油層預置防垢技術研究

尹麗萍

(勝利油田分公司東辛采油廠,山東,東營,257094)

油層預置防垢技術研究

尹麗萍

(勝利油田分公司東辛采油廠,山東,東營,257094)

針對東辛油田結垢嚴重的問題,應用結垢預測軟件對營 11區塊的地層、油管、套管及輸油管線的結垢趨勢進行預測和分析,然后通過配伍性、靜態防垢率、動態最低有效防垢濃度(MIC)和吸附—解吸性能實驗研究,對國內外不同防垢劑進行了評價,篩選出綜合性能較好的防垢劑 SA13C。現場試驗防垢效果顯著,提高了油井產量,取得了良好的經濟效益。

結垢預測;結垢分析;防垢劑;適用性實驗;現場試驗

進入注水開發階段后,油水井結垢已成為全國各大油田普遍存在的問題。地層結垢會造成油層傷害,導致產液量下降;井筒和輸油管線結垢,會導致流動阻力增加,設備損壞等問題[1][2]。目前常用的清垢方法是作業更換管線、機械除垢或地層酸化等[3],雖然起到一定防垢效果,但作業頻繁,費時費力,原油成本攀升,總體上具有很大的局限性,因此,為解決這一問題,進行了油層預置防垢技術研究。

1 東辛油田結垢機理研究及分析

1.1 注水開發階段結垢機理 在注水開發的過程中,當注入水進入地層時形成水、油、氣及地層巖石等組分構成的復雜多相體系。在這里除了注入水與地層水、原油的混合外,還有注入水與巖石的溶解反應,不相容水產生的沉淀與溶解、氣體的分配與逸出,粘土的膨脹運移等,嚴重破壞了地層各相間的平衡,從而造成了注入水與地層復雜的化學反應。易結垢鹽的溶解度與溫度、壓力、pH值和鹽含量等有關。如圖1所示,這些參數都是影響結垢的因素。

圖1 注水開發油田結垢示意圖

1.2 東辛營 11區塊結垢趨勢預測 油田無機結垢趨勢預測軟件 (OFISTP3.0)是一種針對油田無機結垢 (包括碳酸鹽垢和硫酸鹽垢)趨勢預測的專門軟件[4]。針對東辛油田油井的結垢現象,選定東辛營 11沙三油藏作為目標區塊,開展了結垢預測研究分析和油層預置防垢技術研究。營 11沙三塊平均孔隙度 21%,滲透率 31.8×10-3μm2,原始地層壓力 48.96MPa,地層溫度 127℃,屬典型的高壓低滲油藏。

1.2.1 營 11區塊生產系統結垢預測分析營 11區塊的地層、生產井底和地面輸油管線的結垢預測結果見表1。1.2.2營 11區塊的生產井底結垢預測及分析 營 11區塊生產井底結垢預測結果顯示,隨井底流壓的降低,井底紊流現象越嚴重,CO2逸出量越大,從而導致井底溶液結垢趨勢及結垢量增大。

1.2.3 營 11區塊的套管結垢及分析 營 11區塊套管結垢預測結果顯示,由于環空中產出液離動液面越近,其溫度、壓力越小,則產出液中的CO2逸出,水體溶垢能力降低,產出液中的碳酸鈣達到過飽和臨界狀態,促使晶核不斷長大成垢;當井底流壓降低時,加劇產出液中的CO2逸出,導致套管結垢量增大。

1.2.4 營 11區塊的油管結垢趨勢及結垢分析 營 11區塊油管結垢預測結果顯示,在長筒泵吸入口 (1700 m)處結垢比較嚴重,主要是受吸入液體時所造成泵筒內低壓的影響;另外在近井口處也存在結垢問題,其原因與長筒泵吸入口處結垢類似。

表1 營 11區塊生產系統結垢預測結果 (流壓 15.945MPa,動液面 1500m)

2 預置防垢劑的適用性評價

針對東辛采油廠的地質、結垢和生產情況,從國內外初選了 6種防垢劑進行適用性實驗。防垢劑的評價方法包括配伍性、靜態防垢率、動態最低有效防垢濃度 (MIC)和吸附—解吸性能實驗[5]。

2.1 實驗儀器和材料

2.1.1 實驗儀器 靜態結垢實驗裝置,動態環路實驗裝置,巖心驅替 (吸附—解吸)實驗裝置,恒溫箱, ICP(電感偶合等離子體發射光譜儀),電子分析天平 (感量0.lmg),各種規格的容量瓶、錐形瓶、燒杯、移液管、滴定管等。

2.1.2 實驗材料 防垢劑:SA13C、BF-01、BF-02、BF-03、SL-01和 SL-02

化學試劑:CaCl2,MgCl2·6H2O,NaCl,Na2SO4,NaHCO3,

NaOH,鈣離子指示劑,EDTA標準溶液,人造巖芯。

實驗用水:營 11塊的地層水。

2.2 實驗方法

2.2.1 防垢劑與地層水配伍性實驗 模擬防垢劑擠注工藝,在結垢陽離子溶液中分別加入不同質量濃度的防垢劑,在 95℃下恒溫 48h,中間搖晃攪拌 2-4次,觀察有無沉淀物或混濁物產生,以檢測防垢劑與地層水的匹配性。

2.2.2 靜態防垢率實驗 在地層水陽離子溶液中分別加入不同質量濃度的防垢劑,再與陰離子溶液混合、搖勻,在 95℃下恒溫 24h。利用滴定分析方法,測定了結垢后溶液中剩余的結垢陽離子含量,計算出防垢率。

2.2.3 動態最低有效防垢濃度(MIC)實驗 將模擬地層水陽離子溶液 (加有不同濃度的防垢劑)和陰離子溶液用兩個恒流泵分別從不同管線按 1:1以較慢的速率注入混合管線,實驗溫度 95℃。監測混合管線兩端的壓差,壓差一旦上升表明管線中已出現結垢。通過測定結垢時間反映防垢效果,確定MIC值。

2.2.4 防垢劑吸附—解吸性能實驗 要使防垢劑在地層中有效期較長,則要求防垢劑在地層巖心中吸附—解吸性能較好,因此需要通過巖心驅替實驗進行考察。先往巖心中注入5%NaCl和 3%KCl混合溶液進行預處理;再注入一定濃度的防垢劑溶液,恒溫 24h;最后再用鹽水正向驅替,流速均為10PV/h(PV為孔隙體積倍數)。隔一定時間取樣,分析流出液體中防垢劑的含量,并記錄累計流出體積,觀察防垢劑在巖心中的吸附與解吸情況。

2.3 實驗結果與分析

2.3.1 防垢劑與地層水配伍性實驗 實驗結果見表2,SA13C、BF-01、BF-02、BF-03和 SL-01這 5種防垢劑與地層水配伍性都比較好,在 5mg/L～50000mg/L濃度范圍內,體系無沉淀或混濁現象產生;防垢劑 SL-02與地層水配伍性較差,保溫 24h后開始出現沉淀,故選用 SA13C、BF-01、BF-02、BF-03和 SL-01這 5種防垢劑繼續下面的實驗。

表2 防垢劑與地層水的配伍性實驗結果

2.3.2 靜態防垢率實驗 靜態防垢率實驗結果見圖2。5種防垢劑的防垢率隨著防垢劑濃度的增加而增加。其中,防垢劑 SA13C的防垢效果最好,最高防垢率達到了 90%以上;防垢劑 BF-01、BF-02和 BF-03的防垢效果次之,最高防垢率達到了 85%以上;SL-01的防垢效果最差。因此選取防垢劑 SA13C、BF-01、BF-02和 BF-03繼續下面的實驗。

圖2 防垢劑濃度與防垢率的關系曲線

2.3.3 動態最低有效防垢濃度(MIC)實驗 動態最低有效濃度(MIC)實驗結果如圖7所示。由已完成的實驗結果可知,防垢劑 SA13C和 BF-01的性能較好,應選取這 2種防垢劑繼續下面的性能實驗研究。

圖3 防垢劑濃度與結垢時間的關系曲線

2.3.4 防垢劑吸附—解吸性能實驗 防垢劑吸附 -解析實驗結果如圖8。由該實驗可知防垢劑 SA13C吸附 -解吸性能較好,在其濃度降低至最低有效濃度前,具有較長的擠注壽命。

圖4 不同阻垢劑同濃度反排曲線對比

3 現場試驗

東辛采油廠采用油層預置防垢劑 SA13C進行現場試驗3口井,防垢效果顯著,有效延長了檢泵周期。如營 11-40井,自 2007年5月以來由于結垢,平均檢泵周期 3個多月,且地層結垢導致不能正常生產。2009年3月注入防垢劑SA13C,采取前置液 (酸洗、防膨)→防垢液 →后置液 (頂替)的注入方法。實施后日產液量由 1.2m3/d上升到 2.7m3/d左右,已連續生產了 8個月,仍正常生產。

圖5 營 11-40井擠注前后生產曲線

4 結論

1)通過配伍性、靜態防垢率、動態最低有效防垢濃度(MIC)和吸附—解吸性能實驗研究,對國內外不同防垢劑進行了評價,篩選出綜合性能較好的防垢劑 SA13C,具有配伍性好、靜態防垢率高達 90%以上、MIC較低為 20mg/L、吸附—解吸性能好,可作為目標區塊的油層預置防垢劑。2)油層預置防垢劑 SA13C現場防垢效果顯著,延長了檢泵周期,提高了油井產量,取得了良好的經濟效益。

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TE133+.2

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1003-3467(2010)04-0078-03