文守成，饒喜麗(長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 荊州 434023)

汪召華(中原油田天然氣產(chǎn)銷(xiāo)廠，河南 濮陽(yáng) 457000)

文23氣田氣井結(jié)垢及動(dòng)態(tài)除垢技術(shù)研究

文守成，饒喜麗(長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 荊州 434023)

汪召華(中原油田天然氣產(chǎn)銷(xiāo)廠，河南 濮陽(yáng) 457000)

闡述了文23氣田氣井垢物形成機(jī)理，對(duì)地層水結(jié)垢趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。地層水礦化度過(guò)高，且隨開(kāi)發(fā)程度不斷深入，儲(chǔ)層壓力不斷下降，產(chǎn)出水大量蒸發(fā)以及水溶中酸性氣體逸出是導(dǎo)致該氣田結(jié)垢嚴(yán)重的主要原因。結(jié)垢預(yù)測(cè)結(jié)果表明，文108井與文109井產(chǎn)出水在井底條件下碳酸鈣與硫酸鈣飽和指數(shù)遠(yuǎn)大于1，結(jié)垢趨勢(shì)強(qiáng)。所結(jié)垢物類(lèi)型包含水溶性垢物氯化鈉以及難溶性垢物，其中難溶性垢物中，CaCO3占76.03%、CaSO4占6.58%、Fe2CO3占2.3%以及泥質(zhì)15.09%。針對(duì)文23氣田現(xiàn)場(chǎng)情況，研制了PDPT-1清垢劑，并結(jié)合動(dòng)態(tài)除垢工藝技術(shù)對(duì)文108井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)除垢試驗(yàn)。PDPT-1清垢劑為自行研制的螯合劑與有機(jī)酸、緩蝕劑、滲透劑、防膨劑以及助排劑復(fù)配而成，對(duì)碳酸鈣、硫酸鈣以及現(xiàn)場(chǎng)混合型垢物具有較強(qiáng)溶解、剝落、碎化、分散作用，90℃時(shí)溶解能力分別達(dá)到165.4、80.5與174.2g/L，且對(duì)井下管材腐蝕較弱，90℃時(shí)僅為0.0034mm/a。經(jīng)除垢作業(yè)后該井油壓明顯上升，產(chǎn)氣量增加30%以上。

文23氣田；氣井；結(jié)垢；清垢劑；動(dòng)態(tài)除垢工藝技術(shù)

文23氣田位于東濮凹陷中央隆起帶北部文留構(gòu)造的高部位，為典型的帶邊底水高壓干氣氣藏，氣藏埋藏深度2700～3050m，原始地層壓力38.62MPa，溫度約114.3℃。所產(chǎn)流體以甲烷為主，含量gt;95%，地層水為CaCl2型，總礦化度(26～30)×104mg/L[1]。目前，該氣田地層平均壓力降至9MPa以下，多數(shù)中高產(chǎn)氣井因結(jié)垢發(fā)生了突然停產(chǎn)的問(wèn)題，影響產(chǎn)能近49×104m3/d，已嚴(yán)重危及氣田平穩(wěn)生產(chǎn)，生產(chǎn)形勢(shì)十分緊張[2-3]。筆者闡述了文23氣田氣井垢物形成機(jī)理，對(duì)氣井地層水結(jié)垢進(jìn)行了預(yù)測(cè)，并針對(duì)性提出了除垢工藝。

1 文23氣田垢物組分分析

文23氣田分為主塊、東塊、西塊和南塊4個(gè)區(qū)域。通過(guò)對(duì)文23-3、文109以及文69-1井等井底油管內(nèi)附作物分析，垢物外觀通常白色或黃褐色，主要成分為：氯化鈉、碳酸鈣、硫酸鈣、鐵垢以及黏土砂石等。用X射線衍射法測(cè)定難溶性垢物成分為76.03%碳酸鈣、6.58%硫酸鈣、2.3%碳酸鐵以及15.09%泥質(zhì)。氣井以及結(jié)垢部位不同，則各類(lèi)型垢物含量略有區(qū)別。

2 垢物形成機(jī)理及結(jié)垢預(yù)測(cè)

2.1垢物形成機(jī)理

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)資料顯示，該氣田儲(chǔ)層壓力已降至9MPa左右，而井底流壓降至5MPa以下，已處于低壓高溫狀態(tài)。應(yīng)用相關(guān)模型[4-5]計(jì)算了不同溫度條件下，天然氣中含水量隨壓力的變化。圖1為50、100、115、120℃下天然氣含水量隨壓力變化關(guān)系圖。由圖1可以看出，在低壓高溫條件下，尤其當(dāng)壓力降低至5MPa以下時(shí)，天然氣飽和水蒸汽含量急劇增加，由此造成產(chǎn)出的地層水大量蒸發(fā)，地層水中各種鹽(如NaCl、CaCO3、CaSO4等)達(dá)到飽和或過(guò)飽和狀態(tài)，并在適宜條件下結(jié)晶沉淀，導(dǎo)致油套管鹽塞。

圖1 天然氣飽和蒸汽含量隨壓力變化圖

在井眼附近地層的孔喉內(nèi)、油管壁或地面控制設(shè)備內(nèi)。該類(lèi)結(jié)垢通常稱(chēng)之為誘發(fā)性結(jié)垢，最為普遍，但卻不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，往往是在管柱內(nèi)結(jié)垢后影響井下作業(yè)時(shí)才被發(fā)現(xiàn)。

2.2結(jié)垢預(yù)測(cè)

預(yù)測(cè)原理主要基于Stiff提出的飽和指數(shù)(SI)法，飽和指數(shù)法[7]的計(jì)算公式為：

SI=pH-pHs=pH-(K+pM+pAlk)

表1 文108、109井預(yù)測(cè)結(jié)果

當(dāng)SI=0時(shí)，溶液與固體垢相平衡；當(dāng)SIgt;0時(shí)，溶液含鹽過(guò)飽和或具有形成鹽垢條件；當(dāng)SIlt;0時(shí)，則溶液欠飽和，或不能形成鹽垢。

對(duì)文108、109井不同生產(chǎn)時(shí)期井底條件下碳酸鈣與硫酸鈣的飽和指數(shù)計(jì)算表明，隨該氣田開(kāi)發(fā)程度不斷深入，飽和指數(shù)逐漸增加，目前飽和指數(shù)已大于1，具備了結(jié)垢條件。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

3 文108井動(dòng)態(tài)清垢技術(shù)

3.1清垢劑

針對(duì)文108井結(jié)垢情況研制了PDPT-1型清垢劑，主要采用自行研制的螯合劑與有機(jī)酸、緩蝕劑、滲透劑、防膨劑以及助排劑進(jìn)行復(fù)配而成，對(duì)無(wú)機(jī)垢有較強(qiáng)溶解、剝落、碎化、分散作用，而對(duì)井下管材腐蝕較弱。

表2 PDPT-1溶解垢物試驗(yàn)數(shù)據(jù)

1)溶垢試驗(yàn)評(píng)價(jià) 將20g碳酸鈣、硫酸鈣以及現(xiàn)場(chǎng)垢物放入250ml的燒杯中，并加入100ml PDPT-1清垢劑，在25、50以及90℃條件下反應(yīng)24h。不同溫度條件下溶解碳酸鈣、硫酸鈣以及現(xiàn)場(chǎng)垢物效果列于表2。由表2可見(jiàn)，PDPT-1對(duì)純碳酸鈣與現(xiàn)場(chǎng)混合型垢物能力較強(qiáng)，同時(shí)對(duì)純硫酸鈣垢物也具有一定的溶解能力。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)混合型垢物而言，在25℃條件下，PDPT-1溶解能力已達(dá)到145g/L以上，且隨溫度升高，溶垢能力逐漸增強(qiáng)，90℃條件下溶解能力大174g/L以上。

2)腐蝕性能評(píng)價(jià) 取PDPT-1溶液300ml放入廣口瓶，放入N80鋼片后在20、50，90℃的水浴鍋內(nèi)恒溫168h，稱(chēng)量鋼片腐蝕前后的質(zhì)量。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。由表3結(jié)果可知，PDPT-1清垢劑對(duì)N80鋼片腐蝕性能極小，90℃條件下，PDPT-1清垢劑對(duì)N80鋼片平均腐蝕速率僅為0.00345mm/a。由此可見(jiàn)，該清垢劑在清垢過(guò)程中不會(huì)對(duì)井下管材造成較大危害。

表3 清垢劑對(duì)N80鋼材腐蝕性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.2動(dòng)態(tài)清垢工藝技術(shù)

前期，中原油田天然氣產(chǎn)銷(xiāo)廠采用某廠研制的清垢劑對(duì)文109井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)清垢試驗(yàn)。試驗(yàn)雖然將井筒中的垢物完全清除，但對(duì)儲(chǔ)層造成了嚴(yán)重傷害，產(chǎn)量由9.0×104m3/d下降至3000m3/d。分析其原因，一方面，清垢劑對(duì)垢物的碎化與分散能力較差；另一方面，儲(chǔ)層壓力較低，靜態(tài)侵泡法除垢過(guò)程中井筒內(nèi)壓力逐漸上升，進(jìn)而可能導(dǎo)致含有大量雜質(zhì)的殘余清垢劑倒灌侵入儲(chǔ)層，由此對(duì)儲(chǔ)層產(chǎn)生嚴(yán)重傷害。

針對(duì)上述原因，一方面室內(nèi)針對(duì)性研制了上述PDPT-1清垢劑；另一方面，對(duì)清垢工藝進(jìn)行了改進(jìn)，采用了動(dòng)態(tài)清垢工藝，即在不停產(chǎn)或適當(dāng)降低產(chǎn)量條件下利用產(chǎn)出氣體攪動(dòng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)清垢過(guò)程。施工步驟如下：用泡排車(chē)直接從油管加入PDPT-1清垢劑原液，適當(dāng)降低氣井產(chǎn)量投產(chǎn)，確保清垢劑與結(jié)垢部位充分接觸，24h用提噴的方法將殘液排出井筒。

3.3清垢效果分析

利用上述工藝對(duì)文108井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)清垢試驗(yàn)。24h后提噴排出液體為灰色泡狀液。通過(guò)凈化施工，通井遇阻位置明顯下降，氣井壓力恢復(fù)也得到明顯改善，油壓由2.0MPa上升至3.8MPa?，F(xiàn)場(chǎng)增產(chǎn)效果顯著，氣井產(chǎn)量由除垢前的6.0×104m3/d上升至8.5×104m3/d，增產(chǎn)2.5×104m3/d，增幅大于30%。

4 結(jié) 語(yǔ)

文23氣田地層水礦化度較高，且已進(jìn)入開(kāi)發(fā)中后期，儲(chǔ)層壓力急劇下降，產(chǎn)出水大量蒸發(fā)，加之地層水中酸性氣體逸出，進(jìn)而導(dǎo)致氣井結(jié)垢嚴(yán)重，產(chǎn)能急劇下降。采用加注PDPT-1清垢劑并結(jié)合動(dòng)態(tài)除垢工藝技術(shù)一方面可有效提高氣井產(chǎn)能，防止清垢過(guò)程中含有大量雜質(zhì)的殘余清垢劑進(jìn)入儲(chǔ)層，對(duì)儲(chǔ)層產(chǎn)生嚴(yán)重傷害，另一方面可提高清垢速度與效率。該技術(shù)可在同類(lèi)低壓氣藏推廣應(yīng)用。

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[編輯] 洪云飛

TE358.5

A

1673-1409(2012)05-N133-03

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.05.044

2012-02-12

文守成(1973-)，男，1997年大學(xué)畢業(yè)，博士，講師，現(xiàn)主要從事油田化學(xué)劑和采油工藝方面的研究工作。