富民油田油井綜合治理工藝研究

李慶彤，李凡磊，康玉陽，李 興，潘國輝，馮貴賓

（1.江蘇徐州中石化管道儲運(yùn)有限公司，江蘇徐州 221008；2.江蘇油田分公司采油一廠，江蘇揚(yáng)州 225265）

富民油田油井井筒一直存在腐蝕、偏磨問題，腐蝕主要為細(xì)菌腐蝕和電化學(xué)腐蝕。而由于腐蝕、偏磨造成的高頻次檢泵問題也日益突出。2012年該區(qū)塊檢泵作業(yè)78井次，其中作業(yè)2次的井為13口，作業(yè)3次以上的井為8口，檢泵原因主要表現(xiàn)為：油管漏（占30.1%）、斷脫（占61%）、凡爾失靈（占6%）。目前富民區(qū)塊防腐存在兩個問題：（1）富民區(qū)塊不同油井產(chǎn)液量差異較大，但是加藥制度比較單一，針對性不強(qiáng)，導(dǎo)致部分井加藥效果不好；（2）電化學(xué)腐蝕井及插管采油井缺乏有效的防腐措施。因此本課題應(yīng)用示蹤劑法、垢樣分析、細(xì)菌監(jiān)測等實(shí)驗(yàn)手段對不同產(chǎn)液量油井加藥制度進(jìn)行優(yōu)化，并引進(jìn)應(yīng)用陰極保護(hù)工藝解決現(xiàn)有的防腐難題。

1 油井井筒腐蝕、偏磨現(xiàn)狀調(diào)查

1.1 油井腐蝕垢成分分析

油井腐蝕造成的檢泵主要表現(xiàn)為：油管漏、抽油桿斷脫、凡爾失靈等，其中油管漏和抽油桿斷脫現(xiàn)象比較嚴(yán)重，占到了80%以上。

對油井檢泵過程中發(fā)現(xiàn)的垢樣都進(jìn)行了逐井采集，利用X射線衍射儀對垢樣成分進(jìn)行分析。其中近90%的井垢樣以腐蝕性產(chǎn)物（硫化亞鐵或碳酸亞鐵或兩者混合物）為主（見表1）。

表1 2012年富民區(qū)塊油井垢樣分析結(jié)果表

1.2 井筒主要腐蝕類型

1.2.1 硫酸鹽還原菌腐蝕 油井井筒產(chǎn)生鐵的硫化物垢主要是由于產(chǎn)出液游離水中的硫酸鹽還原菌將硫酸根還原成硫離子，并與鐵離子、亞鐵離子反應(yīng)生成鐵的硫化物垢。

SRB造成油井井筒腐蝕的反應(yīng)機(jī)理為：

總反應(yīng)式為：

對產(chǎn)生過硫化亞鐵的腐蝕井進(jìn)行細(xì)菌監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)出液游離水中均含有大量的硫酸鹽還原菌（見圖1，圖 2，表 2）。

圖1 硫酸還原菌培養(yǎng)情況

圖2 硫酸鹽還原菌對鐵腐蝕情況

表2 部分油井細(xì)菌監(jiān)測數(shù)據(jù)表

1.2.2 地層水電化學(xué)腐蝕 富民油田主要生產(chǎn)E2s1、E2d1、E2d2等層位，目前開發(fā)已經(jīng)進(jìn)入中高含水期，大部分油井含水都在80%以上，地層水水型主要為硫酸鈉水型和碳酸氫鈉水型：硫酸鈉水型油井比例為78.5%，碳酸氫鈉水型油井比例為20%（見表3）。

表3 富民油田各井地層水分析統(tǒng)計(jì)表

富民油田井筒也存在電化學(xué)腐蝕問題例如二氧化碳腐蝕，該區(qū)塊產(chǎn)出液伴生氣組分中二氧化碳含量為3.71%，部分井二氧化碳腐蝕現(xiàn)象比較明顯，容易產(chǎn)生碳酸亞鐵垢；同時該區(qū)塊水中的氯離子、硫酸根離子含量較高，在一定程度上加劇了電化學(xué)腐蝕程度。

1.3 偏磨問題

偏磨主要是由于井身結(jié)構(gòu)、腐蝕結(jié)垢、結(jié)蠟等原因造成的管桿偏磨，也是富民區(qū)塊油井頻繁檢泵的主要原因之一，2012年20口作業(yè)2次以上的檢泵井中40%油井存在嚴(yán)重偏磨現(xiàn)象（見圖3，圖4）。

2 油井綜合治理措施技術(shù)實(shí)施

2.1 建立優(yōu)化油井加藥制度

2.1.1 殺菌劑投加井選井條件

（1）產(chǎn)生鐵的硫化物垢的作業(yè)井；（2）產(chǎn)出液游離水硫酸鹽還原菌含量大于70個/毫升的井。

2.1.2 優(yōu)化油井加藥制度 用示蹤劑法模擬化學(xué)藥劑投加井筒后濃度變化情況（見表4，圖5，圖6），初步建立藥劑井筒衰減模型，具體方法如下：

（1）選用硫氰酸銨作為示蹤劑，根據(jù)不同產(chǎn)液量選取了4口實(shí)驗(yàn)井。

（2）向4口實(shí)驗(yàn)井分別投加30 kg示蹤劑，并摻水沖洗。

（3）每天取實(shí)驗(yàn)井水樣用分光光度計(jì)測產(chǎn)出液中示蹤劑濃度。

圖3 偏磨的抽油桿

圖4 偏磨的油管

（4）建立不同產(chǎn)液量油井藥劑濃度衰減模型。

表4 示蹤劑選井統(tǒng)計(jì)表

通過連續(xù)一周對4口實(shí)驗(yàn)井產(chǎn)出液中示蹤劑濃度變化情況的監(jiān)測，逐步建立了藥劑井筒濃度衰減曲線（見圖 7）。

圖5 分光光度計(jì)

由圖7可知，4口實(shí)驗(yàn)井投加30 kg示蹤劑后第二天藥劑濃度均突減小于40 mg/L，遠(yuǎn)低于絕殺細(xì)菌要求的500 mg/L，因此，目前的定期投加殺菌劑加藥制度起不到絕殺細(xì)菌的效果，而目前連續(xù)投加殺菌劑在現(xiàn)場實(shí)施方面有一定的難度，難以推廣。

加藥制度單井加藥量計(jì)算公式一般為：

單次藥劑量=絕殺細(xì)菌藥劑濃度×井筒液體積

加藥制度在加藥周期上的優(yōu)化：選取具有代表性的不同產(chǎn)液量實(shí)驗(yàn)井，投加一定量殺菌劑（本實(shí)驗(yàn)投加量設(shè)計(jì)為25 kg）后對井筒產(chǎn)出液細(xì)菌含量進(jìn)行測定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見表5）。

圖6 不同濃度鐵的絡(luò)合物

圖7 示蹤劑井筒濃度變化曲線

表5 油井加殺菌劑前后細(xì)菌含量變化情況

目前因?yàn)楝F(xiàn)場條件有限無法做到藥劑的連續(xù)投加，所以本課題對投加周期的優(yōu)化以控制細(xì)菌生長速度為依據(jù)，當(dāng)產(chǎn)出液中細(xì)菌含量超過110個/毫升時為一個投加周期。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定優(yōu)化加藥周期如下：

（1）產(chǎn)液量＜10 t：油井殺菌劑投加周期為15天；（2）10 t＜產(chǎn)液量＜30 t：油井殺菌劑投加周期為10天；（3）30 t＜產(chǎn)液量：油井殺菌劑投加周期為7天。

2.2 陰極保護(hù)工藝引進(jìn)應(yīng)用

陰極保護(hù)工藝是利用活性較強(qiáng)的鋁鋅合金材料作為犧牲陽極，與油管和抽油桿相連對其進(jìn)行陰極極化，減緩油管及抽油桿電化學(xué)腐蝕（見表6，圖8，圖9）。

圖8 抽油桿陰極保護(hù)器

圖9 油管陰極保護(hù)器

表6 油水井防腐防垢犧牲陽極技術(shù)參數(shù)表

陰極保護(hù)工藝選井原則：（1）電化學(xué)腐蝕嚴(yán)重井；（2）插管采油腐蝕井；（3）沉沒度很小的腐蝕井，富民區(qū)塊有些供液能力較好的油井液面幾乎在井口附近，加藥無法實(shí)施；（4）產(chǎn)液量很大的油井與化學(xué)加藥工藝配合應(yīng)用。

3 應(yīng)用及效果評價

本課題從管桿優(yōu)化、化學(xué)加藥、陰極保護(hù)工藝等措施對2012年20口頻繁檢泵井（作業(yè)兩次以上）進(jìn)行了重點(diǎn)綜合治理，其中15口頻繁檢泵井治理效果較好，措施有效率為75%，有效治理井統(tǒng)計(jì)（見表7）。

由表7可知，2012年上述15口井治理前平均檢泵周期為148天，檢泵井次為46井次，2013年治理后平均檢泵周期為266天，檢泵總井次為19井次；平均檢泵周期延長了118天，檢泵總井次減少了27井次。

通過應(yīng)用化學(xué)加藥、陰極保護(hù)工藝、防偏磨工藝等對2012年富民腐蝕、偏磨作業(yè)井特別是頻繁檢泵井的綜合治理，富民油田2013年作業(yè)總井次由2012年的78井次下降到2013年的62井次，節(jié)省了16井次作業(yè)成本。折算經(jīng)濟(jì)效益時，以全富民區(qū)塊減少檢泵井次為準(zhǔn)。

治理經(jīng)濟(jì)效益=增油效益+減少作業(yè)成本

增有效益=單井檢泵周期（以3天計(jì)算）×減少檢泵井次×單井平均日產(chǎn)油（以3 t計(jì)算）×噸油經(jīng)濟(jì)效益（按油價1 370元/噸計(jì)算）

增有效益=3×16×3×0.137=19.5 萬元

減少作業(yè)成本=單井作業(yè)費(fèi)用×減少作業(yè)井次=16×16=256萬元

因此上述15口井的綜合治理經(jīng)濟(jì)效益為275.5萬元。

表7 頻繁檢泵井有效治理井統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)論及下步建議

（1）通過重點(diǎn)治理，2012年頻繁檢泵井治理效果較好，但是2013年又增加了10余口頻繁檢泵井，重治理同時在一定程度上輕視了“防”，因此既要加強(qiáng)對頻繁檢泵井的治理，同時也要防止新的頻繁檢泵井的出現(xiàn)，做到防治結(jié)合。

（2）富民油田油井產(chǎn)液量較大，50%的井產(chǎn)液量大于30 m3/d，殺菌劑加入井筒后濃度降低很快，抑制硫酸鹽還原菌生長有效期較短，而加藥周期過短又增加了現(xiàn)場工作量，因此在制度優(yōu)化與加藥執(zhí)行上存在一定的矛盾。

（3）從陰極保護(hù)工藝應(yīng)用上來看，陰極保護(hù)能夠在一定程度上減緩了管桿腐蝕問題，因此加強(qiáng)對油井產(chǎn)出液鐵離子等腐蝕參數(shù)的監(jiān)測，推廣應(yīng)用陰極保護(hù)裝置。