王敏(大港油田第二采油廠，河北 黃驊 061100)

防垢器在油井防垢治理中的適應(yīng)性分析

王敏(大港油田第二采油廠，河北 黃驊 061100)

在油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中，結(jié)垢現(xiàn)象的發(fā)生給油田開(kāi)發(fā)帶來(lái)諸多危害，油井井筒結(jié)垢造成桿管偏磨、腐蝕，堵塞，泵卡等問(wèn)題，嚴(yán)重影響油井正常生產(chǎn)。通過(guò)對(duì)不同區(qū)塊油井結(jié)垢機(jī)理的研究，認(rèn)識(shí)了油井結(jié)垢原因，針對(duì)不同區(qū)塊地質(zhì)情況、結(jié)垢成分等因素選擇合適的防垢器有效延長(zhǎng)油井免修期。

結(jié)垢油井;固體防垢器;金屬防垢器

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

所研究區(qū)塊目前有重點(diǎn)結(jié)垢井近15口，占該區(qū)塊開(kāi)井?dāng)?shù)的8.50%，平均免修期110天，日產(chǎn)油54.2噸，占產(chǎn)6.69%。其中抽油機(jī)井14口，電泵井1口。

從這15口結(jié)垢嚴(yán)重油井來(lái)看，這些井普遍存在原油中蠟、垢含量高，凝固點(diǎn)高，且油品物性差，結(jié)垢嚴(yán)重，常出現(xiàn)桿管偏磨、腐蝕，堵塞，泵卡等問(wèn)題。結(jié)垢井作業(yè)過(guò)程中，因結(jié)垢導(dǎo)致管桿磨損嚴(yán)重，以及抽油桿發(fā)生斷脫的問(wèn)題，在各結(jié)垢井均有發(fā)生。通過(guò)垢樣化驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)結(jié)垢井主體垢為碳酸鈣和硅酸鹽成分或碳酸鈣成分。

2 防垢器的作用原理和應(yīng)用

2.1 結(jié)垢基本概述

油田產(chǎn)出液中含鈣、鎂、鐵、鍶等金屬離子，產(chǎn)出液的礦化度高達(dá)幾萬(wàn)PPM，因此在油田開(kāi)發(fā)中液體流動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，都存在結(jié)垢的可能性。

油田結(jié)垢通常是多種無(wú)機(jī)鹽和油垢的混合物，最常見(jiàn)的垢物成分是CaCO3，占80%以上，其次為NaCL、CaSO4、BaSO4、Fe2O3、Fe（OH）3和部分有機(jī)物和及少量泥砂晶核垢的存在。

2.2 結(jié)垢機(jī)理

油田結(jié)垢大體可分為兩種情況：

（1）溫度、壓力、等熱力學(xué)條件改變，導(dǎo)致水中離子平衡狀態(tài)改變，結(jié)垢組分溶解度降低而析出結(jié)晶沉淀。

（2）離子組成不相溶的水相混合物而產(chǎn)生沉淀。結(jié)垢的形成可表示如下：

Ca2++CO32-CaCO3

Ca2++SO42-CaSO4

Ba2++SO42-BaSO4

分子結(jié)合和排列形成微晶體，然后產(chǎn)生粒子化過(guò)程中，大量晶體堆積，沉積成垢。

2.3 常用防垢技術(shù)

目前油田常用防垢技術(shù)有磁防垢、化學(xué)防垢和電化學(xué)防垢。

2.3.1 磁防垢機(jī)理

磁防垢機(jī)理：能量轉(zhuǎn)換和傳遞，通過(guò)磁場(chǎng)作用影響流體的結(jié)晶動(dòng)力學(xué)，使流體中的垢離子能改變，電導(dǎo)率變化使水中離子濃度和遷移率變化，使井液不易沉積結(jié)垢。

感應(yīng)磁場(chǎng)機(jī)理：流體介質(zhì)在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下形成極性分子，分子相互排斥產(chǎn)生扭曲、變形、反轉(zhuǎn)和震動(dòng)使垢晶不易沉積。

2.3.2 化學(xué)防垢機(jī)理

增溶作用：利用含羥基或磺基功能團(tuán)的高分子防垢劑發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，生成可溶性的絡(luò)合物或鰲合物防垢。

分散作用：利用聚羧酸陰離子溶于水后離解成帶負(fù)電的聚離子，使垢離子吸附在聚離子的分子鏈上呈分散狀態(tài)懸浮于流體中。

靜電斥力作用：低分子量的高分子阻垢劑具有較強(qiáng)的電荷密度，可以產(chǎn)生離子斥力，阻止流體中的無(wú)機(jī)鹽微粒相互接觸。

晶體畸變作用：防垢劑的高分子絡(luò)合能力阻礙和干擾無(wú)機(jī)鹽垢的正常生長(zhǎng)，打亂了晶體的正常排列，致使垢晶發(fā)生畸變不能結(jié)成硬垢，而松散的垢晶在流體的沖刷下被帶走。

2.3.3 電化學(xué)防垢機(jī)理

電化學(xué)原理，其本質(zhì)是金屬表面的原子發(fā)生電離，利用陰極保護(hù)，犧牲陽(yáng)極原理，改變結(jié)垢點(diǎn)附近的電場(chǎng)和電解質(zhì)的反應(yīng)方向，從而阻止井下結(jié)垢。犧牲陽(yáng)極合金是一種易消耗材料，在介質(zhì)中生產(chǎn)Al2O3薄膜吸附在管壁上阻止垢晶的沉積。

2.4 研究區(qū)塊主要應(yīng)用防垢技術(shù)

2.4.1 固體防垢器

固體防垢器性能：分離晶核，抑制晶核長(zhǎng)大，防止沉積。

技術(shù)參數(shù)：

耐溫等級(jí)：60℃、80℃、110℃。

最大外徑：φ107mm、φ102mm

防垢率：＞95%

流速：＜1m/s

有效發(fā)生電量：≥1.1 A.h/g

電流效率：≥65%

適用套管：51/2（其他規(guī)格根據(jù)用戶要求定制）

單套配備：?jiǎn)喂?jié)4m

推薦適用排量范圍：5-20m3/d

應(yīng)用舉例：莊47-6井在研究期間兩次因結(jié)構(gòu)卡泵，結(jié)合作業(yè)通過(guò)采用空心橋塞+固體防垢器的工藝，首次開(kāi)展電泵井井筒工藝防垢并一次性取得成功，作業(yè)后該井一直生產(chǎn)穩(wěn)定，現(xiàn)已正常生產(chǎn)190天以上。

2.4.2 金屬防垢器

金屬防垢器的核心部件采用了一種由7種具有不同帶負(fù)性電的金屬元素高溫化合制成。流體介質(zhì)以一定的流速流經(jīng)該觸媒材料后，觸媒材料可向流體釋放電子，改變流體靜電位，使流體產(chǎn)生極化現(xiàn)象，流體中的陰、陽(yáng)離子不易結(jié)合形成垢，同時(shí)能使已板結(jié)的垢塊逐漸溶解、脫落，達(dá)到防垢的目的。

應(yīng)用舉例：扣49井油層埋藏深，是低孔、中滲高飽和油藏，目前采用抽油機(jī)有桿泵小泵深抽舉生產(chǎn)升工藝方式。在使用金屬防垢器前免修期為108天，實(shí)施使用金屬防垢器后長(zhǎng)壽天數(shù)為200多天。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)不同防垢器的試驗(yàn)應(yīng)用得到以下經(jīng)驗(yàn)：針對(duì)不同區(qū)塊地質(zhì)情況不同，其結(jié)垢的成分、成因均存在差異，因此在對(duì)待不同的區(qū)塊結(jié)垢問(wèn)題，應(yīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)效果對(duì)比分析得到最優(yōu)化最合理的治理辦法和工藝應(yīng)用。

防垢器選井條件：帶磁防垢器（磁防垢）不適于垢體中帶有鐵元素的結(jié)垢井；固體防垢器(化學(xué)防垢劑）不適用于硅酸鹽垢體的結(jié)垢井；金屬防垢器（電化學(xué)觸媒）不適用于大液量油井。