大港油田卤水压井液结垢问题治理研究

尤秋彦 宋晓莉 薛子钰 廖兴松 樊松林

1. 中国石油大港油田公司石油工程研究院油层保护中心, 天津 300131; 2. 中海油天津化工研究设计院有限公司, 天津 300131; 3. 山东大学海洋学院, 山东 威海 264209

0 前言

近年来随着油田注水工程的开展,油层压力呈现恢复乃至上升的良好趋势,所以修井作业对中密度压井液的需求也在逐步增加[1-3]。油田上常用的压井液为甲酸盐体系或者卤水体系,其中甲酸盐体系性能优良但成本太高,而卤水廉价易得,因此应用较广。目前油田常用的卤水体系压井液主要为盐卤和钙卤两种,但其矿化度高,直接使用时会形成质地坚硬、附着牢固、难以清除的垢层,对生产造成诸多不便：地层结垢会堵塞近井地带的液流通道,造成油井产液量降低;井筒结垢会造成卡泵,堵死筛管,增加生产作业的躺井时间和停产次数;此外垢层还会引发金属局部腐蚀，严重时可使管线、设备穿孔,造成破坏性事故;更甚者,卤水进入地层与地层流体发生乳化作用,对中低渗透层造成水锁伤害,直接导致地层产量下降。为避免传统卤水体系高矿化度造成的损害,对卤水体系进行改性,制备既廉价又可避免带来二次伤害的改性卤水压井液成为当今研究的热点[4-8]。

根据大港油田的地层特点筛选了三种新型无磷阻垢剂,对卤水压井液进行改性,通过对成垢离子螯合分散和抑制晶格畸变的作用,改变垢的结晶型态,促使其溶解,来实现阻垢的目的[9-12]。改性后的卤水不仅能够阻止或减少卤水结垢并提高卤水进入地层后的返排[13-14]能力,而且对各大站地层水及回注水均取得不结垢或降低结垢程度，不形成硬垢或推迟结垢时间的效果。

1 实验部分

1.1 研究思路与目的

以大港油田的典型地层水为研究对象,用阻垢剂对不同水样及其在钙卤、盐卤中的阻垢性能进行综合评价,通过实验模拟地层温度,观察不同时间的结垢情况和钙离子保留率指标,研究出合适的阻垢配方并对卤水进行改性,达到改性后的卤水不结垢或降低结垢程度、不形成硬垢或推迟结垢时间的目的,解决了卤水压井液结垢堵塞地层的问题。

1.2 实验材料

试验材料:阻垢剂WJ-1、TJ-302、TS-6,十二烷基硫酸钠,具塞比色管,EDTA标准溶液,盐酸溶液,滴定管。

盐卤水:成分为Na2SO4、CaCl2及NaCl、MgCl2等,密度为1.21～1.26 g/cm3。

钙卤水:成分为CaCl2及少量CaSO4、MgCl2、NaCl等。中密度1.30～1.36 g/cm3,高密度可至1.46 g/cm3。

实验水样:取自大港油田各大站的地层水,见表1。

表1 大港油田地层水分析表

1.3 实验方法

1.3.1 地层水阻垢性能试验

取一定量的地层水加入阻垢剂,封闭情况下置于90 ℃水浴中,恒温一段时间后,取出放置至室温目测观察比色管中的结垢情况,再取上层清液,用EDTA标准滴定法测定游离钙含量,计算出钙保留率。

钙保留率T%,按式(1)计算:

(1)

式中:V1为滴定上层清液消耗的EDTA标准滴定溶液体积,mL;V0为滴定地层水样消耗的EDTA标准滴定溶液体积,mL。

1.3.2 地层水卤水混合液阻垢性能试验

取一定量的卤水置于比色管中,加入一定量的阻垢剂和地层水,摇晃使其充分溶解,再将比色管放于90 ℃水浴中,恒温一段时间后,取出放置至室温目测观察比色管中的结垢情况,随后过滤出钙垢,用去离子水洗涤滤出的垢及比色管壁上残留的垢,用盐酸将垢样全部溶解,收集起来用EDTA标准液测定钙垢的质量。

2 实验结果

2.1 阻垢剂对地层水的阻垢效果

用WJ-1、TJ-302、TS-6三种阻垢剂,分别以王徐庄、小集及王官屯三个油田的地层水各50 mL为样本进行阻垢实验,考察此三种阻垢剂对不同水质地层水的阻垢性能。

表2为王徐庄、小集及王官屯油田地层水阻垢评价表。由表2可知,王徐庄地层水为NaHCO3型,HCO3为 6 000 mg/L左右,90 ℃下,WJ-1的加入对王徐庄地层水阻垢效果不明显,TJ-302在短时间内有一定的阻垢效果,但是超过48 h就有垢生成,而TS-6对王徐庄地层水有明显的阻垢效果。小集地层水为CaCl2型,矿化度为 34 660 mg/L,TS-6对其阻垢效果不佳,TS-302加入小集地层水后在短时间内有絮状漂浮,随着时间的延长,漂浮物减少。WJ-1效果比前两者略好。针对小集地层水,WJ-1/TJ-302复配后效果较好,药剂配比在 4∶1 时能达到阻垢要求。王官屯地层水为CaCl2、NaHCO3混合型,在90 ℃条件下很快会沉淀,单一阻垢剂无法达到阻垢要求,复配效果比较好,当WJ-1、TJ-302、TS-6配比为4∶1∶3时效果最佳。

2.2 阻垢剂对钙卤水阻垢效果

将WJ-1、TJ-302、TS-6三种阻垢剂分别加入密度为1.30 g/cm3的钙卤中,加药量为100 mg/L,混合均匀后再与浓度为 3 000、5 000、7 000 mg/L的NaHCO3溶液以1∶1比例混合,在90 ℃水浴中加热,考察其阻垢效果,见表3。

表2 王徐庄、小集及王官屯油田地层水阻垢评价表

表3 阻垢剂在钙卤中对的阻垢影响表

表4 WJ-1在高密度钙卤中对阻垢分析表

2.3 阻垢剂对盐卤阻垢性能研究

表5 WJ-1对盐卤阻垢分析表

2.4 改性压井液对回注水的应用

将WJ-1、TJ-302、TS-6与卤水压井液复配,制备改性卤水压井液。改性钙卤压井液:钙卤+1%～3%WJ-1+0.2%十二烷基硫酸钠。改性盐卤压井液:盐卤+1%～3%WJ-1+1%～3%TS-6+0.2%十二烷基硫酸钠。对上述配方进行各项指标测试,结果见表6。

由表6可知,改性卤水压井液可使钙保留率达到≥90.0%,渗透率恢复率达89%,达到了预期研究的目的。

由于各大站回注水需注入地层,回注水中含有多种成垢因素,因此需要进一步考察改性卤水与各大站回注水的反应效果。现场取马西、板大站、西一联、西二联、东二污回注水,按改性卤水∶回注水=1∶1的配比进行实验,见表7。

实验结果表明,短时间内盐卤与各大站回注水不产生沉淀,但在长时间加热条件下会有垢产生。改性后的钙卤与各大站水样反应阻垢效果明显。阻垢效果见图1。

表6 改性卤水压井液理化指标表

表7 改性卤水与部分大站回注水阻垢试验表

图1 表7中各个配方下的阻垢效果图Fig.1 Scale inhibition effect of each formula in Table 7

未改性的盐卤或钙卤与各站回注水混合,常温下均不结垢,但在90 ℃下会产生不同程度结垢,西一联、板大站较严重，东二污、马西、西二联轻微结垢。然而卤水改性后，与各站水混合，在90 ℃加热的条件下除个别有少量絮状物生成外均无硬垢生成。

3 结论

采用三种阻垢剂WJ-1、TJ-302、TS-6对中高密度的盐卤及钙卤进行改性。WJ-1可阻止 5 000 mg/L NaHCO3水样在钙卤中结垢,同时可以阻止 3 000 mg/L NaHCO3水样在盐卤中结垢。WJ-1与TS-6配伍后能阻止300 mg/L Na2SO4在钙卤中结垢。采用改性后的卤水对各大站水样进行阻垢实验,其钙保留率≥90.0%,渗透率恢复率可达89%。结果表明改性后的卤水能够达到不结垢或降低结垢程度、不形成硬垢或推迟结垢时间的效果,解决了钙卤在高盐高碱地层结垢的问题。