4个配水间的水样进行了离子组成分析。从测试获得的数据(见表2)来看，注入水的pH值为8.31，注水站大罐和配水间的水样均为NaHCO4水型，总矿化度在1 100 mgL左右，均不含Ba2+、Sr2+。注水站大罐水样与配水间水样的特性是一致的，注水干线管道几乎没有受到污染。

对比表1和表2可知，注入水和地层水的矿化度、离子组成差异大，且水型不同。由此推断，注入水进入地层后可能引起硫酸盐和碳酸盐结垢。

2 结垢趋势预测

2.1 预测方法选择

2.1.1 碳酸钙结垢预测

(1) Davis-Stiff饱和指数法

Davis-Stiff饱和指数法，是根据水溶液中CaCO3的溶解平衡和H2CO3的弱电解平衡，以饱和指数(SI)来预测判断单一水的结垢趋势[3-4]。这是预测油田水中CaCO3结垢趋势较成功的方法之一。该方法主要考虑了系统的热力学条件，忽略了压力的影响，适用于温度0～100 ℃、pH值5.5～8.5、离子强度μ<6.0的水系。饱和指数按式(1)计算。结果判定：SI>0，有结垢趋势；SI=0，临界状态；SI<0，无结垢趋势。

表2 长8油藏注入水的水质分析数据

SI=pH-K-pCa-pAlK

(1)

式中： pH —— 水样的pH值；

K—— 修正系数，由不同温度时离子强度μ与修正系数K的关系图查得；

pCa—— Ca2+浓度(mol/L)的负对数；

pAlK—— 总碱度(mol/L)的负对数。

(2) Ryznar稳定指数法

Ryznar稳定指数(SAI)是Ryznar根据大量的实验数据和现场结果总结得到的一个水质判断指数[3]。稳定指数按式(2)计算。结果判定：SAI≥6，无结垢趋势；SAI<6，有结垢趋势；SAI<5，结垢趋势严重。

SAI=2(K+pCa+pAlK)-pH

(2)

2.1.2 硫酸钙结垢预测

硫酸钙结垢，一般是由不相容的水混合而产生。受水的化学组成和温度、压力等因素影响，结垢过程中可形成多种晶体，因此较难预测。

(1) 热力学溶解度法

根据水中CaSO4的溶解度来预测。此法较符合现场实际，但未考虑压力影响，适用于温度0～80 ℃、离子强度μ<2.75的水系。

(3)

式中：S—— CaSO4结垢趋势预测值，mmol/L；

Ksp——溶度积常数，由水的离子强度和温度的关系曲线查得；

(2) Oddo-Tomson饱和指数法

Oddo-Tomson饱和指数预测法，主要包括预测5种硫酸盐垢(即硫酸钡、硫酸锶、石膏、半水石膏、无水石膏)和碳酸盐垢的方法。这些方法考虑了温度、压力和离子强度对结垢的影响，可较真实地预测结垢趋势。本次研究选择其中预测硫酸钡和硫酸钙的方法[5]。

pKc(T、p、μ)

(4)

Kc=a+bT+cT2+dp+eμ0.5+

fμ+gμ0.5T

(5)

式中：IS—— 饱和指数；

Fs—— 离子的活度积与物质的容度积之比；

[Ca2+] —— 游离Ca2+浓度，mol/L；

Kc—— 条件溶度积，与压力、温度和离子强度有关；

T—— 温度，℃；

p—— 压力，MPa；

μ—— 离子强度；

a、b、c、d、e、f、g，为各种系数，与盐的种类、相态有关。

判断依据：IS>0，有结垢趋势；IS=0，临界状态；IS<0，无结垢趋势。

2.2 结垢趋势预测结果

根据水质分析结果，将采出的地层水与注入水按照不同比例混合，在一定地层温度和压力(70 ℃，18 MPa)下，按照上述预测方法，对西峰油田白马中区的碳酸钙、硫酸钙的结垢趋势进行了预测。预测结果见表3。

表3 白马中区油田水结垢趋势预测结果

由表3可知，碳酸钙和硫酸钙的2种结垢预测方法的预测结果一致，注入水和地层水均存在碳酸钙结垢趋势，而没有硫酸钙结垢趋势；注入水和地层水混合后，均有碳酸钙结垢趋势，无硫酸钙结垢趋势。

3 结 论

(1) 西峰油田长81层原始地层水，水型为CaCl2型，属于原生地层水，说明该区油气保存条件较好。

(2) 油田注入水为NaHCO4水型，这与地层水的水型不同，矿化度及离子组成差异大，注入水进入地层后，可能引起硫酸盐和碳酸盐结垢。

(3) 选择运用Davis-Stiff饱和指数法和Ryznar稳定指数法，预测了碳酸钙结垢趋势；运用热力学溶解度法和Oddo-Tomson饱和指数法，预测了硫酸钙结垢趋势。不同方法预测得到的结果是一致的，注入水和地层水均存在碳酸钙结垢趋势，而没有硫酸钙结垢趋势；注入水和地层水混合后，也只存在碳酸钙结垢趋势，而无硫酸钙结垢趋势。