李峰
中国石化江汉油田分公司采油气工程技术服务中心262714
【摘要】本研究针对八面河油田北区结垢导致检泵的问题，选取北区油井液体及垢样进行分析和结垢机理研究，通过室内试验明确了八面河北区油井在不同区块分别存在无机碳酸钙垢和有机垢为主的两种垢型，室内评选了具有高效、抗盐、PH值适应性宽、稳定性和配伍性好的阻垢剂，对八面河油田后期防垢除垢工艺提供了指导。
【关键词】 结垢 油井失效 结垢机理 阻垢剂
前言
随着八面河油田见水油井井数的增加和油井含水的升高，油井结垢现象越来越严重，结垢导致检泵的井次和占比（结垢失效井次/总井次）不断增加，结垢已经成为八面河油田油井失效的主要影响因素，不但影响油田的正常生产，还会增加维护作业井次及作业费用。本研究主要针对八面河油田油井结垢导致油井失效逐年增加的现状，根据结垢油井液体及垢样分析，研究结垢机理，评选具有防垢效果好，使用成本低的特点的防垢剂，开展油井加药工艺研究，最终形成一套适用于八面河油田油井防垢除垢的配套工艺技术。
1 北区油井结垢机理分析
1.1垢样成份分析
在室内实验中，对垢样成分从油溶性试验、水洗试验、酸溶性试验进行分析，通过实验得出：油溶性试验溶解率较低，说明垢样中只含有少量的有机质，主要是无机矿物质垢；垢样水洗试验溶解率很低，说明垢样中主要是水不溶性组分；酸溶性试验溶解率较高，反应速度较快，且产生大量的气泡，说明垢样中主要为酸可溶物，推测是碳酸盐；能谱仪和扫描电镜分析说明垢样中主要成分为方解石（天然碳酸钙），可完全溶于盐酸；其次为石英，基本不与盐酸反应；此外还有少量的正硅酸铁，可部分溶于盐酸。
1.2水质分析
对八面河油田北区角3站注入水、J3-X7采出水、Y3-4-X10采出水的3个水样进行了pH值、密度及六项离子含量的测定。
从水质分析结果初步判断，J3-x7井采出水中Ca2+、SO42-和HCO3-含量均较高，可能存在产生碳酸钙垢和硫酸钙垢。而角3块注入水和Y3-4-x10井采出水中Ca2+和HCO3-含量较高，可能产生碳酸钙垢，基本不可能产生硫酸钙垢。
1.3 结垢机理及影响因素
1.3.1影响因素分析
油井中无机垢的成因受井筒中的温度分布、流体流动速度、矿化度、PH值、压力、水质（离子浓度）等参数影响。通过大量实验及数据分析，得出以下结论：
①北区油井结垢的主要类型是无机碳酸盐垢；
②北区油井结垢的主要原因是地层水中成垢离子含量高, 随着采油过程温度、压力等因素改变, 打破了已有的化学平衡, 导致在井底、井筒等多部位结垢；
③在油田生产过程中流体流动速度、矿化度、PH值等参数实际变化不大，对无机垢的产生影响程度较低；
④由于油田地层温度和压力变化难以人为控制，减少油井结垢最有效的方法还是改变地层水中成垢离子的浓度。
1.3.2有机垢结垢机理
(1)随着油藏开采程度的不断加深， 外来流体的侵入造成油藏流体组成发生很大变化，破坏了原油体系的相平衡状态，导致原油中胶质、沥青质等有机固相组分不断析出、沉积，堵塞物在井筒中不断沉积，堵塞油管及油套环空。
(2)由于北区原油中含蜡量比较高，且析蜡点和凝点(32～35℃)都比较高，因此，原油从地层流到井口的过程中，温度压力逐渐下降，轻质组分逐渐从原油中分离出来，蜡和胶质、沥青质等重组分有机物就有可能析出而成垢。
按照油田水结垢趋势预测方法对角3块和海滩区块的水样进行分析。由于采出水样中Ca2+、SO42-和HCO3-浓度较高，存在产生碳酸钙垢和硫酸钙垢的可能。
2 优选防垢剂
2.1防垢剂评选
对防垢剂的选用要求
（1）防垢剂使用浓度低, 可以准确测定;
（2）与地层流体和所用有关化学剂相配伍; 在地层地质条件下可长期稳定。
（3）PH值呈中性，既不产生腐蚀，也不会加剧结垢现象。
有机磷酸类阻垢剂具有阻垢效果好，使用浓度低，适用范围广等优点。有机磷酸在水中解离后的阴离子与地层水中成垢的阳离子通过反应产生螯合 (络合)生成稳定的水溶性环状结构, 防止或延缓水中的无机物质形成垢的沉淀。
通过测定有机磷酸盐阻垢率，室内实验选定碳酸钙阻垢效果较好的山东阻垢剂1，根据 油田注水水质处理用阻垢剂采购规定，阻垢率≥85%，初步确定使用浓度为20ppm。
2.2防垢剂性能评价
（1）配伍性试验
室内实验显示，在室温和80℃的条件下，不同浓度的阻垢剂和地层水、注入水、洗井液的配伍性良好。
（2）现场使用浓度优化
在地层条件下，阻垢剂浓度的增大可以提高地层水中Ca2+的浓度，减少碳酸钙沉淀的析出；当阻垢剂浓度为10ppm时，阻垢率接近90%，继续增加浓度，阻垢效果增加不明显。确定阻垢剂的现场最优使用浓度为10ppm。
（3）抗盐性能
常温下分别测定以角3站注入水、J3-X7采出水和Y3-4-X10地层水配制加入浓度10ppm阻垢剂的水样和空白样中的二价阳离子含量，80℃下恒温25h后，测定样品中二价阳离子含量，再计算阻垢率。实验数据表明，矿化度的变化，对有机磷酸盐阻垢率影响较小。
综合上述分析，得出以下结论：
评选出的防垢剂具有高效、抗盐、PH值适应性宽、稳定性和配伍性好，适用于北区油井防止无机碳酸盐垢。
3除垢工艺优化
3.1碳酸盐酸洗除垢工艺
3.1.1酸液体系选择
酸化溶解法是去除碳酸盐垢最经济有效的工艺。选用八面河油田常用的三种酸液体系，评价酸液对J3-X7井碳酸盐垢的溶解性能。针对油井碳酸钙垢, 通过室内酸液溶垢实验, 从酸溶效果和施工成本综合考虑确定油井酸洗除垢液配方为：盐酸5%HCl+2%QKWT-1+0.3%JM-3+0.5%IS-129+1%NH4CL
在80℃、全配方情况下，室内实验数据显示，盐酸腐蚀速率符合行业标准要求, 可以满足油田酸化作业的需要。
3.1.2不动管柱酸洗工艺
带泵酸洗除垢：将配好的酸液经油井环空注入预定井深, 按设计规定浸泡一段时间后，再返排到地面的过程。带泵酸洗既可清洗井筒无机垢，又能解除炮眼附近堵塞,恢复油井正常生产, 还可以延长油井免修期。
3.2有机垢除垢工艺
油井有机垢堵塞采取的除垢措施主要有：刮管、周期性注入热油或化学法。但是由于沥青质质地较硬，刮管遇阻风险大；热油解堵效果差。化学法按照“相似相溶”的原理，施工方便，成本低，除有机垢效果较好。
选用油田常用的三种有机溶剂，评价有机溶剂对Y3-4-X10井有机垢的溶解性能。通过实验数据分析得出，针对油井有机垢, 通过室内有机溶解实验, 清蜡剂溶解效果相对较好，施工可以采用不动管柱施工工艺。
4 结论及建议
（1）通过室内试验明确了八面河北区油井在不同区块分别存在无机碳酸钙垢和有机垢为主的两种垢型。
（2）北区油井主要形成无机碳酸钙垢，结垢的主要原因是随着采油过程中温度、压力等因素改变,地层水中的成垢离子在井底、井筒等多部位结垢。可以采用室内评选的阻垢剂，配套不动管柱酸洗工艺有效清除无机碳酸钙垢。
（3）海滩油井主要形成有机垢，结垢的主要原因是外来流体的侵入造成油藏流体组成发生很大变化，破坏了原油体系的相平衡状态，导致原油中胶质、沥青质等有机固相组分不断析出、沉积 。
（4）建议在坚持连续加药防垢的基础上采取“以防为主, 除垢为辅 ”的综合治理措施。
参考文献
1.彭中主编．油井结垢机理研究和防治．内蒙古石油化工，2009.
2.秦积舜等．油层物理学．石油大学出版社，2001．
3.刘志梅.齐家北油田水井结垢原因分析.化学工程与装备，2016.
李峰，男，1985年出生，2009年毕业于西南石油大学，现从事油水井井下作业工作。
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