孤東油田二區結垢預測研究

2012-11-21 10:06:46汪偉英

長江大學學報(自科版) 2012年16期

黃磊汪偉英

(長江大學工程技術學院，湖北荊州 434020) (長江大學石油工程學院，湖北荊州 434023)

孤東油田二區結垢預測研究

黃磊汪偉英

(長江大學工程技術學院，湖北荊州 434020) (長江大學石油工程學院，湖北荊州 434023)

無機結垢是油田注水過程中遇到的最嚴重的問題之一。結垢給油田開發帶來了較大的經濟損失。為了高效開發油田，應對結垢進行科學預測，并提出相應的防垢措施。采用Oddo-Tomso飽和指數法對孤東油田二區注水系統的結垢傾向進行預測，結果表明孤東油田二區污水易結CaCO3垢,在實際應用時必須采取適當的措施防止形成CaCO3垢。

孤東油田二區；注水開發；結垢；預測

無機結垢是油田注水過程中遇到最嚴重的問題之一,結垢造成了油田開采過程中較大的經濟損失,低滲透油田損失更大。為高效開發低滲透油田,應對結垢進行科學預測。

結垢現象在注水、采油、輸油、熱采和化學采油中普遍存在,它同腐蝕一樣嚴重威脅著油田的正常生產。油田水結垢主要有2種情況：①當流體(原油及污水)從地層流向井底或由井底抽到地面時，由于溫度和壓力的變化，流體的相平衡遭到破壞，晶體析出而生成垢[1]；②注入水與地層水的不相容性引起結垢。下面，筆者主要研究孤東油田二區在注水過程中注入水與地層水混合后的結垢問題。

1 孤東油田二區回注污水成分分析

孤東油田二區注入水和地層水的各種離子含量見表1和表2。

表1 注入水(東一注)的離子含量

表2 地層水的離子含量

2 孤東油田二區結垢預測

因為Oddo-Tomson飽和指數法考慮了溫度和壓力的影響，預測的結果與油田的結果很接近，為此筆者用Oddo-Tomson指數法[2]來計算孤東油田二區的結垢情況。

2.1飽和指數

飽和比FS是離子的活度積與溶度積之比：

FS=[Me][An]/Ksp

(1)

式(1)兩邊取對數得飽和指數IS：

IS=lg(FS)=lg{[Me][An]/KC(T,P,Si) }

(2)

或：

IS=lg{[Me][An]}+PKC(T,P,Si)PKC(T,P,Si)=-lgKC(T,P,Si)

(3)

式(2) 或式(3) 即為飽和指數方程，根據該方程可判斷是否能生成垢。當IS=0 時，表示溶液與固體垢相平衡；IS>0 時, 表示過飽和狀態或有形成垢的條件；IS<0時，表示欠飽和狀態或不能形成垢。

2.2硫酸鹽垢的飽和指數方程

硫酸鹽垢主要有5種：石膏(CaSO4/2H2O)、半水石膏(CaSO4/0.5 H2O)、無水石膏(CaSO4)、硫酸鋇和硫酸鍶，其對應的飽和指數方程如下：

(7)

(8)

2.3碳酸鈣垢的飽和指數方程

碳酸鈣垢的飽和指數方程如下：

2.4幾點說明

1)硫酸鈣有3種形態(石膏(CaSO4/2H2O)、半水石膏(CaSO4/0.5H2O)、無水石膏(CaSO4)),而具體生成哪種形態主要由溫度條件決定。通常在80～121℃區間內,3種形態都有可能形成。而在上述區間的低溫端一般形成石膏(CaSO4·2H2O);高溫端則生成無水石膏(CaSO4),但一旦溫度高于121℃,生成的石膏一定為無水石膏[3]。

2)MgCO3垢是另一種形成水垢的物質，它在水中的溶解性能和CaCO3相似，它的溶解反應如下：

MgCO3+ CO2+H2O→Mg(HCO3)2

與CaCO3一樣，MgCO3在水中的溶解度隨水面上CO2分壓的增大而增大，隨溫度的上升而下降，但是MgCO3的溶解度大于CaCO3，如在蒸餾水中MgCO3的溶解度比CaCO3大40倍，因此對于大多數既含有MgCO3同時也含有CaCO3的水來說，任何使MgCO3和CaCO3溶解度小的條件出現，首先會形成CaCO3垢，除非影響溶解度減小的條件發生劇烈的變化，否則MgCO3垢未必會形成。

MgCO3在水中易水解成Mg(OH)2：

MgCO3+ H2O→Mg(OH)2+ CO2

由水解反應生成的Mg(OH)2的溶解度很小，Mg(OH)2也是一種反常溶解物質，它的溶解度隨溫度的升高而下降，含有CaCO3和MgCO3的水，趨向于生成CaCO3垢，當溫度超過82℃時，開始生成Mg(OH)2垢[4-5]。

3)Oddo-Tomson在預測碳酸鹽垢中已考慮了逸度對飽和指數的影響。如果不考慮逸度,預測的CaCO3飽和指數IS的誤差為0.3左右，由于實際已知條件有限，筆者沒有考慮逸度對飽和指數的影響。

3 預測結果

圖1 注水結垢趨勢圖

表3是注入水和地層水分別按10%∶90%、30%∶70%、50%∶50%、70%∶30%、90%∶10%混配后得到的結垢情況。表3中數據表明，東一注與二區地層水按不同比例混合后不產生CaSO4垢，但有CaCO3生成的趨勢。注水結垢趨勢圖如圖1所示。由圖1可以看出，二區Ng1+2-4層在注水過程中結垢趨勢基本保持不變，而Ng5和Ng6層隨地層中注入水的比例增大，結垢趨勢愈加嚴重。