墾利3－2油田注入水結垢與防垢試驗研究

王珊 （中海油研究總院，北京100027）

隨著油田開發的不斷進行，注水開發已經成為海上油田普遍采用的二次采油方式，水的注入能有效維持和進一步補充儲層壓力與地層能量，提高采收率。若注入水水質不穩定或與儲層不配伍，不但達不到穩產增產的效果，而且可能對儲層造成傷害［1，2］。下面，筆者通過室內試驗分析了墾利3－2油田地層水及水源水的水質成分，對注入水自身結垢趨勢、注入水與儲層之間的配伍性進行了研究，為現場注水開發提供技術依據。

1 試驗部分

1.1 墾利3－2油田地層水與水源井水數據

墾利3－2油田明化鎮組水借用渤中34－1－B4井明化鎮組水質數據，東營組水借用渤中34－6－1井東營組水質數據，水源水借用BZ34－1－A34館陶組水質數據，詳細見表1。

表1 墾利3－2油田明化鎮組、東營組與館陶組水質數據

1.2 墾利3－2油田注入水方案

采用墾利3－2油田產出水與墾利3－2油田水源井水混合水樣作為墾利3－2油田注入水，其中產出水采用明化鎮組或東營組地層水水質數據，水源井水采用館陶組水質數據。

1.3 墾利3－2油田注入水結垢趨勢分析

對水樣結垢趨勢的預測采用Oddo－Tomson飽和指數法［3，4］。通過成垢物質的飽和指數Is來表征是否有垢生成。預測模型為：

式中，Ksp為溶度積，是溫度（t）、壓力（p）和離子強度（Si）的函數；［Me］為陽離子活度，如［Mg2＋］、［Ca2＋］等；［An］為陰離子活度，如［CO］、［SO］等。

結垢趨勢判斷如下 ：Is＜0，表示不結垢；Is＝0，表示處于平衡狀態；Is＞0，表示結垢。

1.4 墾利3－2油田注入水防垢措施研究

試驗方法參照石油天然氣行業標準《油田用防垢劑性能評價方法》［5］。

1.5 墾利3－2油田注入水與儲層巖心的配伍性研究

室內利用巖心流動試驗從動態方面對墾利3－2油田儲層保護進行研究。具體步驟如下：選取墾利3－2油田儲層巖心，經洗油、洗鹽、烘干后用與注入水礦化度相同KCl鹽水抽真空飽和并浸泡老化40h后，測定巖心在80℃下的初始滲透率K1；在相同流速與溫度下，用注入水驅替，測定不同注入量PV數與巖樣滲透率Kr的關系；計算滲透率保留值：

2 墾利3－2油田注入水自身結垢分析

由水質數據表可以看出，水中所含的成垢陽離子為Ca2＋和Mg2＋，而陰離子為HC、SO，由于MgCO3的溶度積明顯大于CaCO3，另外MgSO4是溶于水的，因此初步分析墾利3－2油田注入水成垢的類型只可能為CaCO3和CaSO4。

2.1 注入水在不同溫度下結垢趨勢預測

對墾利3－2油田注入水在不同溫度下的CaSO4垢和CaCO3垢飽和指數進行計算。對于純注入水，不存在CO2分壓的影響，CaCO3垢飽和指數按單相系統計算。CaSO4垢和CaCO3垢飽和指數計算結果見表2～表5。

1）墾利3－2油田明化鎮組產出水與館陶組水源井水。由表2與表3可以看出，在50～120℃溫度范圍內墾利3－2明化鎮組產出水與館陶組水源井水2種水相互混合會產生CaCO3垢，不會產生CaSO4垢。當館陶組產出水與明化鎮組水源井水2種水混合比例為1∶3時，結垢趨勢最大（Is為1.52～3.27）。

表2 館陶組產出水與明化鎮組水源井水混合在不同溫度下的CaSO4垢飽和指數Is

表3 館陶組產出水與明化鎮組水源井水混合在不同溫度下的CaCO3垢飽和指數Is

2）墾利3－2油田東營組產出水與館陶組水源井水。由表4與表5可以看出，墾利3－2油田東營組產出水與館陶組水源井水2種水相互混合在50～120℃溫度范圍內會產生CaCO3垢，不會產生CaSO4垢。館陶組水源井水與東營組產出水2種水混合比例為2∶2時，結垢趨勢最大（Is為0.90～2.66）。

表4 館陶組水源井水與東營組產出水混合在不同溫度下的CaSO4垢飽和指數Is

表5 館陶組水源井水與東營組產出水混合在不同溫度下的CaCO3垢飽和指數Is

2.2 注入水在不同溫度下的結垢程度

由結垢趨勢判斷可知，墾利3－2油田注入水在50～120℃溫度范圍內均會形成CaCO3垢。選結垢趨勢較大的2種混合水（V館陶組∶V明化鎮組＝1∶3與V館陶組∶V東營組＝2∶2），參照石油天然氣行業標準《油氣田水分析方法》［6］中EDTA絡合滴定分析法，由成垢前后Ca2＋濃度的變化換算結垢量，來表征其結垢程度，結果見表6。由表6可知，墾利3－2油田注入水在50～120℃溫度范圍內都會不同程度結CaCO3垢，其結垢程度（CaCO3結垢量）隨著溫度升高而增大。

表6 混合水樣在不同溫度下CaCO3結垢量

3 墾利3－2油田注入水防垢措施研究

墾利3－2油田注入水會形成CaCO3垢，有必要采取適當措施控制結垢。選擇結垢程度較大的混配水（V館陶組∶V東營組＝2∶2）按照石油天然氣行業標準《油田用防垢劑性能評價方法》［5］進行防垢劑防垢性能評價。

3.1 防垢劑的篩選

對7種聚合物和有機膦酸鹽防垢劑在90℃下進行篩選（恒溫時間12h，防垢劑加量為30mg／L），結果見表7。由表7可知，當防垢劑加量為30mg／L時，7種防垢劑中HEDP對混配水的防垢效果較好，防垢率可達95%以上。

3.2 防垢劑在不同加量下的防垢效果

考察HEDP防垢劑的加量分別對混配水防垢效果的影響（溫度90℃，恒溫時間12h），試驗結果見圖1。由圖1可知，隨著HEDP防垢劑加量的增大，防垢率也隨著增大；當HEDP防垢劑加量為20mg／L時，對混配水的防垢效果較好；隨后HEDP防垢劑加量再增大，防垢率增大不明顯。因此，HEDP防垢劑推薦加量為20～30mg／L，其防垢率≥90%。

3.3 溫度對HEDP防垢劑防垢效果影響

考察HEDP在不同溫度下分別對混配水的防垢效果（HEDP防垢劑加量為20mg／L，恒溫時間12h），試驗結果見圖2。由圖2可知，HEDP在50～120℃范圍內對館陶組水和混配水的防垢效果均比較好，其防垢率≥90%。

表7 不同防垢劑的防垢率

圖1 不同加量下HEDP的防垢率

圖2 不同溫度下HEDP的防垢率

4 注水過程儲層保護研究

選擇結垢程度較大的混配水（V館陶組∶V東營組＝2∶2）作為注入水，測定不加防垢劑與加入25mg／L HEDP防垢劑的注入水在注入過程中，不同注入孔隙體積倍數與巖心滲透率保留值的關系，測定結果見圖3。由圖3可知，上述注水方案對儲層巖心滲透率造成的損害不容忽視，投加防垢劑后巖心滲透率保留值可達95%以上，可避免因地層流體不配伍而結垢造成的地層傷害。

圖3 不同注入孔隙體積倍數與巖心滲透率保留值的關系

5 結論

1）墾利3－2油田注入水自身不穩定，在地層溫度范圍內會產生CaCO3垢，且CaCO3結垢趨勢隨溫度的升高而增大。這與注入水靜態結垢程度（CaCO3結垢量）隨溫度的變化規律一致。

2）針對墾利3－2油田注入水存在自身結垢問題，優選出防垢劑HEDP，其具有良好的防垢效果與抗溫性。當加量為25mg／L時，其防垢率≥90%，可以大大減輕結垢對巖心滲透率損害，巖心滲透率保留值≥95%，滿足墾利3－2油田注水開發的要求。

［1］余焱冰，高建崇.SZ36－1油田注入水與儲層配伍性實驗研究 ［J］.工業水處理，2012，32（10）：68～71.

［2］李明忠，秦積舜，鄭連英 .注水水質造成油層損害的評價技術 ［J］.石油鉆采工藝，2002，24（3）：40～42.

［3］尹先清，鄭瓊，李玫，等 .大港南部油田回注污水結垢性與配伍性研究 ［J］.工業水處理，2008，28（10）：24～26.

［4］鄭華安，田藝，梁玉凱，等 .潿洲油田群注入水傷害研究 ［J］.石油天然氣學報（江漢石油學院學報），2014，36（3）：126～130.

［5］SY／T5673－1993.油氣田防垢劑性能評價方法 ［S］.

［6］SY／T5523－2006.油氣田水分析方法 ［S］.