西峰油田長8儲(chǔ)層無機(jī)垢結(jié)垢規(guī)律及解堵措施效果

黃 海，陳 博，劉易非，陳軍斌

(1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710075;2.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西 西安 710065;3.長慶油田第五采油廠，陜西 西安 710000)

西峰油田是近年來國內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的少有的幾個(gè)整裝特低滲透油田之一［1］，對(duì)長慶油田上產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)具有重要意義。西峰油田地處伊陜斜坡的西南部，屬三疊系延長組，主要生產(chǎn)層為長 8層，平均孔隙度為 10.5%，平均滲透率為 2.2×10－3μm2，屬低孔低滲儲(chǔ)層，但層內(nèi)非均質(zhì)性嚴(yán)重，微裂縫發(fā)育。為補(bǔ)充地層能量，科學(xué)高效地開發(fā)該特低滲透油田，采取超前注水開發(fā)技術(shù)，進(jìn)行大規(guī)模注水，保持油田處于穩(wěn)定生產(chǎn)狀態(tài)［2］。但開發(fā)幾年來，注水井注入壓力升高嚴(yán)重，由表1西峰油田各井區(qū)注水井投注前后壓力表可以看出，目前平均注水壓力由投注前的15.8 MPa上升到20.4 MPa，上升幅度達(dá)29%。因注不進(jìn)水所造成的平均欠注率已達(dá)38.45%，部分井區(qū)甚至超過60%，嚴(yán)重影響了西峰油田的高效開發(fā)。已有研究表明［2，3］，西峰油田注水井壓力升高，除與儲(chǔ)層本身的特低滲透性、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、非均質(zhì)性強(qiáng)等有關(guān)外，其另一個(gè)重要原因就是地層水與注入水的配伍性差，結(jié)垢嚴(yán)重堵塞儲(chǔ)層造成注水壓力上升。因此，研究無機(jī)垢結(jié)垢規(guī)律，采取有針對(duì)性的措施，對(duì)保持西峰油田長期穩(wěn)定注水、實(shí)現(xiàn)高效開發(fā)具有重要意義。

表1 西峰油田各井區(qū)注水井投注前后壓力表

1 西峰油田注入水與地層水化學(xué)特性

西峰油田長8儲(chǔ)層原始地層水礦化度較高，水型以CaCl2為主;注入水為洛河水，主要為 NaHCO3型，礦化度 0.7 g/L左右。西峰油田注入水和地層水化學(xué)成分如表2所示。從表2可以看出，地層水和注入水中含有大量的成垢離子。地層水中含有較高的 Ca2+和 Ba2+;注入水含 HCO3－和SO42－成垢陰離子。當(dāng)注入水和地層水混合后，不相容的陰陽離子會(huì)形成難溶的 CaCO3或 BaSO4，如果過飽和就會(huì)產(chǎn)生沉淀。同時(shí)由于西峰油田注水過程中的溫度、壓力等熱力學(xué)條件改變也會(huì)導(dǎo)致成垢化學(xué)物質(zhì)溶解度降低，在水溶液過飽和而析出沉淀、結(jié)垢堵塞儲(chǔ)層孔隙，致使注水壓力上升。

表2 西峰油田注入水和地層水化學(xué)成分分析結(jié)果

2 注水過程中結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)

單一水源的水或幾種來源不同的水相混時(shí)，應(yīng)根據(jù)水中成垢離子的濃度，理論溶度積常數(shù)的大小，按照成垢離子濃度最大或理論溶度積常數(shù)最小的結(jié)垢趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。參照《采油工程手冊(cè)》［4］所列舉的能考慮注水過程中溫度、壓力以及二氧化碳分壓對(duì)結(jié)垢影響的 Oddo－Tomson方法，對(duì)西峰油田注水過程中碳酸鈣、硫酸鈣和硫酸鋇結(jié)垢趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果如表3所示。預(yù)測(cè)結(jié)果顯示地層水、注入水和不同比例的地層水與注入水的混合物都有結(jié)碳酸鈣垢的趨勢(shì)，并且隨著注入水比例的增加結(jié)垢趨勢(shì)減弱，說明在注水初期結(jié)碳酸鈣垢的趨勢(shì)比較嚴(yán)重。同時(shí)，不同比例地層水與注入水混合物中硫酸鋇均處于過飽和狀態(tài)，有結(jié)垢的趨勢(shì)。

表3 西峰油田注水過程中不同水樣結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)結(jié)果

3 西峰油田注水過程中結(jié)垢實(shí)驗(yàn)研究

結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)可以定性的預(yù)測(cè)目標(biāo)水樣的結(jié)垢趨勢(shì)和結(jié)垢類型，并不能真實(shí)的反映結(jié)垢量的大小。為此，在室內(nèi)進(jìn)行了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)管路結(jié)垢實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)用水為西峰油田現(xiàn)場(chǎng)地層水與注入水。

3.1 靜態(tài)結(jié)垢實(shí)驗(yàn)研究

在室內(nèi)配置100 ml不同比例的地層水和注入水，置于容量瓶內(nèi)，在地層溫度70℃下恒溫。每隔10 d測(cè)定成垢離子含量，80 d后根據(jù)成垢離子含量的變化計(jì)算結(jié)垢總量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，當(dāng)?shù)貙铀c注入水比例為9:1時(shí)80 d后的結(jié)垢量最大，達(dá)到1.19 g/L。因此，在西峰油田注水開發(fā)初期，很容易在近井地帶結(jié)垢形成堵塞，導(dǎo)致注水壓力高、注水井欠注、油井產(chǎn)量降低。同時(shí)，隨著地層水比例的下降、注入水比例的升高，成垢陰離子 SO42－、HCO3－的濃度雖然有所增加，但是成垢陽離子的濃度逐漸減少，所以結(jié)垢量呈下降趨勢(shì)。

圖2 不同比例的地層水和注入水80 d后結(jié)垢總量

3.2 動(dòng)態(tài)結(jié)垢實(shí)驗(yàn)研究

管路模擬實(shí)驗(yàn)法是一種既接近真實(shí)地層條件，又簡(jiǎn)便、快速的實(shí)驗(yàn)方法［5］。實(shí)驗(yàn)中采用長度為 5 m，直徑為 3 mm的不銹鋼管線。在70℃、16 MPa壓力下，恒速注入靜態(tài)結(jié)垢實(shí)驗(yàn)中結(jié)垢量最大的地層水與注入水比例為9:1的混合水樣，每驅(qū)替10 d取出，烘干，稱量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。由圖2可以看出，前十天三條管線的結(jié)垢量占60 d實(shí)驗(yàn)總結(jié)垢量的65%以上，后50 d階段結(jié)垢量占總結(jié)垢量的比例呈曲線變化。因?yàn)閯傋⑷霑r(shí)，由于管線內(nèi)表面不光滑，給垢晶的生成和生長創(chuàng)造了良好的條件。隨著時(shí)間的增長，結(jié)垢晶體逐漸長大、突起，這樣就可能被水沖刷帶走。由圖4可以看出，西峰油田特低滲透儲(chǔ)層中的孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、曲折，孔隙表面粗糙，喉道細(xì)小，更容易使注入水流動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，產(chǎn)生結(jié)垢堵塞地層。

圖3 16 MPa下三條管線不同時(shí)間段結(jié)垢量

圖4 西29－44井鑄體薄片

4 垢樣成分分析

將實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)收集的垢樣，烘干、碾碎，通過X衍射分析其礦物組成。結(jié)果如表4所示。由表4可知，實(shí)驗(yàn)中生成的垢樣主要以碳酸鈣和硫酸鋇為主，其中碳酸鈣的含量最高，達(dá)到85.4%。泵口和射孔眼所取垢樣主要為碳酸鈣，尤其是水流狀態(tài)急劇改變的射孔眼附件近，碳酸鈣垢的含量到達(dá)了95.86%。

表4 樣品X衍射分析結(jié)果

5 防垢、解堵措施

5.1 防垢劑性能評(píng)價(jià)

目前國內(nèi)外油田普遍采用化學(xué)防垢方法來阻止水垢的形成，即在地面注水系統(tǒng)中加入防垢劑。根據(jù)西峰油田注水井的結(jié)垢特點(diǎn)，選取長慶井下化工廠生產(chǎn)的三種防垢劑，參照SY/T5673—1993油田用防垢劑性能評(píng)價(jià)方法，對(duì)其48 h和72 h的防垢效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)用水為地層水與注入水比例為9:1的混合水樣，防垢劑加入濃度為50 mg/L。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果表中可以看出，ZG0501對(duì)地層水和9:1混合水樣的防垢效果最好，48 h的防垢率分別為88.46%和63.20%。ZG0502和 TM800的防垢效果稍差。

西峰油田自2010年5月開始在注水井進(jìn)行加ZG0501防垢劑試驗(yàn)，藥劑濃度50 mg/L。通過修井時(shí)上提的油管和泵口檢測(cè)情況看，結(jié)垢現(xiàn)象得到明顯改善。

表4 三種阻垢劑48、72 h阻垢效果評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

5.2 深部酸化解堵現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

針對(duì)已經(jīng)結(jié)垢的注水井，采用深部酸化的解堵措施來清理射孔眼和儲(chǔ)層深部的無機(jī)垢，降低注水壓力。主體酸液配方為:鹽酸6% ～8%+乙酸3% ～5%+檸檬酸0.5%+粘土穩(wěn)定劑0.2%+緩蝕劑 0.3%+活性劑 0.05%。西峰油田2011年使用該酸液體系實(shí)施深部解堵現(xiàn)場(chǎng)施工23井次，21口井有效，有效率超過 90%。平均注水壓降5.4 MPa，單井日平均增注8.6 m3，取得了良好的試驗(yàn)效果。

6 結(jié)語

西峰油田長8儲(chǔ)層地層水和注入水配伍性較差，當(dāng)?shù)貙铀c注入水比例為9:1時(shí)80 d后結(jié)垢量最大，可達(dá)1.19 g/L;將實(shí)驗(yàn)生成和現(xiàn)場(chǎng)取得的垢樣進(jìn)行X衍射分析，表明垢樣主要成分為碳酸鈣垢;現(xiàn)場(chǎng)解堵試驗(yàn)所用的主體酸液配方(鹽酸6% ～8%+乙酸3% ～5%+檸檬酸 0.5%)可以起到很好的解堵效果，建議推廣應(yīng)用。

［1］黃昌武.長慶油田成為中國重要油氣產(chǎn)區(qū)［J］.石油勘探與開發(fā).2006，33(2):188.

［2］王小琳，武平倉，韓亞萍，等.西峰油田長8層注水現(xiàn)狀及投注措施效果［J］.石油勘探與開發(fā).2008，35(3):344 －348.

［3］賈永剛，寧中宏.西峰油田注水壓力升高原因及對(duì)策［J］.石油勘探與開發(fā).2008，31(5):95 －98.

［4］萬仁溥.采油工程手冊(cè)(精要本)［M］.北京:石油工業(yè)出版社.2003:345－348.

［5］王世強(qiáng)，王笑菡，王勇.油田結(jié)垢及防垢動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)方法［J］.中國海上油氣.1997，9(1):39 －46.