尹麗萍

(勝利油田分公司東辛采油廠,山東,東營,257094)

油層預(yù)置防垢技術(shù)研究

尹麗萍

(勝利油田分公司東辛采油廠,山東,東營,257094)

針對東辛油田結(jié)垢嚴(yán)重的問題,應(yīng)用結(jié)垢預(yù)測軟件對營 11區(qū)塊的地層、油管、套管及輸油管線的結(jié)垢趨勢進(jìn)行預(yù)測和分析,然后通過配伍性、靜態(tài)防垢率、動態(tài)最低有效防垢濃度(MIC)和吸附—解吸性能實驗研究,對國內(nèi)外不同防垢劑進(jìn)行了評價,篩選出綜合性能較好的防垢劑 SA13C。現(xiàn)場試驗防垢效果顯著,提高了油井產(chǎn)量,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

結(jié)垢預(yù)測;結(jié)垢分析;防垢劑;適用性實驗;現(xiàn)場試驗

進(jìn)入注水開發(fā)階段后,油水井結(jié)垢已成為全國各大油田普遍存在的問題。地層結(jié)垢會造成油層傷害,導(dǎo)致產(chǎn)液量下降;井筒和輸油管線結(jié)垢,會導(dǎo)致流動阻力增加,設(shè)備損壞等問題[1][2]。目前常用的清垢方法是作業(yè)更換管線、機械除垢或地層酸化等[3],雖然起到一定防垢效果,但作業(yè)頻繁,費時費力,原油成本攀升,總體上具有很大的局限性,因此,為解決這一問題,進(jìn)行了油層預(yù)置防垢技術(shù)研究。

1 東辛油田結(jié)垢機理研究及分析

1.1 注水開發(fā)階段結(jié)垢機理 在注水開發(fā)的過程中,當(dāng)注入水進(jìn)入地層時形成水、油、氣及地層巖石等組分構(gòu)成的復(fù)雜多相體系。在這里除了注入水與地層水、原油的混合外,還有注入水與巖石的溶解反應(yīng),不相容水產(chǎn)生的沉淀與溶解、氣體的分配與逸出,粘土的膨脹運移等,嚴(yán)重破壞了地層各相間的平衡,從而造成了注入水與地層復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。易結(jié)垢鹽的溶解度與溫度、壓力、pH值和鹽含量等有關(guān)。如圖1所示,這些參數(shù)都是影響結(jié)垢的因素。

圖1 注水開發(fā)油田結(jié)垢示意圖

1.2 東辛營 11區(qū)塊結(jié)垢趨勢預(yù)測 油田無機結(jié)垢趨勢預(yù)測軟件 (OFISTP3.0)是一種針對油田無機結(jié)垢 (包括碳酸鹽垢和硫酸鹽垢)趨勢預(yù)測的專門軟件[4]。針對東辛油田油井的結(jié)垢現(xiàn)象,選定東辛營 11沙三油藏作為目標(biāo)區(qū)塊,開展了結(jié)垢預(yù)測研究分析和油層預(yù)置防垢技術(shù)研究。營 11沙三塊平均孔隙度 21%,滲透率 31.8×10-3μm2,原始地層壓力 48.96MPa,地層溫度 127℃,屬典型的高壓低滲油藏。

1.2.1 營 11區(qū)塊生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)垢預(yù)測分析營 11區(qū)塊的地層、生產(chǎn)井底和地面輸油管線的結(jié)垢預(yù)測結(jié)果見表1。1.2.2營 11區(qū)塊的生產(chǎn)井底結(jié)垢預(yù)測及分析 營 11區(qū)塊生產(chǎn)井底結(jié)垢預(yù)測結(jié)果顯示,隨井底流壓的降低,井底紊流現(xiàn)象越嚴(yán)重,CO2逸出量越大,從而導(dǎo)致井底溶液結(jié)垢趨勢及結(jié)垢量增大。

1.2.3 營 11區(qū)塊的套管結(jié)垢及分析 營 11區(qū)塊套管結(jié)垢預(yù)測結(jié)果顯示,由于環(huán)空中產(chǎn)出液離動液面越近,其溫度、壓力越小,則產(chǎn)出液中的CO2逸出,水體溶垢能力降低,產(chǎn)出液中的碳酸鈣達(dá)到過飽和臨界狀態(tài),促使晶核不斷長大成垢;當(dāng)井底流壓降低時,加劇產(chǎn)出液中的CO2逸出,導(dǎo)致套管結(jié)垢量增大。

1.2.4 營 11區(qū)塊的油管結(jié)垢趨勢及結(jié)垢分析 營 11區(qū)塊油管結(jié)垢預(yù)測結(jié)果顯示,在長筒泵吸入口 (1700 m)處結(jié)垢比較嚴(yán)重,主要是受吸入液體時所造成泵筒內(nèi)低壓的影響;另外在近井口處也存在結(jié)垢問題,其原因與長筒泵吸入口處結(jié)垢類似。

表1 營 11區(qū)塊生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)垢預(yù)測結(jié)果 (流壓 15.945MPa,動液面 1500m)

2 預(yù)置防垢劑的適用性評價

針對東辛采油廠的地質(zhì)、結(jié)垢和生產(chǎn)情況,從國內(nèi)外初選了 6種防垢劑進(jìn)行適用性實驗。防垢劑的評價方法包括配伍性、靜態(tài)防垢率、動態(tài)最低有效防垢濃度 (MIC)和吸附—解吸性能實驗[5]。

2.1 實驗儀器和材料

2.1.1 實驗儀器 靜態(tài)結(jié)垢實驗裝置,動態(tài)環(huán)路實驗裝置,巖心驅(qū)替 (吸附—解吸)實驗裝置,恒溫箱, ICP(電感偶合等離子體發(fā)射光譜儀),電子分析天平 (感量0.lmg),各種規(guī)格的容量瓶、錐形瓶、燒杯、移液管、滴定管等。

2.1.2 實驗材料 防垢劑:SA13C、BF-01、BF-02、BF-03、SL-01和 SL-02

化學(xué)試劑:CaCl2,MgCl2·6H2O,NaCl,Na2SO4,NaHCO3,

NaOH,鈣離子指示劑,EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液,人造巖芯。

實驗用水:營 11塊的地層水。

2.2 實驗方法

2.2.1 防垢劑與地層水配伍性實驗 模擬防垢劑擠注工藝,在結(jié)垢陽離子溶液中分別加入不同質(zhì)量濃度的防垢劑,在 95℃下恒溫 48h,中間搖晃攪拌 2-4次,觀察有無沉淀物或混濁物產(chǎn)生,以檢測防垢劑與地層水的匹配性。

2.2.2 靜態(tài)防垢率實驗 在地層水陽離子溶液中分別加入不同質(zhì)量濃度的防垢劑,再與陰離子溶液混合、搖勻,在 95℃下恒溫 24h。利用滴定分析方法,測定了結(jié)垢后溶液中剩余的結(jié)垢陽離子含量,計算出防垢率。

2.2.3 動態(tài)最低有效防垢濃度(MIC)實驗 將模擬地層水陽離子溶液 (加有不同濃度的防垢劑)和陰離子溶液用兩個恒流泵分別從不同管線按 1:1以較慢的速率注入混合管線,實驗溫度 95℃。監(jiān)測混合管線兩端的壓差,壓差一旦上升表明管線中已出現(xiàn)結(jié)垢。通過測定結(jié)垢時間反映防垢效果,確定MIC值。

2.2.4 防垢劑吸附—解吸性能實驗 要使防垢劑在地層中有效期較長,則要求防垢劑在地層巖心中吸附—解吸性能較好,因此需要通過巖心驅(qū)替實驗進(jìn)行考察。先往巖心中注入5%NaCl和 3%KCl混合溶液進(jìn)行預(yù)處理;再注入一定濃度的防垢劑溶液,恒溫 24h;最后再用鹽水正向驅(qū)替,流速均為10PV/h(PV為孔隙體積倍數(shù))。隔一定時間取樣,分析流出液體中防垢劑的含量,并記錄累計流出體積,觀察防垢劑在巖心中的吸附與解吸情況。

2.3 實驗結(jié)果與分析

2.3.1 防垢劑與地層水配伍性實驗 實驗結(jié)果見表2,SA13C、BF-01、BF-02、BF-03和 SL-01這 5種防垢劑與地層水配伍性都比較好,在 5mg/L～50000mg/L濃度范圍內(nèi),體系無沉淀或混濁現(xiàn)象產(chǎn)生;防垢劑 SL-02與地層水配伍性較差,保溫 24h后開始出現(xiàn)沉淀,故選用 SA13C、BF-01、BF-02、BF-03和 SL-01這 5種防垢劑繼續(xù)下面的實驗。

表2 防垢劑與地層水的配伍性實驗結(jié)果

2.3.2 靜態(tài)防垢率實驗 靜態(tài)防垢率實驗結(jié)果見圖2。5種防垢劑的防垢率隨著防垢劑濃度的增加而增加。其中,防垢劑 SA13C的防垢效果最好,最高防垢率達(dá)到了 90%以上;防垢劑 BF-01、BF-02和 BF-03的防垢效果次之,最高防垢率達(dá)到了 85%以上;SL-01的防垢效果最差。因此選取防垢劑 SA13C、BF-01、BF-02和 BF-03繼續(xù)下面的實驗。

圖2 防垢劑濃度與防垢率的關(guān)系曲線

2.3.3 動態(tài)最低有效防垢濃度(MIC)實驗 動態(tài)最低有效濃度(MIC)實驗結(jié)果如圖7所示。由已完成的實驗結(jié)果可知,防垢劑 SA13C和 BF-01的性能較好,應(yīng)選取這 2種防垢劑繼續(xù)下面的性能實驗研究。

圖3 防垢劑濃度與結(jié)垢時間的關(guān)系曲線

2.3.4 防垢劑吸附—解吸性能實驗 防垢劑吸附 -解析實驗結(jié)果如圖8。由該實驗可知防垢劑 SA13C吸附 -解吸性能較好,在其濃度降低至最低有效濃度前,具有較長的擠注壽命。

圖4 不同阻垢劑同濃度反排曲線對比

3 現(xiàn)場試驗

東辛采油廠采用油層預(yù)置防垢劑 SA13C進(jìn)行現(xiàn)場試驗3口井,防垢效果顯著,有效延長了檢泵周期。如營 11-40井,自 2007年5月以來由于結(jié)垢,平均檢泵周期 3個多月,且地層結(jié)垢導(dǎo)致不能正常生產(chǎn)。2009年3月注入防垢劑SA13C,采取前置液 (酸洗、防膨)→防垢液 →后置液 (頂替)的注入方法。實施后日產(chǎn)液量由 1.2m3/d上升到 2.7m3/d左右,已連續(xù)生產(chǎn)了 8個月,仍正常生產(chǎn)。

圖5 營 11-40井?dāng)D注前后生產(chǎn)曲線

4 結(jié)論

1)通過配伍性、靜態(tài)防垢率、動態(tài)最低有效防垢濃度(MIC)和吸附—解吸性能實驗研究,對國內(nèi)外不同防垢劑進(jìn)行了評價,篩選出綜合性能較好的防垢劑 SA13C,具有配伍性好、靜態(tài)防垢率高達(dá) 90%以上、MIC較低為 20mg/L、吸附—解吸性能好,可作為目標(biāo)區(qū)塊的油層預(yù)置防垢劑。2)油層預(yù)置防垢劑 SA13C現(xiàn)場防垢效果顯著,延長了檢泵周期,提高了油井產(chǎn)量,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

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1003-3467(2010)04-0078-03