文23氣田氣井結垢及動態除垢技術研究

文守成，饒喜麗(長江大學石油工程學院，湖北 荊州 434023)

汪召華(中原油田天然氣產銷廠，河南 濮陽 457000)

文23氣田氣井結垢及動態除垢技術研究

文守成，饒喜麗(長江大學石油工程學院，湖北 荊州 434023)

汪召華(中原油田天然氣產銷廠，河南 濮陽 457000)

闡述了文23氣田氣井垢物形成機理，對地層水結垢趨勢進行了預測。地層水礦化度過高，且隨開發程度不斷深入，儲層壓力不斷下降，產出水大量蒸發以及水溶中酸性氣體逸出是導致該氣田結垢嚴重的主要原因。結垢預測結果表明，文108井與文109井產出水在井底條件下碳酸鈣與硫酸鈣飽和指數遠大于1，結垢趨勢強。所結垢物類型包含水溶性垢物氯化鈉以及難溶性垢物，其中難溶性垢物中，CaCO3占76.03%、CaSO4占6.58%、Fe2CO3占2.3%以及泥質15.09%。針對文23氣田現場情況，研制了PDPT-1清垢劑，并結合動態除垢工藝技術對文108井進行了現場除垢試驗。PDPT-1清垢劑為自行研制的螯合劑與有機酸、緩蝕劑、滲透劑、防膨劑以及助排劑復配而成，對碳酸鈣、硫酸鈣以及現場混合型垢物具有較強溶解、剝落、碎化、分散作用，90℃時溶解能力分別達到165.4、80.5與174.2g/L，且對井下管材腐蝕較弱，90℃時僅為0.0034mm/a。經除垢作業后該井油壓明顯上升，產氣量增加30%以上。

文23氣田；氣井；結垢；清垢劑；動態除垢工藝技術

文23氣田位于東濮凹陷中央隆起帶北部文留構造的高部位，為典型的帶邊底水高壓干氣氣藏，氣藏埋藏深度2700～3050m，原始地層壓力38.62MPa，溫度約114.3℃。所產流體以甲烷為主，含量gt;95%，地層水為CaCl2型，總礦化度(26～30)×104mg/L[1]。目前，該氣田地層平均壓力降至9MPa以下，多數中高產氣井因結垢發生了突然停產的問題，影響產能近49×104m3/d，已嚴重危及氣田平穩生產，生產形勢十分緊張[2-3]。筆者闡述了文23氣田氣井垢物形成機理，對氣井地層水結垢進行了預測，并針對性提出了除垢工藝。

1 文23氣田垢物組分分析

文23氣田分為主塊、東塊、西塊和南塊4個區域。通過對文23-3、文109以及文69-1井等井底油管內附作物分析，垢物外觀通常白色或黃褐色，主要成分為：氯化鈉、碳酸鈣、硫酸鈣、鐵垢以及黏土砂石等。用X射線衍射法測定難溶性垢物成分為76.03%碳酸鈣、6.58%硫酸鈣、2.3%碳酸鐵以及15.09%泥質。氣井以及結垢部位不同，則各類型垢物含量略有區別。

2 垢物形成機理及結垢預測

2.1垢物形成機理

根據現場資料顯示，該氣田儲層壓力已降至9MPa左右，而井底流壓降至5MPa以下，已處于低壓高溫狀態。應用相關模型[4-5]計算了不同溫度條件下，天然氣中含水量隨壓力的變化。圖1為50、100、115、120℃下天然氣含水量隨壓力變化關系圖。由圖1可以看出，在低壓高溫條件下，尤其當壓力降低至5MPa以下時，天然氣飽和水蒸汽含量急劇增加，由此造成產出的地層水大量蒸發，地層水中各種鹽(如NaCl、CaCO3、CaSO4等)達到飽和或過飽和狀態，并在適宜條件下結晶沉淀，導致油套管鹽塞。

圖1 天然氣飽和蒸汽含量隨壓力變化圖

在井眼附近地層的孔喉內、油管壁或地面控制設備內。該類結垢通常稱之為誘發性結垢，最為普遍，但卻不能及時發現，往往是在管柱內結垢后影響井下作業時才被發現。

2.2結垢預測

預測原理主要基于Stiff提出的飽和指數(SI)法，飽和指數法[7]的計算公式為：

SI=pH-pHs=pH-(K+pM+pAlk)

表1 文108、109井預測結果

當SI=0時，溶液與固體垢相平衡；當SIgt;0時，溶液含鹽過飽和或具有形成鹽垢條件；當SIlt;0時，則溶液欠飽和，或不能形成鹽垢。

對文108、109井不同生產時期井底條件下碳酸鈣與硫酸鈣的飽和指數計算表明，隨該氣田開發程度不斷深入，飽和指數逐漸增加，目前飽和指數已大于1，具備了結垢條件。計算結果見表1。

3 文108井動態清垢技術

3.1清垢劑

針對文108井結垢情況研制了PDPT-1型清垢劑，主要采用自行研制的螯合劑與有機酸、緩蝕劑、滲透劑、防膨劑以及助排劑進行復配而成，對無機垢有較強溶解、剝落、碎化、分散作用，而對井下管材腐蝕較弱。

表2 PDPT-1溶解垢物試驗數據

1)溶垢試驗評價 將20g碳酸鈣、硫酸鈣以及現場垢物放入250ml的燒杯中，并加入100ml PDPT-1清垢劑，在25、50以及90℃條件下反應24h。不同溫度條件下溶解碳酸鈣、硫酸鈣以及現場垢物效果列于表2。由表2可見，PDPT-1對純碳酸鈣與現場混合型垢物能力較強，同時對純硫酸鈣垢物也具有一定的溶解能力。對現場混合型垢物而言，在25℃條件下，PDPT-1溶解能力已達到145g/L以上，且隨溫度升高，溶垢能力逐漸增強，90℃條件下溶解能力大174g/L以上。

2)腐蝕性能評價 取PDPT-1溶液300ml放入廣口瓶，放入N80鋼片后在20、50，90℃的水浴鍋內恒溫168h，稱量鋼片腐蝕前后的質量。試驗結果見表3。由表3結果可知，PDPT-1清垢劑對N80鋼片腐蝕性能極小，90℃條件下，PDPT-1清垢劑對N80鋼片平均腐蝕速率僅為0.00345mm/a。由此可見，該清垢劑在清垢過程中不會對井下管材造成較大危害。

表3 清垢劑對N80鋼材腐蝕性能試驗數據

3.2動態清垢工藝技術

前期，中原油田天然氣產銷廠采用某廠研制的清垢劑對文109井進行了現場清垢試驗。試驗雖然將井筒中的垢物完全清除，但對儲層造成了嚴重傷害，產量由9.0×104m3/d下降至3000m3/d。分析其原因，一方面，清垢劑對垢物的碎化與分散能力較差；另一方面，儲層壓力較低，靜態侵泡法除垢過程中井筒內壓力逐漸上升，進而可能導致含有大量雜質的殘余清垢劑倒灌侵入儲層，由此對儲層產生嚴重傷害。

針對上述原因，一方面室內針對性研制了上述PDPT-1清垢劑；另一方面，對清垢工藝進行了改進，采用了動態清垢工藝，即在不停產或適當降低產量條件下利用產出氣體攪動實現動態清垢過程。施工步驟如下：用泡排車直接從油管加入PDPT-1清垢劑原液，適當降低氣井產量投產，確保清垢劑與結垢部位充分接觸，24h用提噴的方法將殘液排出井筒。

3.3清垢效果分析

利用上述工藝對文108井進行了現場清垢試驗。24h后提噴排出液體為灰色泡狀液。通過凈化施工，通井遇阻位置明顯下降，氣井壓力恢復也得到明顯改善，油壓由2.0MPa上升至3.8MPa。現場增產效果顯著，氣井產量由除垢前的6.0×104m3/d上升至8.5×104m3/d，增產2.5×104m3/d，增幅大于30%。

4 結 語

文23氣田地層水礦化度較高，且已進入開發中后期，儲層壓力急劇下降，產出水大量蒸發，加之地層水中酸性氣體逸出，進而導致氣井結垢嚴重，產能急劇下降。采用加注PDPT-1清垢劑并結合動態除垢工藝技術一方面可有效提高氣井產能，防止清垢過程中含有大量雜質的殘余清垢劑進入儲層，對儲層產生嚴重傷害，另一方面可提高清垢速度與效率。該技術可在同類低壓氣藏推廣應用。

[1]文守成,何順利,陳正凱，等.氣田地層結鹽機理實驗研究與防治措施探討[J].鉆采工藝，2010,33(1):86-89.

[2]文守成,何順利,賴必智，等.氣田地層結鹽機理試驗研究及影響因素分析[J].石油天然氣學報(江漢石油學院學報),2009,31(5):145-147.

[3]蒲海龍,羅素華,何曉云，等.產水氣井結鹽垢機理研究及防治[J].內蒙古石油化工，2010(1):4-6.

[4]寧英男,張海燕.天然氣含水量圖數學模擬與程序[J].石油與天然氣化工,2000,29(2):75-77.

[5]Mohammadi A H. A Semi-empirical Approach for Estimating the Water Content of Natural Gas [J]. Ind Eng Chem Res, 2004, 43(22):7137-7147.

[6]李榮娟,周興付,周靜，等.川西合興場須二氣藏氣井CaCO3結垢及清垢技術[J].油田化學,2009,26(4):395-397.

[7]李旭日,劉建儀,張廣東，等.大牛地氣田結垢預測研究[J].天然氣勘探與開發,2008,31(4): 69-71.

[編輯] 洪云飛

TE358.5

A

1673-1409(2012)05-N133-03

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.05.044

2012-02-12

文守成(1973-)，男，1997年大學畢業，博士，講師，現主要從事油田化學劑和采油工藝方面的研究工作。