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        酒東油田采出水回注結(jié)垢分析和阻垢劑篩選

        2020-10-13 14:55:06李艷琦
        精細石油化工進展 2020年3期
        關(guān)鍵詞:碳酸鈣

        李艷琦

        中國石油玉門油田分公司鉆采工程研究院,甘肅酒泉 735019

        隨著開采程度的不斷加深,油田注入水開發(fā)是常用的開采方法[1],注入水水源主要以污水、清水或二者混合的方式。同時因水源的不配伍性和外界環(huán)境(溫度、壓力、流速)的改變[2],水中結(jié)垢離子析出、聚集,從而導(dǎo)致結(jié)垢[3-4]。酒東油田以K1g1油藏采出水與K1g3油藏采出水混合,經(jīng)過處理后作為注入水水源。隨著注水程度逐漸深入,注水系統(tǒng)和地層結(jié)垢較為嚴(yán)重,注水壓力上升,地層吸水能力下降,嚴(yán)重影響了正常注水。酒東目前有13口注水井,2018年有6口井因結(jié)垢管堵停注,占總井?dāng)?shù)的46.1%。所以解決注水系統(tǒng)結(jié)垢問題至關(guān)重要。對酒東油田回注水結(jié)垢量和結(jié)垢機理進行研究,通過對阻垢劑聚天冬氨酸(PASP)、乙二胺四亞甲基磷酸鈉(EDTMPS)、羥基乙叉二膦酸(ATMP)、二乙烯三胺五甲叉膦酸七鈉(DTPMP·Na7)篩選,優(yōu)選的阻垢劑能夠抑制或減緩注水系統(tǒng)結(jié)垢對油田生產(chǎn)的影響,保障油水井正常生產(chǎn)。

        1 實驗部分

        1.1 儀器及藥品

        電子天平(感量0.000 1 g);控溫烘箱;恒溫水浴。

        氯化鈉、氯化鈣、硫酸鈉、氯化鎂、碳酸氫鈉、乙二胺四乙酸二鈉(EDTA)、氫氧化鈉、鹽酸,均為分析純,聚天冬氨酸(PASP),乙二胺四亞甲基磷酸鈉(EDTMPS),羥基乙叉二膦酸(ATMP),山東泰和水處理有限公司;二乙烯三胺五甲叉膦酸七鈉(DTPMP·Na7),山東鑫泰水處理有限公司。

        1.2 分析方法

        1)離子含量分析執(zhí)行SY/T 5523—2016《油田水分析方法》。

        2)水質(zhì)分析執(zhí)行SY/T 5329—2012《碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法》。

        3)阻垢性能評價執(zhí)行SY/T 5673—1993《油田用防垢劑性能評價方法》,采用靜態(tài)阻垢法測定阻垢劑在不同加劑量對碳酸鈣垢和硫酸鈣垢的阻垢性能。

        4)應(yīng)用效果評價。先將混合水樣和阻垢劑加入250 mL試劑瓶并混勻,在規(guī)定溫度下,恒溫24 h,測定結(jié)垢量。

        2 結(jié)垢分析

        2.1 注入水水源分析

        取K1g1地層水和K1g3地層水進行分析,分析結(jié)果見表1。

        表1 酒東油田注水水源分析

        通過對水源的成分分析可知,酒東油田k1g1油藏地層水的Ca2+含量較高,k1g3油藏地層水中HCO3-和SO42-含量高,水源水型不同,含有大量的成垢離子,混合后有成垢的可能。

        2.2 配伍性分析

        酒東油田注水水源采用K1g1油藏地層水和K1g3油藏地層水的混合水,為確定2個油藏地層水的配伍性,將油藏地層水按不同體積比混合,在常壓及30,50,70 ℃下測定48 h的結(jié)垢量,實驗結(jié)果見表2。

        表2 K1g1和K1g3油藏地層水混合后的結(jié)垢量 mg/L

        由表2可見,在不同溫度條件下2個油藏地層水的配伍性差,結(jié)垢量大,結(jié)垢類型主要是碳酸鹽垢,有少量的硫酸鹽垢。隨著溫度的升高,結(jié)垢量增加。隨著K1g1油藏地層水的比例的增加,總結(jié)垢量、硫酸鹽垢呈先增加后降低的趨勢,當(dāng)K1g1與K1g3體積比為8∶2時總結(jié)垢量最大。

        2.3 酒東油田注水結(jié)垢機理

        酒東油田礦化度高,主要成垢陽離子為鈣離子,主要成垢陰離子為碳酸氫根離子和硫酸根離子,當(dāng)成垢的陽離子與成垢的陰離子混合后,超過其溶度積時,就會產(chǎn)生沉淀。碳酸鈣和硫酸鈣結(jié)垢反應(yīng)如下。

        酒東油田2種注入水水源(K1g1油藏地層水和K1g3油藏地層水)因水型不同,含有大量的結(jié)垢離子,配伍性差,結(jié)垢量大,結(jié)垢類型為碳酸鹽垢,且含有少量硫酸鹽垢。同時在垢樣形成過程中,包裹了少量的氯化鈉形成包裹垢。

        3 阻垢劑篩選

        依據(jù)SY/T 5673—1993評價阻垢劑對碳酸鈣垢和硫酸鈣垢的阻垢性能,同時對所用酒東油田注入水進行適用性能評價。

        3.1 阻垢劑的阻垢性能評價

        依據(jù)SY/T 5673—1993標(biāo)準(zhǔn)分別測定了不同加量下阻垢劑對硫酸鈣垢和碳酸鈣垢的阻垢效果,結(jié)果見表3和表4。

        表3 碳酸鈣垢阻垢率

        表4 硫酸鈣垢阻垢率

        由表3和表4可以得出,阻垢劑對碳酸鈣阻垢性能較好,阻垢率均可達到85%,PASP阻垢效果最好,當(dāng)加劑量為10 mg/L時,碳酸鈣阻垢率達到96.2%,但隨著加劑量的增加阻垢效果降低。阻垢劑加入量的增加,對硫酸鈣垢的阻垢效果先增強后減弱的趨勢,4種阻垢劑對硫酸鈣垢的阻垢效果較差,阻垢率均小于85%。選取PASP、DTPMP·Na7、ATMP進行注入水使用效果評價。

        3.2 酒東注入水的使用效果評價

        2019年6月13日酒東聯(lián)合站取注入水(處理后的采出水),在50 ℃,48 h條件下進行阻垢劑使用效果評價,酒東油田注入水未加入阻垢劑的結(jié)垢量為824 mg/L,加入不同劑量的阻垢劑后酒東油田注入水的結(jié)垢量見表5。

        表5 酒東油田注入水結(jié)垢量

        由表5可以得出, PASP和DTPMP·Na7阻垢率可以達到85%,PASP的阻垢效果最好,加劑量為30 mg/L時,阻垢率為89%。

        3.3 掃描電鏡實驗

        加入PASP前后碳酸鈣、硫酸鈣的掃描電鏡(SEM)圖見圖1~圖4。

        圖1 未加阻垢劑碳酸鈣的SEM圖(放大1000倍)

        圖2 加30 mg/L PASP碳酸鈣的SEM圖(放大1000倍)

        由圖1和圖2可以看出,未加任何碳酸鈣阻垢劑時碳酸鈣晶體是非常規(guī)則的正六面體結(jié)構(gòu),加了PASP之后,就形成了較疏松的棉絮狀結(jié)構(gòu),說明PASP使得碳酸鈣晶體發(fā)生了嚴(yán)重的畸變,從而阻止了碳酸鈣垢的形成。

        圖3 未加阻垢劑硫酸鈣的SEM圖(放大200倍)

        圖4 加30 mg/LPASP硫酸鈣的SEM圖(放大50倍)

        從圖3和圖4可以看出,未加阻垢劑的硫酸鈣晶體為規(guī)整的針狀晶體,而加了PASP之后,開始出現(xiàn)疏松晶體,說明在加了PASP后硫酸鈣晶格發(fā)生了畸變,阻止了晶體的形成。

        4 結(jié)論

        1)酒東油田注入水礦化度高,含有大量的成垢離子。酒東油田結(jié)垢主要為碳酸鈣垢。

        2)PASP對酒東油田注入水的阻垢效果最好,加劑量為30 mg/L時阻垢率為89%。

        3)掃描電鏡實驗結(jié)果表明,加入PASP后會造成碳酸鈣、硫酸鈣的晶格發(fā)生畸變,從而阻止了結(jié)垢。

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