錦州9-3油田井下管柱結垢原因分析

方培林，高永華，甄寶生

（1.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300451；2.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300451）

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。氟硼酸體系即土酸體系是砂巖基質酸化最常用的酸液體系[1]，但同時存在酸巖反應速度快、有效作用時間短、近井帶過度溶蝕等問題，且酸化過程中產生的氟硅酸、硅鋁酸、氟化鈣沉淀，硅膠薄膜擴散及沉淀，會堵塞孔吼對儲層造成嚴重的二次傷害[2]。

通過JZ9-3-W5-6井氟硼酸酸化后垢樣分析，發現氟硼酸酸化后若不及時返排，將產生大量含氟元素的二次沉淀。

1 JZ9-3-W5-6井酸化情況簡況

JZ9-3-W5-6是W平臺的一口油井，于1999年10月29日投產。2015年1月重新防砂，射孔層位為東二下段Ⅰ、Ⅱ油組，有效厚度17.3 m，油藏中深1 713.75 m，油層溫度56.59℃，基準面處地層壓力14 MPa，防砂方式為篩管礫石充填防砂。2015年6月9日采用氟硼酸籠統酸化，作業后產狀未改善，隨后液量生產維持在50 m3/d左右。2017年4月5日采用有機酸進行酸化解堵作業，在進行第二段酸化作業排液時電流瞬間上升至70 A，懷疑泵卡，嘗試正反洗、柴油浸泡、擠破膠劑、解堵藥劑浸泡、低頻解卡等措施均不能恢復。檢泵作業起出管柱，帶孔管以下至頂封以上油管外壁發現大量垢樣。

分析2015年酸化作業井史，JZ9-3-W5-6井在2015年5月進行過酸化，酸化工作液及配方（見表1）。

2 地層水結垢趨勢預測

通過地層水分析結果進行結垢趨勢預測（見表2），常用預測碳酸鈣結垢趨勢的方法為飽和指數（SI）法[3]。

飽和指數：SI=pH-（K+pCa+pAlk）

式中：pH－水的實際pH值；K－常數，為水溫與離子強度的函數，可由離子強度和水溫的關系曲線求得；pCa－鈣離子濃度的負對數，pCa=-lg[Ca2+]，其濃度單位為 mol/L；pAlk－總堿度濃度的負對數，pAlk=-lg[CO32－+HCO3-]，其濃度單位為mol/L；SI<0表示水中碳酸鈣未飽和，不結垢；SI>0表示結垢；SI=0表示穩定。

通過計算發現，隨著井底溫度的升高，結垢趨勢先降后升，在井底結垢趨勢達到最強（SI=1.54），井底結垢可能較嚴重（見圖1）。

表1 JZ9-3-W5-6井酸化液及配方表

表2 JZ9-3-W5-6井地層水分析結果

圖1 JZ9-3-W5-6井結垢趨勢預測圖

3 垢樣成分分析

3.1 垢樣溶解實驗

取少量垢樣烘干，發現垢樣較硬，含油較少，有較多蜂窩狀溶蝕孔，孔洞呈圓形、橢圓形及不規則狀，垢樣外觀（見圖2）。

圖2 JZ9-3-W5-6井油管垢樣外觀圖

使用濃度10%鹽酸溶解，發現垢樣基本不溶，無氣泡產生，垢樣形態未發生變化，垢樣不含鹽酸可溶的碳酸鹽。孔洞形成原因，鈣鎂垢等酸可溶部分被溶蝕同時產生氣體形成的。

3.2 垢樣成分檢測

采用德國蔡司Zeiss EVO MA15掃描電鏡進行垢樣形態及元素含量分析。通過掃描電鏡（SEM）判斷垢樣形態，對不同形態樣品進行分類。通常與X射線能譜儀（EDS）配合使用用來對材料微區成分元素種類與含量進行分析[4]。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，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[5，6]。

3.2.1 掃描電鏡（SEM）垢樣微觀形態分析 垢樣形態分析如下：

（1）一般在低倍下觀察顆粒全貌、孔隙發育及連通情況。放大17倍（見圖3），可發現垢樣表面很多蜂窩狀孔洞，推測為鈣鎂垢等碳酸鹽被溶蝕同時產生氣體形成的。

圖4 JZ9-3-W5-6井掃描電鏡垢樣不同位置微觀圖

（2）通過垢樣放大80倍（見圖4），觀察垢樣表面的微觀形態。發現顆粒表面有明顯的溶蝕現象，同時發現垢樣主要有2種形態。分別為多面體塊狀物（見圖5）與鱗片疊片狀堆積物（見圖6）。

（3）多面體塊狀物（見圖5）具有四角三八面結構，與石英六方雙錐體結構相似，推測為次生石英。

（4）鱗片疊片狀堆積物（見圖6）不同于原生綠泥石及伊利石黏土礦物特征，排列緊湊整齊，復合二次沉淀析出特征，推測為次生硅鋁酸鹽黏土礦物。

3.2.2 X射線能譜（EDS）分析 在放大80倍區域內選擇不同形態的垢樣進行元素分析。對塊狀與鱗片狀兩種形態垢樣分別取3個點，共6個點，塊狀物分別標記 Spot1，2，5。鱗片羽毛狀堆積物標記為 Spot3，4，6，取點情況（見圖7）。

不同取樣點能譜儀檢測元素含量結果匯總（見表3）。

表3 掃描電鏡元素分析

從表3可以看出樣品Spot1～6元素差異不大，平均含氟量在 40%，Ca，Mg 元素含量較低，Na，K，Al，Fe元素總含量接近50%。

圖5 JZ9-3-W5-6井掃描電鏡垢樣不同位置微觀圖

圖6 JZ9-3-W5-6井掃描電鏡垢樣不同位置微觀圖

圖7 JZ9-3-W5-6井掃描電鏡垢樣6個測樣點

圖8 樣品Spot1能譜元素定量分析

氫氟酸、氟硼酸處理地層時，在解堵的同時，副作用很大，特別是砂巖礦物與氫氟酸或氟硼酸體系的反應產物往往會對地層造成新的傷害，產生的沉積物主要有不溶性氟化物、氟硅酸鹽、氟鋁酸鹽及硅膠等[7]。本次垢樣取得時間距最近1次酸化不足1個月，垢樣中鈣鎂元素較低，分析原因為：2017年有機酸酸化將鈣鎂垢溶出，剩余殘渣為2015年氟硼酸酸化產生的不溶性氟化物。在有機酸化后，管壁垢樣松散并被剝離，隨產液帶入電泵，導致了本次排酸過程中的泵卡事故。

4 結果與討論

（1）通過JZ9-3-W5-6井地層水分析，在井下溫度壓力下，地層水有較強的結垢趨勢，可能的結垢產物為鈣鎂垢。

（2）通過酸溶，掃面電鏡，能譜分析，發現井下垢樣不含鈣鎂垢，可能原因是最近的一次有機酸酸化將鈣鎂垢溶出。

（3）元素分析結果顯示垢樣含有大量的氟元素，最高達44.72%，結垢產生原因可能為氟硼酸酸化后未及時返排，在井下溫度壓力下產生的二次沉淀，在井筒沉積，影響后期解堵效果及后期生產。

（4）針對氟硼酸酸化后形成的二次沉淀，使用鹽酸、有機酸均不能解除。因此使用氟硼酸酸化后一定及時返排，避免形成二次沉淀再次堵塞地層或井筒。

參考文獻：

[1]紀鳳勇，劉小娟，宇文博，等.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]劉平禮，蘭夕堂，等.砂巖儲層酸化的新型螯合酸液體系研制[J].天然氣工業，2014，34（4）：72-75.

[3]關德，楊寨，魏光華，等.SZ36-1油田注水系統結垢趨勢預測及防垢研究[J].油田化學，2001，18（2）：136-138.

[4]鐘孚勛，賀偉，賀承祖，等.砂巖酸化反應的微觀機理研究[J].天然氣工業，2000，20（2）：64-66.

[5]方培林，樊虹，高怡明，等.岐口18-1油田井下管柱結垢原因分析[J].石油化工應用，2016，35（1）：107-109.

[6]薛小佳，寧治軍，李志忠，等.“酸敏”砂巖儲層的酸化適用性探討[J].天然氣工業，2012，32（6）：50-52+109.

[7]柳娜，南珺祥，劉偉.鄂爾多斯盆地中部長6和長8儲層特征及酸敏機理[J].石油學報，2008，（4）：588-591.