高矿化度储层储气库井筒结盐机理研究

段雨安，王述银，薛贺让，寇松林

（西安杰源石油工程有限公司，陕西西安 710014）

地下储气库在注气和采气周期性运行过程中，井筒的温度和压力等条件发生变化[1]，导致地层水中的矿物质离子从水中析出，凝结成盐，堵塞近井地带和井筒，严重影响地下储气库的正常运行[2]。

目前我国X 储气库虽采用一定方式清除井筒内的盐垢，但随着储气库运行周期的增加，结盐趋势不可避免，结盐情况会加重[3]。因此开展地下储气库井筒内的结盐机理研究，对含高矿化度地层水的地下储气库井筒内的清盐防盐工作有着重要意义[4]。

储气库结盐概况：我国X 油田A 区块储气库地层属中高孔隙度、中高渗储层，砂体连通性好，地层水为CaCl2型，总矿化度为250 000～280 000 mg/L，属高矿化度地层水[3]。截至2017 年12 月20 日，储气库累计注气8.52×108m3，累计采气4.84×108m3。自2012 年投产以来，在第五个注采周期生产时发现多口注采井井筒结盐；在14 口生产井中有6 口气井井筒也出现了结盐现象[5]。

1 实验方法

A 区块储层地层水离子主要包括Na+、K+、Ca2+、七种。

溶液组成对成垢过程有着显著影响，尤其对于含多种盐组分的高矿化度油田水，对成垢过程存在着多种潜在的影响因素，通过实验找出这些影响因素并定量考察不同因素对成垢过程的影响，对于考察高矿化度油田水中的成垢机理是必要的前期工作[6]。根据前期研究，初步认为井筒结盐主要受压力、温度以及流体动力学等因素影响[7]。地层水中各离子浓度（见表1）。

表1 地层水中各离子浓度表

为考察压力、温度以及流体动力学因素对井筒中盐垢形成的影响，采用了动态结盐模型进行模拟井筒结盐过程，分别模拟不同时期不同井段在施工过程中盐含量的变化规律和在一定施工历史时期生产过程中盐含量的变化规律。

图1 装置模型

该动态结盐装置模型（见图1）；选取A 区块A1井的原始地层水作为高压气源模拟地层压力，地层水容器里的水模拟地层水，氮气瓶通气模拟生产过程，蓝宝石管模拟井筒，从可视化窗口观察井筒内的结盐过程。

2 实验过程

2.1 模拟温度不变，压力逐步降低

不通氮气，保持A1 井产层（2 976 m）初期温度（114 ℃），逐步降低压力，观察模拟井筒中地层水的挥发及盐垢晶体的析出情况。压力为10 MPa 时，地层水蒸发较慢，有少量晶体析出，直到溶液平衡；随着压力逐步下降，重复实验，地层水的蒸发逐渐加快。压力降至7 MPa 时，地层水中氯化钠晶体进一步增加；压力进一步降低至5.8 MPa 时，地层水完全挥发。

2.2 模拟不同历史时期温度和压力条件

不通入氮气，模拟A1 井井筒2 190 m 处不同时期对应的温压条件下盐含量的变化规律。不同历史时期温度与压力（见表2）。

表2 不同时期温度与压力

模拟测试初期井筒该深度处的温度98 ℃与压力6.1 MPa，密封条件下平衡后检测地层水，发现存在少量氯化钠晶体。时间顺延，相同方法模拟下一组压力和温度条件下的结盐情况。随着时间顺延，地层水析出盐量逐渐增加。温度与压力为104.6 ℃，5.79 MPa 时，地层水完全蒸发。

2.3 模拟不同历史时期生产状态下温度和压力条件

通入氮气，模拟A1 井1 500～3 000 m 井段不同历史时期对应的温度和地层压力条件下生产过程中盐含量的变化规律（见图2）。

由图2 可以看出，地层水含盐总质量百分比浓度随深度增加而略有增加。在井底3 000 m 时，盐总浓度最大24.7%，氯化钠质量百分比含量为21%左右。此时氯化钠还没有到饱和状态，在井筒中不能形成盐垢。

图2 饱和蒸汽含量随井深变化关系图

3 实验结果分析

（1）压力降低是井筒结盐的主要影响因素。采气初期，井筒中压力较高，水分难以挥发，产出水中盐质量百分比含量上升幅度较小，达不到过饱和状态。随着开发的进一步采气，井筒内压力逐渐下降，当井底流压降至13 MPa 左右时，天然气中饱和蒸汽含量增加幅度较大，水分开始大量蒸发，地层水一进入井筒内就达到饱和或过饱和状态。

（2）从离子分析角度，结盐表现为产出水中各种离子质量百分比浓度将有所降低，尤其是钠离子与氯离子；另一方面，钠钾离子含量也将发生明显变化，随着结盐程度增加，钠钾离子比值将明显增加。

（3）当地层水中各矿物质浓度低于溶解度界限时，蒸浓并非立即导致盐的析出。由于在地层水中有一定量的纯水储备，可以补偿气体中的湿度差量而不析出岩盐。在纯水储备耗尽之后，岩盐开始析出。在气井中盐沉积的必要条件可取成下式：

△ω＞vα

式中：△ω-气体的湿度差量，△ω=ωp，t-ωn，n，cm3/m3；ωp，t-在井筒温度压力条件下气体中水蒸汽的含量，cm3/m3；ωn，n-在地层条件下气体中水蒸汽的含量，cm3/m3；v-地层水流入井中的单位进水量，cm3/m3；α-地层水中纯水相对于氯化钠的单位储备量占总量的分数。α 数值的变化范围是从0（饱和卤水）到1（淡水）。

由此，其他条件相同时，井筒内流进相当少量的高矿化度水都会促成结晶，不等式的右边取最小值。相反，流进含有大量低矿化度水作为纯水单位储备量，即使是大量流入通常也不会导致结盐，因为vα值比气体中湿度差量更大。

开采后期在近井地带与气井井筒容易出现岩盐沉淀现象。随着地层压力和井底压力的降低就形成特别大的湿度差量。进入少量地层水不足以弥补这一差量，结果水被蒸浓到析出固体岩盐。相反，在水压驱动方式下，压力降低小，产水量增加，具备保持岩盐处于溶解状态的条件，水的蒸发不足以形成过饱和溶液，甚至是相反的现象井底的岩盐被气体中凝析出的水所稀释，并使带出的地层水淡化。

4 结论与认识

（1）影响井筒结盐主要因素为压力与温度，其中压力起决定性作用。当井底流压降至一定压力，储层产出的地层水将会大量蒸发。随着压力进一步降低，产出的地层水蒸发将进一步加剧。为井筒结盐提供了一定的物质基础。

（2）产水量也是影响井筒结盐的主要因素之一。产水量较大，且盐含量较低，不易结盐。反之，产水量小，即使盐含量较低，井筒也可能出现结盐现象。

（3）井筒是受流体动力学因素的影响，在流速较低的情况下，结盐量先随流速的增加而增加，此时当速度进一步增加，结盐量达到最大值。但随着流速继续增加，结盐量将减小。

（4）结盐前与结盐后地层水中的钠钾离子比例发生明显变化，即结盐后钠钾离子比例相对结盐前比例增加。