J氣田氣井井筒堵塞物組成性質及形成機理研究

何 競，李展峰

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459）

天然氣開發過程中，地層水礦化度高（20 000～280 000 mg/L），成垢離子含量高，同時天然氣中又含有一定量的CO2（平均約4.2%）和 H2S（平均含量872 mg/m3），極易造成井筒腐蝕、結垢堵塞。在氣井大修作業、通井、氣井解堵時，先后對478口氣井進行通井作業，其中通井遇阻井321口，占總通井數的67.2%，導致部分氣井無法正常生產。

通過化學方法和物理手段，研究井筒堵塞物的組成及形成機制，為抑制堵塞物的生成和采取有效解堵措施提供依據。

1 井筒堵塞物組成性質分析

1.1 實驗方法及步驟

實驗所用井筒堵塞物直接從井筒內刮取，密封保存，防止樣品曝氧氧化及吸水后的組成性質發生改變。固體樣品中的無機組成分析主要采用化學容量法，對堵塞物的有機成分分析主要采用石油醚萃取后，吹脫石油醚溶劑進行紅外譜圖分析方法。堵塞物組成性質分析流程見表1。

1.2 實驗結果與討論

表1 堵塞物組成性質分析流程

對氣井井筒堵塞物進行組成性質分析，并將堵塞物用石油醚萃取后進行X-衍射分析，進一步對堵塞物中無機成分進行分析，分析結果見表2。石油醚萃取堵塞物后X-衍射分析結果顯示，井筒堵塞物中主要是FeCO3和CaCO3，分析結果與化學容量法所得到的結果一致。

表2 井筒堵塞物石油醚萃取后X-衍射分析結果 %

2 井筒堵塞物形成機理

上述井筒堵塞物成分分析結果表明，井筒堵塞物主要是腐蝕結垢產物、有機物和少量采氣過程中由儲層帶來的黏土礦物、白云石等。下面進行實驗分析，研究堵塞物的來源以及形成機理。

2.1 結垢產物來源

參照石油行業標準，對 J氣田水質進行分析，分析結果見表3。在水質分析基礎上，采用Oddo-Tomson飽和指數法分別預測采出水沿井筒的碳酸鈣和硫酸鈣結垢趨勢，分析結果見圖2。

表3 水質分析結果 mg/L

由表3可知，產出水礦化度高，成垢離子含量大。隨著溫度和壓力的增加，采出水在井筒溫壓系統下存在嚴重的硫酸鈣結垢趨勢，當井深達到900 m左右時，采出水有碳酸鈣結垢趨勢，且隨著井深的增加，結垢趨勢逐漸加劇（圖2）。由此可知，井筒堵塞物中 CaCO3的來源主要是氣田產出水在井筒溫壓條件下的結垢產物。

圖2 采出水沿井筒結垢趨勢預測

2.2 有機物來源

實驗采用氮吹儀吹脫法模擬井筒條件，將 J氣田所用緩蝕劑用氮吹儀吹脫48 h，然后將吹脫后的殘留組分進行紅外譜圖分析，再將萃取過堵塞物的石油醚進行吹脫，然后進行紅外譜圖分析。最后將緩蝕劑殘留組分的紅外譜圖與堵塞物萃取物的紅外譜圖進行對比，確定井筒堵塞物中的有機成分，分析結果見圖3和圖4。

圖3 氣井緩蝕劑殘留組分的紅外譜圖

圖4 石油醚堵塞物萃取堵塞物的紅外譜圖

由圖3和圖4可知，緩蝕劑在氮吹儀吹脫48 h后，輕組分被氣流帶走，剩余的重組分黏稠，粘附于容器表面很難清除；投加緩蝕劑的井底，快速氣流通過時同樣會產生此種效果。紅外譜圖分析顯示，堵塞物中的有機成分主要是壬烷基同分異構體、多乙烯多胺衍生物、吡啶衍生物以及芳香烴衍生物等，這些結構都是緩蝕劑的主要活性成分。由此可以得出，氣井井筒堵塞物中的有機成分來自于緩蝕劑的重組分。

2.3 腐蝕產物來源

CO2、H2S以及礦化度對管材的腐蝕是引起井筒腐蝕產物形成的主要原因。實驗采用懸掛腐蝕掛片法，在高溫高壓反應釜中進行 H2S-CO2-礦化度三因素共同作用下，研究N80材質的腐蝕情況。

能譜分析和掃描電鏡對腐蝕掛片分析結果見圖5和圖6。

圖5 N80空白掛片能譜圖

圖6 0.05-0.10-40000-液相N80腐蝕掛片能譜圖

圖5顯示N80空白材質腐蝕前表面平整。在0.05 MPa壓力下H2S、0.10 MPa壓力下CO2和40 000 mg/L礦化度模擬水作用下，材質表面出現凸起的狀物，表面凹凸粗糙不平，凸點較多，主要為局部點蝕（圖6）。空白N80材質主要含有Si、Mn和Fe 3種元素，腐蝕產物包含O、S、Cl、C和Fe等元素；材質基體中含微量Mn，未在腐蝕產物中未檢測出。上述實驗表明，井筒堵塞物中的腐蝕產物為FexSy和FeCO3，主要為H2S和CO2共同作用下的酸性腐蝕物。

2.4 井筒堵塞物堵塞機理

由以上研究得出，井筒堵塞物的形成可分為 3個階段：①氣井產出流體中含高礦化度水、H2S、CO2等腐蝕性介質，形成了一種復合腐蝕環境，造成井筒腐蝕結垢，形成無機堵塞；②入井緩蝕劑在井筒高溫下裂解，黏度增加或者其有效成分發生降解、失效，形成不溶性殘渣和粘結沉積物堵塞油管通道，形成有機堵塞；③在井筒條件下，無機堵塞物充當骨架，有機堵塞物充當填充物，形成黏度大，相互之間基本無縫隙的致密混合物，經過長時間的沉積聚集，逐步在管道壁上積累從而造成井筒堵塞。

3 結論

（1）氣井井筒堵塞物的組成主要是腐蝕結垢產物，約占堵塞物的60%～80%。有機物約占堵塞物的15%～30%（其中含油占有機物的2%左右），采氣過程中由儲層帶來的少量黏土礦物。

（2）結垢產物主要為CaCO3，腐蝕產物主要為FexSy和FeCO3，有機物主要是入井緩蝕劑經天然氣氣流吹脫后殘留的重質組分。

（3）井筒堵塞物形成機理是無機堵塞物充當骨架，有機堵塞物充當填充物，形成黏度大，相互之間基本無縫隙的致密混合物，經過長時間的沉積聚集，逐步在管道壁上積累從而造成井筒堵塞。