岐口18-1油田井下管柱結垢原因分析

方培林，樊虹，高怡明，楊凱，權寶華

（中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津300452）

岐口18-1油田井下管柱結垢原因分析

方培林，樊虹，高怡明，楊凱，權寶華

（中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津300452）

隨著渤海油田進入中、高含水期開發階段，油井管柱存在不同的結垢現象，嚴重影響原油產量和油井的檢泵周期。但酸化后短期內井下管柱結垢的現象較為少見，本文通過對渤海油田岐口18-1-P15井酸化作業后產生的垢樣進行組分分析，結合酸液配方，發現井下管柱結垢原因是含磷與氟的多氫酸酸化后形成的二次沉淀造成的。通過能譜儀（EDS）對垢樣成分進行了分析，不同取樣點的垢樣主要組成為碳酸鈣，磷酸鈣，有機膦酸鈣，氟化鈣，鐵垢，黏土礦物，個別樣品磷元素含量高達17%，氟元素含量高達16.4%，其結果對多氫酸酸化體系的現場應用具有重要指導意義。

渤海油田；垢樣分析；二次沉淀；能譜儀

酸化是海上油田地層解堵的重要手段，垢樣組成分析是除垢清洗或地層酸化解堵前的首要工作。鹽酸-氫氟酸體系即土酸體系是砂巖基質酸化最常用的酸液體系[1]。由于土酸與礦物反應速度快，而酸液消耗于井眼附近，使酸化液的有效距離降低，而且使井壁巖石遭到破壞，二次沉淀會對地層有新的傷害。渤海油田使用的多氫酸液體系，解決了這兩個難題。多氫酸體系是由膦酸酯類化合物和氟鹽組成的混合物[2，3]，其中多氫酸提供的H+和氟鹽提供的F-結合生成活性酸HF。由于膦酸酯類化合物屬于多元有機弱酸，所以該體系的實質是弱酸和氟鹽組成的緩沖體系，且它們由這種緩沖作用建立了一個平衡。

其主要成分為：

其中：R1、R2、R3是氫、烷基、芳基、膦酸脂、磷酸脂、酰基、胺、羥基、羥基基團等；R4、R5是由氫、鈉、鉀、銨或有機基團組成。

其解堵的基本原理為：膦酸復合物和氟鹽發生反應生成HF，實質上與砂巖儲層反應的物質仍然是HF。膦酸酯復合物可以逐步電離出氫離子與氟鹽反應，緩慢生成HF和膦酸鹽。由于膦酸酯復合物是逐步電離，因此控制了與氟鹽反應生成HF的速度[4]。

多氫酸酸液體系具有緩速、深穿透、黏土溶蝕率低、水濕性、抑制沉淀等優點，在渤海油田成功應用并推廣[5]，通過QK18-1-P15井多氫酸酸化后垢樣分析，發現針對高溫低壓井，多氫酸酸化后若不及時返排，存在結垢的風險。

1 QK18-1-P15井酸化情況簡況

QK18-1-P15井井下溫度120℃，壓力系數為0.62（2014年3月20日壓力計顯示井下壓力12.97 MPa，其下入斜深2 155.6 m，垂深2 092.8 m）。2014年6月7日使用多氫酸體系酸化，作業期間循環漏失6 m3/h，總漏失量300 m3；作業后含水逐漸下降，最高日產油達60 m3，含水7%，7月17日電泵故障，累計運行40 d，檢泵期間發現泵腔和生產滑套結垢嚴重（見圖1）。

2 實驗部分

稱取一定量的垢樣置于105℃烘箱中烘干至垢樣質量不變化；使用已稱重的濾紙包裹一定量的垢樣，使用90℃～120℃沸程石油醚進行抽提；將抽提后的垢樣置于110℃烘箱中烘至質量不變化。進行如下實驗：

2.1 垢樣成分檢測

成分檢測實驗：X射線能譜儀（EDS）測垢樣晶體礦物種類和元素含量。

2.1.1 X射線能譜儀（EDS）分析能譜儀是用來對材料微區成分元素種類與含量進行分析，配合掃描電子顯微鏡與透射電子顯微鏡的使用。各種元素具有自己的X射線特征波長，特征波長的大小則取決于能級躍遷過程中釋放出的特征能量ΔE[6]，進行元素定性、定量分析，能譜儀就是利用不同元素X射線光子特征能量不同這一特點來進行成分分析的。因此，本次檢測通過能譜儀（EDS）分析可以得出樣品元素含量，分析垢樣來源。不同樣品能譜儀檢測結果匯總（見表1）。

表1 掃描電鏡元素分析

圖1 QK18-1-P15井酸化后泵腔與生產滑套結垢圖

從表1可以看出樣品1/2/3/4/5垢樣所含元素有較大差異，其中樣品1，3，4中C，O，Ca，Mg，Fe元素總含量占總質量的85%，推測主要組成為CaCO3，MgCO3，FeCO3等。樣品2檢測16.41%的F元素，推測為含氟的二次沉淀，如：CaF2，Na2SiF6。樣品5含P含量17.01%，主要為CaCO3、Ca3（PO4）2，有機膦酸鈣等。

2.2 溶蝕實驗

酸溶實驗：取一定量垢樣加入酸體系進行溶解，待酸溶解反應進行完全后過濾，并用蒸餾水沖洗，將沖洗后的垢樣置于烘箱中烘干稱重。通過溶蝕實驗制定合適的解堵方案。

（1）配制酸體系：取20 g的工業鹽酸（37%）加入到54 g蒸餾水中配制成10%的鹽酸溶液。配制10%無機垢清洗劑（主要成分為氨基磺酸與有機羧酸）的酸體系74 g。

（2）樣品按照顏色深度分為樣品6和樣品7，樣品6深灰色，樣品7灰白色，每組2 g，準確稱量其垢樣質量（1 g），分別按固液比1∶20加入到配制好的酸體系中進行酸溶實驗。

（3）酸液置于50℃水浴反應4 h后，觀察2種酸體系對樣品的溶解情況，計算溶蝕率并測量反應后pH（見圖2）。

圖2 烘干后酸反應前垢樣（左側樣品1，右側樣品2）

表2 樣品6、7與酸體系反應4 h后數據

實驗現象與結論：（1）反應前后酸體系pH值變化不大，呈酸性，酸液過量；（2）10%鹽酸和10%無機垢清洗劑對垢樣均有一定的溶解能力，其中鹽酸對其溶蝕率較大，10%無機垢清洗劑對其溶蝕率相對較弱，可選擇鹽酸做解堵液；（3）反應放出二氧化碳氣體，質量損失部分多為碳酸鈣成分。

3 結果與討論

由于多氫酸體系含磷與氟元素，垢樣元素掃描也發現磷與氟元素，地層巖性分析未發現此二種元素，因此沉淀可推測為該井酸化后產生的二次沉淀。以二次沉淀垢樣中氟化鈣與磷酸鈣含量的計算為例，根據元素分析法[7]得到，垢樣中含氟率除以氟化鈣的含氟率48.7%，垢樣中含磷率除以磷酸鈣的含磷率20%，可計算垢樣中氟化鈣含量為34%，磷酸鈣含量3.37%～7.42%。滑套處磷酸鈣含量較高，該樣品是灰白色，酸不溶，較難去除。有機膦酸可以用于90℃以下，當使用溫度高于100℃時，溶蝕與阻垢分散性能會受到不同程度影響，當溫度較高時，易形成難溶的有機膦酸鈣。

4 結論

QK18-1-P15井井下垢樣不同點的成分有較大的差異，通過能譜儀元素分析，垢樣的氟元素與磷元素來自多氫酸體系。其中氟化鈣，磷酸鈣，有機膦酸鈣可能為多氫酸酸化后未及時返排，在高溫作用下產生的二次沉淀，影響酸化解堵效果。針對多氫酸酸化后形成的二次沉淀，使用鹽酸可以部分解除。因此針對高溫低壓井，酸化液應選擇抗溫體系，酸化后及時返排，避免形成二次沉淀再次堵塞地層。

［1］紀鳳勇，劉小娟，宇文博，吳秀杰.多氫酸+氧化復合酸解堵工藝應用及評價［J］.石油化工應用，2011，30（9）：19-23.

［2］張寧星.多氫酸酸化解堵技術在歡喜嶺油田的應用［J］.石油鉆采工藝，2010，32（6）：136-138.

［3］郭文英，趙立強，曾曉慧.多氫酸酸液體系的性能評價［J］.石油與天然氣化工，2007，36（2）：139-141.

［4］陸杏英,李秀存.多氫酸深穿透酸化應用效果分析［J］.內蒙古石油化工，2011，（12）：142-144.［5］楊子，馮衛華，施洋，等．多氫酸酸化技術在海上油田中的應用與研究［J］.石油化工應用，2014，33（2）：59-62.

［6］蔣維軍．岐口18-2油田井下機組結垢原因［J］.油氣田地面工程，2014，33（1）：30-31.

［7］尹先清，靖波，張健，等．元素-紅外分析法測定海上油田含聚油泥中聚合物的含量［J］.分析測試技術與儀器，2013，19（4）：222-225.

Scaling cause analysis for downhole string in QK18-1 oilfield

FANG Peilin，FAN Hong，GAO Yiming，YANG Kai，QUAN Baohua
（CNOOC Energy Technology&Services Ltd.，Drilling&Production Company，Tianjin 300452，China）

The Bohai oilfield is stepping into the middle and high water cut stage.There are different degrees of scaling in downhole string,seriously affected the oil production and pump maintenance period.But the downhole string scaling phenomenon formed shortly after acidification is rare.This paper measured the sample content which was the scale of the well QK18-1-P15 after acidizing.Compared with the acid formula,we found the secondary precipitation scale is caused by multi-hydrogen acid which contains phosphorus and fluoride.By means of EDS,the composition is analyzed.The different sampling point of scale is mainly composed of calcium carbonate,calcium phosphate,organic phosphonic calcium,calcium fluoride,iron,clay minerals.Some samples phosphorus element content is up to 17%,fluorine element content is up to 16.4%.The result is great significance of multi-hydrogen acid for filed application.

Bohai oilfield；scale analysis；secondary precipitate；EDS

TE358.5

A

1673-5285（2016）01-0107-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.01.029

2015－11-24

方培林，工程師，2007年畢業于中國石油大學（北京）化學工程與工藝專業，現從事儲層保護技術研究和儲層保護工作液應用工作，郵箱：fangpl@cnooc.com.cn。