孤東油田二區(qū)結(jié)垢預(yù)測研究

黃 磊 汪偉英

(長江大學工程技術(shù)學院，湖北 荊州 434020) (長江大學石油工程學院，湖北 荊州 434023)

孤東油田二區(qū)結(jié)垢預(yù)測研究

黃 磊 汪偉英

(長江大學工程技術(shù)學院，湖北 荊州 434020) (長江大學石油工程學院，湖北 荊州 434023)

無機結(jié)垢是油田注水過程中遇到的最嚴重的問題之一。結(jié)垢給油田開發(fā)帶來了較大的經(jīng)濟損失。為了高效開發(fā)油田，應(yīng)對結(jié)垢進行科學預(yù)測，并提出相應(yīng)的防垢措施。采用Oddo-Tomso飽和指數(shù)法對孤東油田二區(qū)注水系統(tǒng)的結(jié)垢傾向進行預(yù)測，結(jié)果表明孤東油田二區(qū)污水易結(jié)CaCO3垢,在實際應(yīng)用時必須采取適當?shù)拇胧┓乐剐纬蒀aCO3垢。

孤東油田二區(qū)；注水開發(fā)；結(jié)垢；預(yù)測

無機結(jié)垢是油田注水過程中遇到最嚴重的問題之一,結(jié)垢造成了油田開采過程中較大的經(jīng)濟損失,低滲透油田損失更大。為高效開發(fā)低滲透油田,應(yīng)對結(jié)垢進行科學預(yù)測。

結(jié)垢現(xiàn)象在注水、采油、輸油、熱采和化學采油中普遍存在,它同腐蝕一樣嚴重威脅著油田的正常生產(chǎn)。油田水結(jié)垢主要有2種情況：①當流體(原油及污水)從地層流向井底或由井底抽到地面時，由于溫度和壓力的變化，流體的相平衡遭到破壞，晶體析出而生成垢[1]；②注入水與地層水的不相容性引起結(jié)垢。下面，筆者主要研究孤東油田二區(qū)在注水過程中注入水與地層水混合后的結(jié)垢問題。

1 孤東油田二區(qū)回注污水成分分析

孤東油田二區(qū)注入水和地層水的各種離子含量見表1和表2。

表1 注入水(東一注)的離子含量

表2 地層水的離子含量

2 孤東油田二區(qū)結(jié)垢預(yù)測

因為Oddo-Tomson飽和指數(shù)法考慮了溫度和壓力的影響，預(yù)測的結(jié)果與油田的結(jié)果很接近，為此筆者用Oddo-Tomson指數(shù)法[2]來計算孤東油田二區(qū)的結(jié)垢情況。

2.1飽和指數(shù)

飽和比FS是離子的活度積與溶度積之比：

FS=[Me][An]/Ksp

(1)

式(1)兩邊取對數(shù)得飽和指數(shù)IS：

IS=lg(FS)=lg{[Me][An]/KC(T,P,Si) }

(2)

或：

IS=lg{[Me][An]}+PKC(T,P,Si)PKC(T,P,Si)=-lgKC(T,P,Si)

(3)

式(2) 或式(3) 即為飽和指數(shù)方程，根據(jù)該方程可判斷是否能生成垢。當IS=0 時，表示溶液與固體垢相平衡；IS>0 時, 表示過飽和狀態(tài)或有形成垢的條件；IS<0時，表示欠飽和狀態(tài)或不能形成垢。

2.2硫酸鹽垢的飽和指數(shù)方程

硫酸鹽垢主要有5種：石膏(CaSO4/2H2O)、半水石膏(CaSO4/0.5 H2O)、無水石膏(CaSO4)、硫酸鋇和硫酸鍶，其對應(yīng)的飽和指數(shù)方程如下：

(7)

(8)

2.3碳酸鈣垢的飽和指數(shù)方程

碳酸鈣垢的飽和指數(shù)方程如下：

2.4幾點說明

1)硫酸鈣有3種形態(tài)(石膏(CaSO4/2H2O)、半水石膏(CaSO4/0.5H2O)、無水石膏(CaSO4)),而具體生成哪種形態(tài)主要由溫度條件決定。通常在80～121℃區(qū)間內(nèi),3種形態(tài)都有可能形成。而在上述區(qū)間的低溫端一般形成石膏(CaSO4·2H2O);高溫端則生成無水石膏(CaSO4),但一旦溫度高于121℃,生成的石膏一定為無水石膏[3]。

2)MgCO3垢是另一種形成水垢的物質(zhì)，它在水中的溶解性能和CaCO3相似，它的溶解反應(yīng)如下：

MgCO3+ CO2+H2O→Mg(HCO3)2

與CaCO3一樣，MgCO3在水中的溶解度隨水面上CO2分壓的增大而增大，隨溫度的上升而下降，但是MgCO3的溶解度大于CaCO3，如在蒸餾水中MgCO3的溶解度比CaCO3大40倍，因此對于大多數(shù)既含有MgCO3同時也含有CaCO3的水來說，任何使MgCO3和CaCO3溶解度小的條件出現(xiàn)，首先會形成CaCO3垢，除非影響溶解度減小的條件發(fā)生劇烈的變化，否則MgCO3垢未必會形成。

MgCO3在水中易水解成Mg(OH)2：

MgCO3+ H2O→Mg(OH)2+ CO2

由水解反應(yīng)生成的Mg(OH)2的溶解度很小，Mg(OH)2也是一種反常溶解物質(zhì)，它的溶解度隨溫度的升高而下降，含有CaCO3和MgCO3的水，趨向于生成CaCO3垢，當溫度超過82℃時，開始生成Mg(OH)2垢[4-5]。

3)Oddo-Tomson在預(yù)測碳酸鹽垢中已考慮了逸度對飽和指數(shù)的影響。如果不考慮逸度,預(yù)測的CaCO3飽和指數(shù)IS的誤差為0.3左右，由于實際已知條件有限，筆者沒有考慮逸度對飽和指數(shù)的影響。

3 預(yù)測結(jié)果

圖1 注水結(jié)垢趨勢圖

表3是注入水和地層水分別按10%∶90%、30%∶70%、50%∶50%、70%∶30%、90%∶10%混配后得到的結(jié)垢情況。表3中數(shù)據(jù)表明，東一注與二區(qū)地層水按不同比例混合后不產(chǎn)生CaSO4垢，但有CaCO3生成的趨勢。注水結(jié)垢趨勢圖如圖1所示。由圖1可以看出，二區(qū)Ng1+2-4層在注水過程中結(jié)垢趨勢基本保持不變，而Ng5和Ng6層隨地層中注入水的比例增大，結(jié)垢趨勢愈加嚴重。

表3 東一注與孤東油田二區(qū)地層水混合結(jié)垢分析

4 結(jié) 語

從分析現(xiàn)場水樣的水質(zhì)出發(fā)，采用Oddo-Tomso飽和指數(shù)法對孤東油田二區(qū)污水進行了結(jié)垢類型及傾向預(yù)測。預(yù)測結(jié)果表明，孤東油田二區(qū)注水系統(tǒng)易結(jié)CaCO3垢；孤東油田二區(qū)污水不易結(jié)CaSO4垢。因此，在實際應(yīng)用時必須采取適當?shù)拇胧┓乐剐纬蒀aCO3垢，如在污水處理站進行水質(zhì)改性或添加防垢劑等。

[1]Todd A C. Barium and strontium sulfate solid solution scale formation at elevated temperatures[J]. SPE 19762, 1989.

[2]Oddo J E, Tomson M B. Why Scale Forms and How to Predict It[J].SPE 21710,1994.

[3]朱義吾,趙作滋,巨全義.油田開發(fā)中的結(jié)垢機理及其防治技術(shù)[M].西安:陜西科學技術(shù)出版社,1995:955-100.

[4]陸柱,鄭士忠,錢滇子，等.油田水處理技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1990:138-176.

[5]李化民,蘇選舉.油田含油污水處理[M].北京:石油工業(yè)出版社,1992:245-249.

[6]張光明,尹先清,姚紅星. 純2塊注入水結(jié)垢理論預(yù)測與試驗研究[J].石油鉆采工藝,2004,26(1):136-138.

[編輯] 洪云飛

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.06.027

TE357

A

1673-1409(2012)06-N083-03