李艷琦，林遠(yuǎn)平，薛新茹，李來(lái)紅，譚曉瓊，念大海

（中國(guó)石油玉門油田分公司工程技術(shù)研究院，甘肅酒泉 735019）

0 前言

油田注入水開(kāi)發(fā)是一種常用的開(kāi)采方法［1］，注入水水源主要是污水、清水或二者混合水。水源的不配伍性和外界環(huán)境（溫度、壓力、流速）的改變［2-3］，常會(huì)導(dǎo)致水中結(jié)垢離子析出、聚集，進(jìn)而結(jié)垢［4-6］。酒東油田注水開(kāi)發(fā)時(shí)，將K1g1 油藏采出水和K1g3油藏采出水混合后，經(jīng)過(guò)處理作為油井注入水。隨著注水程度逐漸深入，注水系統(tǒng)和地層結(jié)垢越來(lái)越嚴(yán)重，造成注水壓力上升和地層吸水能力下降，嚴(yán)重影響正常注水。酒東油田目前有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%，因此解決注水系統(tǒng)結(jié)垢問(wèn)題成為油田增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵。本文從分析酒東油田回注水結(jié)垢量和結(jié)垢機(jī)理入手，通過(guò)對(duì)7種阻垢劑［7-11］進(jìn)行對(duì)比篩選，優(yōu)選了適合油田生產(chǎn)的阻垢劑——聚天冬氨酸。優(yōu)選的阻垢劑能夠有效抑制或減緩注水系統(tǒng)結(jié)垢，保障油田注水系統(tǒng)的正常運(yùn)行，確保油田正常生產(chǎn)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

乙二胺四乙酸二鈉（EDTA）標(biāo)準(zhǔn)溶液（0.01 mol/L）、鈣指示劑、氯化鈣、碳酸鈣、硫酸鈉、氯化鎂、氯化鋇，分析純，天津化學(xué)試劑廠；有機(jī)磷酸（鹽）類阻垢劑：氨基三亞甲基膦酸（ATMP），乙二胺四亞甲基膦酸鈉（EDTMPS），工業(yè)品，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）、乙二胺四甲叉膦酸六鉀（HDTMP·K6），工業(yè)品，山東鑫泰水處理有限公司；有機(jī)膦酸羧酸類阻垢劑：2-膦酸基丁烷-1，2，4 三羧酸（PBTCA），工業(yè)品，常州市江湖化工有限公司；綠色環(huán)保型：聚天冬氨酸（PASP），工業(yè)品，山東泰和水處理有限公司；聚環(huán)氧琥珀酸（PESA），工業(yè)品，山東滕望化工有限公司。

電熱鼓風(fēng)干燥箱，山東菏澤儀器設(shè)備有限公司；JSM-5900LV型掃描電子顯微鏡，日本株式會(huì)社。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）水樣分析

參照中國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5523—2016《油田水分析方法》和SY/T 5329—2012《碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法》測(cè)定水樣中的離子含量，分析水樣的水質(zhì)。

（2）阻垢劑的阻垢性能評(píng)價(jià)

參照中國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5673—93《油田用防垢劑性能評(píng)價(jià)方法》，采用靜態(tài)阻垢法，評(píng)價(jià)在不同加劑量下阻垢劑對(duì)碳酸鈣垢和硫酸鈣垢的阻垢性能。按式（1）計(jì)算阻垢率E：

式中，E—阻垢劑的阻垢率，%；c0—溶液混合前的鈣離子濃度的一半，mg/L；c1—未加阻垢劑混合溶液中的鈣離子濃度，mg/L；c2—加阻垢劑后混合溶液中的鈣離子濃度，mg/L。

（3）電鏡掃描觀察

采用微電子光束（微束）對(duì)結(jié)垢晶體進(jìn)行形貌觀察，通過(guò)高倍率下觀察加入阻垢劑與未加阻垢劑的微細(xì)結(jié)構(gòu)改變情況，確定阻垢劑的阻垢機(jī)理。

（4）應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

先將K1g1 油藏采出水與K1g3 油藏采出水按4∶6比例混合，再經(jīng)過(guò)氣浮排除水中氧氣，并添加殺菌劑殺菌減緩注水系統(tǒng)腐蝕；然后向混合水樣中加入一定量的阻垢劑，在規(guī)定溫度下恒溫靜置24 h，測(cè)定結(jié)垢量m1，并作不加阻垢劑的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。按式（2）計(jì)算阻垢劑的阻垢率：

式中：E—阻垢劑的阻垢率，%；m1—混合水加入阻垢劑后的結(jié)垢量，mg/L；m0—未加阻垢劑的結(jié)垢量，mg/L。

2 結(jié)果與討論

2.1 注入水水質(zhì)分析

K1g1油藏采出水與K1g3油藏采出水的水質(zhì)分析結(jié)果見(jiàn)表1。由表1 可知，酒東油田k1g1 油藏采出水的Ca2+含量高，而k1g3 油藏采出水中得HCO3-和SO42-含量高，兩種水樣水型不同，含有大量的成垢離子，混合后有成垢的可能。

表1 K1g1油藏采出水與K1g3油藏采出水的水質(zhì)分析

2.2 配伍性分析

酒東油田注入水采用K1g1油藏采出水和K1g3油藏采出水的混合水，為確定兩個(gè)油藏采出水的配伍性，將兩個(gè)油藏采出水按不同比例混合，然后在常壓下分別測(cè)定不同溫度（30、50、70 ℃下靜置48 h的結(jié)垢量，結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知，K1g1油藏采出水和K1g3油藏采出水的配伍性差、結(jié)垢量大，垢樣主要是碳酸鹽垢，并有少量的硫酸鹽垢。在相同比例下，隨著溫度的升高，結(jié)垢量增加。在相同時(shí)間下，隨著K1g1 油藏采出水所占比的增加，總結(jié)垢量、硫酸鹽垢呈先增加后降低的趨勢(shì)，當(dāng)K1g1、K1g3 采出水比例為8∶2 時(shí)總結(jié)垢量最大，K1g1、K1g3采出水比例為7∶3時(shí)產(chǎn)生硫酸鹽垢的量最大。

表2 K1g1油藏采出水、K1g3油藏采出水按不同比例混合后在不同溫度下的結(jié)垢量（48 h）

酒東油田兩種注入水水源（K1g1油藏采出水和K1g3 油藏采出水）因水型不同，含有大量的結(jié)垢離子（主要成垢陽(yáng)離子為Ca2+，主要成垢陰離子為HCO3-和SO42-）配伍性差，結(jié)垢量大，結(jié)垢類型為碳酸鹽垢，且含有少量的硫酸鹽垢［5］。同時(shí)在垢樣形成過(guò)程中，包裹了少量的氯化鈉形成包裹垢。

2.3 阻垢劑的篩選

不同加量下，7 種阻垢劑分別對(duì)硫酸鈣垢和碳酸鈣垢的阻垢效果見(jiàn)表3和表4。由表3和表4可以得出，這7種阻垢劑對(duì)碳酸鈣垢的阻垢效果較好，阻垢率均達(dá)到85%，PASP 的阻垢效果最好，加劑量為10 mg/L時(shí)對(duì)碳酸鈣阻垢率達(dá)到96.2%，隨著加劑量的增加阻垢效果降低。隨著加劑量的增大，阻垢劑對(duì)硫酸鈣垢的阻垢效果先增強(qiáng)后減弱，7 種阻垢劑對(duì)硫酸鈣垢的阻垢效果較差，阻垢率均小于85%，其中PASP、PESA、DTPMP·Na7 對(duì)硫酸鈣垢的阻垢效果相對(duì)較好。

表3 幾種阻垢劑對(duì)碳酸鈣垢的阻垢率

表4 幾種阻垢劑對(duì)硫酸鈣垢的阻垢率

2.4 掃描電鏡分析

阻垢劑篩選實(shí)驗(yàn)中的空白樣和加入30 mg/L的PASP 后形成的碳酸鈣垢、硫酸鈣垢的掃描電鏡圖片見(jiàn)圖1和圖2。

圖1 未加阻垢劑（a）和加入30 mg/L PASP后（b）所形成碳酸鈣垢的掃描電鏡圖

圖2 未加阻垢劑（a）和加入30 mg/L PASP后（b）所形成硫酸鈣垢的掃描電鏡圖

由圖1 可以看出，在未加阻垢劑時(shí)所形成的碳酸鈣晶體是非常規(guī)則的正六面體結(jié)構(gòu)，而在加入PASP 后，所形成的CaCO3晶體為較疏松的棉絮狀。由圖2 可以看出，未加阻垢劑時(shí)所形成的硫酸鈣為規(guī)整的針狀晶體，而加入PASP 后，所形成的CaSO4晶體為疏松狀，說(shuō)明加入的PASP使CaSO4晶體也發(fā)生了畸變。

PASP的結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖3）中羧基（—COOH）基團(tuán)數(shù)目較多，在水中水解形成羧基負(fù)離子（—COO-）與水中的Ca2+螯合，形成溶于水的螯合分子，PASP 與CO32-爭(zhēng)奪與Ca2+的結(jié)合機(jī)會(huì)，降低了CaCO3的生成量。部分PASP 吸附到晶體表面，隨著晶體的不斷長(zhǎng)大被卷入晶格中，使晶體發(fā)生錯(cuò)位，在晶體內(nèi)部形成孔洞，導(dǎo)致分子間的相互作用減少，改變了晶體原有的成長(zhǎng)方向，使晶體形態(tài)發(fā)生改變，妨礙了晶體的成長(zhǎng)。

圖3 PASP結(jié)構(gòu)圖

2.5 酒東注入水的使用效果評(píng)價(jià)

2019 年6 月13 日，向酒東油田注入水（K1g1 油藏采出水與K1g3油藏采出水按4∶6比例混合）加入一定量的阻垢劑（PASP、PESA、DTPMP·Na7 和ATMP），然后在50 ℃下靜置48 h，阻垢劑對(duì)酒東油田注入水的阻垢效果見(jiàn)表5。由表5可以得出，PASP、PESA、DTPMP·Na7對(duì)酒東油田注入水的阻垢率可達(dá)到85%，其中PASP 的阻垢效果最好，加劑量30 mg/L時(shí)的阻垢率為89%。

表5 幾種阻垢劑對(duì)酒東油田注入水的阻垢效果

3 結(jié)論

酒東油田注入水采用的地層采出水，因含有大量的成垢離子，易在注水管路內(nèi)形成碳酸鈣型垢。PASP對(duì)酒東油田注入水有較好的阻垢效果，加劑量為30 mg/L時(shí)的阻垢率為89%。PASP能使碳酸鈣、硫酸鈣的晶格發(fā)生畸變，從而達(dá)到阻止結(jié)垢的目的。