程利民,梁玉凱,李彥闖,謝思宇,宋吉鋒

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司,廣東 湛江 524057)

0 引言

2009年1月至2017年12月底,南海西部油田總共發(fā)現(xiàn)近80井次存在結垢問題,其中結垢井數(shù)約占注水開發(fā)總井數(shù)的50%,結垢類型以硫酸鋇鍶垢和碳酸鹽垢為主.結垢原因主要為地層水與注入水不配伍,同時還有熱力學平衡狀態(tài)遭到破壞及動力學條件發(fā)生改變等因素[1-4].

結垢給油井生產(chǎn)及修井、測試作業(yè)帶來較大不利影響[5-6].井下機組結垢導致電泵頻繁卡泵直至躺井,套管及井下工具結垢導致打撈及起管柱等作業(yè)難度增大,油管內結垢使得測試工具無法入井進行測試作業(yè):結垢導致油井產(chǎn)液指數(shù)降低甚至停產(chǎn),每天制約原油產(chǎn)量約600 m3.為了消除結垢影響,前期針對地層結垢問題,采取了在井下加裝藥劑管線,定期擠注藥劑進入儲層及向注水井加化學防垢劑,使其隨注入水進入目的產(chǎn)層等措施;針對井下管柱及電泵機組結垢問題,進行了超聲波物理防垢及機械刮管除垢,但效果均不夠理想[7-8].為此,開展了多種除防垢工藝研究,并實施了4口井的化學除防垢作業(yè).

1 地層除防垢工藝

1.1 化學螯合除垢劑

室內研究選取了3種除垢劑MC78,B1及CSD301,硫酸鋇垢的除垢率與油藏溫度、除垢劑質量濃度的變化關系如表1所示.

表1 3種除垢劑在不同條件下的除垢率

從表1可以看出:相同質量濃度下,同一種除垢劑溶液的除垢率隨溫度升高而增大;相同溫度下,同一種除垢劑的除垢率隨其質量濃度的增加呈現(xiàn)先增大后略微減小的趨勢.由實驗結果可知,CSD301除垢效果最好,其最優(yōu)質量濃度為400 g/L.

為考察除垢劑CSD301對目標油田巖心的傷害程度,進行巖心驅替實驗.實驗結果如表2、表3所示.

表2 除垢后水相滲透率恢復率

表3 除垢后油相滲透率恢復率

從表2和表3可以看出,除垢劑對巖心傷害較小,儲層保護效果良好,可以滿足地層除垢作業(yè)要求.

1.2 擠注緩釋防垢劑

實驗選用地層水和注入水按體積比為1∶1配制的混合水,測定室內選出的3種防垢劑SA308,SA701及CSN201的動態(tài)有效性,結果如圖1所示.

圖1 動態(tài)有效性實驗結果

防垢劑的最低有效質量濃度(MIC值)為不加防垢劑時,體系開始結垢所需時間的3～5倍所對應的防垢劑質量濃度.從圖1可以看出,不加防垢劑時,體系開始結垢的時間為32 min.CSN201質量濃度為5 mg/L時,體系結垢時間為97 min,即該防垢劑MIC值為5 mg/L.防垢劑SA701和SA308隨各自質量濃度的增加,防垢效果并不明顯.

為考察CSN201的吸附性能,進行了巖心驅替實驗,結果如圖2所示.從圖2可以看出,當驅替800 PV后,CSN201的質量濃度仍可以達到MIC值,說明該防垢劑具有較好的吸附性能,可用于長期有效防垢.

圖2 巖心驅替實驗結果

2 井下管柱及機組除防垢工藝

2.1 連續(xù)油管水力沖洗/磨銑除垢

通過連續(xù)油管將旋轉射流工具下入井內,利用高壓將工作液升壓后,通過噴嘴形成高速射流,沖擊油管內壁,使垢層破碎脫離.針對結垢較嚴重、水力沖洗除垢效果差的情況,可考慮磨銑除垢.通過連續(xù)油管工具串帶旋轉水力馬達,底部為磨銑鉆頭,由水力驅動帶動下部鉆頭旋轉鉆進,將大塊沉淀切碎后再循環(huán)出井筒.

2.1.1 連續(xù)油管及配套工具尺寸優(yōu)選

連續(xù)油管工具串需能通過井下管柱最小內徑位置,同時對連續(xù)油管壓耗模擬計算,并參考酸化泵工作參數(shù)以及現(xiàn)場的陸地壓耗實驗數(shù)據(jù),優(yōu)選出合適的連續(xù)油管尺寸.

2.1.2 連續(xù)油管入井力學模擬和水力計算

參考目標井的井身結構及管柱結構數(shù)據(jù),對前面優(yōu)選出連續(xù)油管的上提下放懸重進行軟件模擬計算,保證其在安全范圍內,滿足其能下至目的井段并上提至地面的作業(yè)要求.此外,還需計算循環(huán)排量與管柱下放速度、攜砂上返速度,以及其與管柱下放速度和全體沉降速度之間的關系,保證泵合理排量范圍內攜砂上返速度大于全體沉降速度.

2.1.3 沖洗工作液

射流除垢主要運用射流的水力破碎作用,所以噴嘴射流速度和壓力是關鍵要素.考慮到儲層保護問題,射流液推薦采用修井常用的修井液,然后加上減阻劑(聚合物),能夠降低流動阻力,同時可增大噴嘴射程.此外,為保證除垢后返排的攜帶效果,需要一定量的高黏稠塞.

2.1.4 吊機能力及平臺空間

一般連續(xù)油管設備中以帶盤滾筒最重,平臺上的吊機需滿足可以將帶盤滾筒吊上平臺.為減輕吊機負荷,整套設備采用分體吊裝的形式.由于整個連續(xù)油管除垢作業(yè)涉及的設備較多,包括動力撬、控制撬、帶盤滾筒、酸化泵、儲液罐及工具箱等,平臺閑置場地需滿足設備擺放要求.

2.2 涂層防垢

涂層防垢是通過在油管及井下工具表面進行涂層處理,來降低其表面能或提高其表面的光滑度,從而降低垢在其表面的附著概率,以達到防垢的目的.一般防垢性能良好的涂層材料具有低表面能、表面光滑度高、良好的表面微細結構等特點.

2.2.1 涂層防垢性能

所用涂層需具有較好的阻垢性能.采用高性能聚合物對316L不銹鋼進行涂層,實驗模擬管材現(xiàn)場應用的環(huán)境狀況及采出液流通狀態(tài),將鋼片掛入南海西部油田某油井地層水中,在60℃、泵排量6.3 m3/h、壓力1 MPa條件下,實驗168 h,測試掛片形貌及質量,表征防垢性能.實驗結果如表4所示.從表4可以看出,該涂層阻垢效果較好,阻垢率可達97.4%.

表4 阻垢實驗結果

2.2.2 與井下工具或管柱的適應性

為解決因分層滑套結硫酸鋇鍶垢導致油流通道堵塞,甚至油井無產(chǎn)出的問題,將滑套進行涂層處理,并進行相關功能實驗.實驗結果表明,滑套涂層前表面光滑,而涂層后其內襯套表面較為粗糙,難以和膠圈形成良好的密封效果.用游標卡尺分別測量滑套內襯管涂層前后的外徑,并計算得涂層厚度,為1.21 mm.由于涂層厚度較大,導致滑套涂層后其內襯管可能無法進入滑套本體.

針對滑套涂層防垢存在的不足,還需開展相關實驗研究.建議將涂層表面進行打磨:一方面減小涂層厚度,便于滑套組裝及開關工具通過;另一方面提高涂層表面光滑度,從而實現(xiàn)與膠圈的良好密封.

2.3 貴金屬防垢

貴金屬防垢工具裝置內芯的材質含有銅、鋅、鎳等9種不同的金屬成分,這些金屬可以形成一種特殊的電化學催化體.由于合金所包含元素的電負性比液相中的離子要低,向溶液提供電子,使溶液發(fā)生化學反應,液相中各種粒子及雜質不易相互結合形成垢,并能破壞垢的晶格鍵,使垢緩慢脫落,起到防垢效果.

2.3.1 防垢工具

常用的是油管短節(jié)式貴金屬井下防垢工具,需配合防垢芯片一起使用.先將數(shù)片防垢芯片用同一根軸串在一起,并安裝到油管短節(jié)內,再將內置芯片的油管短節(jié)連接到防垢目的位置,當流體通過短節(jié)內的防垢芯片時,方起到防垢作用.不同規(guī)格的防垢工具有不同的流體處理能力,需根據(jù)油井的產(chǎn)液能力選擇工具尺寸.較常用的防垢工具外徑分別為88.9,114.3 mm,其流體處理能力分別為648,888 m3/d.

2.3.2 管柱結構

為解決因電泵結垢導致頻繁卡泵無產(chǎn)出的難題,可將貴金屬防垢器懸掛在電泵導流罩下面,保證流體在流經(jīng)電潛泵前經(jīng)過防垢工具處理,從而防止電泵本體結垢.因為導流罩外徑相對較大,生產(chǎn)管柱入井過程中有遇阻風險,建議選取不加厚油管作為支管.

3 現(xiàn)場應用

2014年以來,南海西部油田已實施4口井的化學除防垢作業(yè),均取得了較好的穩(wěn)產(chǎn)增油效果.以W9井為例,該井自投產(chǎn)以來,多次出現(xiàn)欠載及滑套無法正常開關的現(xiàn)象,修井過程中發(fā)現(xiàn)油管、電泵及射孔槍等位置結垢,實驗分析垢樣組分為100%硫酸鋇,分析該井不能連續(xù)生產(chǎn)的主要原因為結垢導致電泵葉輪卡死、管柱及近井地帶油流通道堵塞.該井于2016年4月開展除防垢,作業(yè)前后生產(chǎn)情況如圖3所示.

圖3 除防垢前后W9井生產(chǎn)情況

除垢作業(yè)后,硫酸根離子質量濃度從作業(yè)前的42 mg/L增加到最大3 960 mg/L,鋇離子質量濃度從14 mg/L增加到最大147 mg/L,鈣離子質量濃度由281 mg/L增加到最大2 473 mg/L,預計溶解硫酸鹽垢約200 kg,取得了較好的除垢效果.

實施防垢作業(yè)后1周、1個月、3個月、6個月及12個月檢測防垢劑質量濃度,分別為2700,540,333,101,35 mg/L,均大于實驗所得防垢劑的最低有效質量濃度5 mg/L.從圖3中可以看出,該井除防垢作業(yè)前受結垢影響,產(chǎn)液量逐漸下降,直至電泵結垢卡死無產(chǎn)出.措施作業(yè)后,該井連續(xù)穩(wěn)產(chǎn)16個月,挽回原油損失2.2X104m3,達到了預期效果.

4 結論

1)化學螯合除垢+擠注緩釋防垢可有效解決儲層結垢問題.實驗優(yōu)選出的除垢劑CSD301最優(yōu)質量濃度為400 g/L,98℃下硫酸鋇垢除垢率可達65%;優(yōu)選出的防垢劑CSN201最低有效濃度為5 mg/L,當驅替800 PV后,其質量濃度仍為MIC值,可滿足長期有效防垢的要求.

2)連續(xù)油管水力沖洗/磨銑除垢可有效解決管柱內結硫酸鋇鍶垢導致油井產(chǎn)能降低的問題;涂層防垢可有效解決分層開采管柱因分層滑套或中心管結硫酸鋇鍶垢引起液流通道被堵塞甚至無產(chǎn)出的問題;貴金屬防垢可有效解決電泵本體結垢引起頻繁卡泵導致無產(chǎn)出的問題.