WS17-2油田注入水配伍性研究與防垢劑篩選

甘秀玉，黃曉霞，馬玄，代凱，岳前升

(長江大學化學與環境工程學院，湖北 荊州 434023)

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WS17-2油田注入水配伍性研究與防垢劑篩選

甘秀玉，黃曉霞，馬玄，代凱，岳前升

(長江大學化學與環境工程學院，湖北 荊州 434023)

[摘要]注水開發目前是海上油田普遍采用的開發方式，注入水與地層水之間的配伍性直接影響注水和儲層保護效果。在分析注入水和地層水成分基礎上，采取結垢趨勢預測和靜態動態試驗來評價海水和地層水之間的配伍性。結果表明，WS17-2油田流三段地層水和注入水離子含量相差較大，同時總礦化度均不高；海水自身以及和地層水之間在地層條件存在不配伍性現象，有碳酸鈣垢生成，通過添加一定量的有機膦酸鹽防垢劑可以有效阻止垢的生成。

[關鍵詞]WS17-2油田；地層水；注入水；配伍性；防垢劑

WS17-2油田位于我國南海北部灣盆地，儲層為流二段和流三段，巖性為中細砂巖，流二段儲層以中孔、中高滲儲層為主，流三段則以中低孔、低滲儲層為主。該油田開發設計中以海水為注入水，注入水的配伍性對于注水開發油田非常重要。為此，筆者分析了該海域海水組成，預測了注入水與地層水結垢趨勢，評價靜態試驗結果，通過巖心流動試驗研究了注入水動態配伍性，在此基礎上優選出了適宜防垢劑種類及加量。

1試驗部分

1.1材料

EDTA(乙二胺四乙酸鈉)、KOH(氫氧化鉀)、鈣-羧酸指示劑、氨水-氯化銨緩沖溶液、鉻黑T、ATMP(氨基三甲叉膦酸)、EDTMP(四甲叉膦酸)、HEDP(羥基乙叉二膦酸)、HPMA(聚馬來酸)、PBTCA(2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸)，化學試劑；流三段地層水，海水，WS17-2油田提供。

1.2方法

1)水質分析方法。離子組成采用ICP陽離子色譜儀和SY/T5523-2000《油氣田水分析方法》[1]中相關規定測定，計算總礦化度和判別水型等。

2)結垢趨勢預測方法。飽和指數法[2～4]是由Stiff和Davis提出預測油田水結垢情況的一種方法，按照SY/T0600-2009《油田水結垢趨勢預測》[5]中的方法來計算不同混配比的飽和指數。

3)結垢靜態評價方法。對海水與流三段地層水按一定比例做混配試驗，配伍性試驗[6]是在模擬某個溫度下以不同的體積比進行混合后的結垢情況，觀察混合后溶液的結垢現象，滴定結垢離子濃度的變化來確定混輸的配伍性。通過測定溶液恒溫前后Ca2+、Mg2+濃度的變化，來表觀不同混配比結垢程度。

4)注入水與巖心配伍性動態評價。室內采用巖心流動裝置[7]，來模擬現場注海水過程中結垢程度對儲層滲透率的影響，測定海水不斷注入過程中，不同注入量PV數與巖樣滲透率Kr的關系。

5)防垢劑防垢性能評價方法。防垢劑防垢性能的評價及篩選是由實驗室的試驗來確定的。防垢劑防垢性能評價參照石油天然氣行業標準《油田用防垢劑性能評價方法》(SY/T5673-93)[8]，采用成垢離子測定法。

2結果與分析

2.1水質化學組成

WS17-2油田流三段地層水海水數據分析表如表1所示。從表1可以看到，流三段地層水與海水離子含量相差較大，同時總礦化度均不高：流三段地層水總礦化度為8681.5mg/L，水型為NaHCO3型，海水總礦化度為34691mg/L，水型為MgCl2型。由成垢離子的質量濃度可以看出主要結垢離子為鈣鎂離子和硫酸根與碳酸氫根離子，2種水均偏堿性。

表1　WS17-2油田流三段地層水海水數據分析表

2.2海水與地層水結垢趨勢

根據水樣的離子組成，預測出可能會產生碳酸鈣和硫酸鈣沉淀，表2列出了注入水和地層水按不同比例混配后的飽和指數值。由表2可知，硫酸鈣垢的飽和指數SI均小于0，碳酸鈣垢的飽和指數SI大于0，因此說明混配后會有碳酸鈣垢生成(飽和指數法預測的是當SI<0，溶液未飽和，表示不結垢；SI>0，表示結垢)。

表2　海水與地層水以不同比例混配下的結垢飽和指數

2.3靜態配伍性試驗

將海水與地層水按0∶1、1∶4、2∶3、1∶1、3∶2、4∶1、1∶0模擬地層溫度80℃恒溫12h進行配伍性試驗，參照石油天然氣行業標準《油氣田水分析方法》中EDTA絡合來滴定溶液中鈣鎂離子的含量。混合后進行了室內模擬考察，結果見表3。

表3　WZ10-3流三段地層水與海水不同比例混合后的結垢程度研究(80℃)

從表3的數據可以看出，海水與地層水本身就存在結垢趨勢，以不同的比例混配后，溶液變微濁，鈣、鎂含量都有一定的損失，說明了不同比例的注入水與地層水混合后存在結垢現象。因此，從儲層保護的角度出發，可考慮添加適量的防垢劑，以抑制注入水與地層水混配時的結垢現象。

圖1　海水不同驅替體積下巖心滲透率保留值

2.4動態配伍性試驗

結合靜態配伍性試驗和現場注水的情況，模擬地層條件，選取結垢量最大的一組，即V地層水：V海水=4∶1，在混配水的注入過程中進行動態試驗，了解對儲存滲透率的損害程度[9～10]。由圖1可知，隨著注入PV數增大，巖心滲透率呈降低趨勢，注入50PV時，滲透率保留值為85%，滲透率降低原因是混配水出現結垢現象，生成的垢堵塞巖心孔隙，造成滲透率下降。因此，注水作業中應加入防垢劑，抑制垢生成。

2.5防垢劑試驗

當流三段地層水與注入水比例為4∶1時，鈣鎂損失量最大，通過評價5種防垢劑下鈣鎂的損失率來進行阻垢試驗(試驗條件為80℃恒溫水浴12h)，結果見表4。

表4　不同防垢劑在不同一濃度下的防垢率

由表4可知，5種防垢劑對于混配后的水樣都起到了一定的阻垢作用，其中EDTMP、HEDP、PBTCA的防垢效果較好，防垢率均能到80%以上。綜合考慮垢的化學組成、結垢的嚴重程度、溫度對結垢的影響以及防垢劑與其他化學劑的配伍性、經濟成本等因素，優選出防垢劑EDTMP，最佳加量為15mg/L，防垢率可達93.61%，是一種性能優良的防垢劑。

圖2　加有防垢劑的海水不同驅替體積下巖心滲透率保留值

巖心用地層水飽和后，加入15mg/L防垢劑EDTMP后的注入海水對巖心滲透率的影響見圖2，當累計注入海水至100PV時，巖心滲透率保留值在90%以上，說明防垢效果比較明顯。

3結論

1)WS17-2油田流三段地層水為NaHCO3型，注入水為MgCl2型，2種水質離子含量相差較大，同時總礦化度均不高。通過計算可知，地層水和注入水混合后產生碳酸鈣垢，無硫酸鈣垢。

2)流三段與注入水配伍性不好，鈣鎂含量損失較大，巖樣滲透率隨注入空隙體積倍數的增加而下降，是因為注入水和地層水產生無機垢使巖心滲透率下降。

3)結合試驗評價，加入防垢劑EDTMP能有效的阻垢，避免了碳酸鈣垢對于儲存造成的傷害，效果顯著，滿足現場使用要求。

[參考文獻]

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[編輯]洪云飛

[文獻標志碼]A

[文章編號]1673-1409(2016)10-0027-03

[中圖分類號]TE357.6

[作者簡介]甘秀玉(1993-)，女，碩士生，現主要從事油田化學方面的研究工作；通信作者：岳前升，358207446@qq.com。

[基金項目]中海油研究總院ODP項目(2015RCPS0173PSN)。

[收稿日期]2015-12-26

[引著格式]甘秀玉，黃曉霞，馬玄，等.WS17-2油田注入水配伍性研究與防垢劑篩選[J].長江大學學報(自科版)，2016,13(10)：27～29.