CaCO3結(jié)垢趨勢預(yù)測在張?zhí)烨吞镏械膽?yīng)用

李貽浩，楊 平，高 斐，閔江本，壽 翔 （長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北武漢430100）

吳 瓊 （中石化河南油田分公司勘探開發(fā)研究院，河南 南陽473132）

腐蝕是引起套管損害的重要原因之一，它始終伴隨在油氣田開發(fā)過程中。通過對鹽池采油廠套損原因的分析可知，腐蝕是導(dǎo)致鹽池采油廠套漏的主要因素，因此有必要對鹽池采油廠套管的腐蝕結(jié)垢趨勢預(yù)測進(jìn)行研究，為預(yù)防套管的損壞奠定基礎(chǔ)。

油氣井發(fā)生的腐蝕一般與所處環(huán)境的地層水或注入水的組成、腐蝕性介質(zhì)、細(xì)菌以及油井的溫度和壓力有關(guān)。因此，在項(xiàng)目研究過程中，全面分析注入水和產(chǎn)出水中離子成分、伴生氣的組成是相當(dāng)重要的，只有進(jìn)行全面準(zhǔn)確的分析、判斷，才能對張?zhí)烨吞锝Y(jié)垢趨勢預(yù)測找出真正的腐蝕原因所在，進(jìn)一步研究出腐蝕的機(jī)理及規(guī)律，最終達(dá)到有效控制腐蝕的目的。

1 張?zhí)烨吞锔g環(huán)境分析

張?zhí)烨吞锸翘讚p的多發(fā)地區(qū)，鹽池采油廠82%的套損井都在該地區(qū)，因此主要以張?zhí)烨吞餅閷ο笳归_研究?？紤]到不同環(huán)境套管腐蝕的狀態(tài)不同，因此有必要對張?zhí)烨吞镉退沙鏊妥⑷胨乃|(zhì)情況有一個(gè)比較全面的了解和認(rèn)識。筆者有針對性的選取了注污水井、注清水井、清水受效油井、污水受效油井的水樣，確定了5口油水井即D985井、HK17A井、HK17C井、HK20A井、D598B井進(jìn)行水質(zhì)普查，分析水的組成。

按SY 5523-2006《油氣田水分析方法》標(biāo)準(zhǔn)對現(xiàn)場水樣進(jìn)行了Na＋、K＋、Ca2＋、Mg2＋、Cl-、、Fe2＋、S2-、溶解氧、pH值、溫度、礦化度、SRB（硫酸鹽還原菌）和水型的調(diào)查與分析，結(jié)果如表1、表2所示。據(jù)此確定各井水質(zhì)結(jié)垢傾向及腐蝕性，查找腐蝕因素，確定成垢離子，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行腐蝕因素和水質(zhì)結(jié)垢試驗(yàn)研究。

表1 現(xiàn)場取樣井基本情況

表2 延長組注入水及油層采出水水質(zhì)分析

2 影響油田水中CaCO3垢結(jié)垢因素

影響油田水中CaCO3垢結(jié)垢因素主要為：一是富含成垢離子的內(nèi)因，如Ca2＋、Mg2＋、Ba2＋、Se2＋、、、等離子；二是影響結(jié)垢的外因，如溫度、壓力、礦化度、pH值等［1-2］。

1）溫度 CaCO3的溶解度隨著溫度升高而降低，CaCO3結(jié)垢趨勢增大。相反，CaCO3的溶解度隨著溫度降低而升高，CaCO3結(jié)垢趨勢減小。CaCO3的溶解度隨著溫度的變化因結(jié)晶水含量不同而有所不同。

2）礦化度 CaCO3的溶解度隨著礦化度升高而升高，CaCO3結(jié)垢趨勢減小。相反，CaCO3的溶解度隨著礦化度降低而降低，CaCO3結(jié)垢趨勢增加。

3）系統(tǒng)壓力 當(dāng)系統(tǒng)壓力增大時(shí)，CO2在水中的分壓也會(huì)增大，同時(shí)水中CaCO3的溶解度也增大，結(jié)垢傾向?qū)p小。反之CaCO3結(jié)垢傾向就會(huì)增大。CaSO4的溶解度隨壓力的增加而增加，NaCl的濃度對CaSO4溶解度也有影響，一定的NaCl濃度對應(yīng)于一定的臨界壓力，臨界壓力隨NaCl濃度增大而降低，在臨界壓力以上CaSO4溶于蒸餾水而不溶于NaCl水溶液，在臨界壓力以下則相反。

4）pH值 CaCO3在水中的溶解度隨著pH值升高而降低，CaCO3結(jié)垢傾向?qū)⒃黾?；反之，CaCO3結(jié)垢傾向?qū)?huì)減小。而對CaSO4垢，pH值影響不大。

引起結(jié)垢的主要因素是壓力下降，就注入水油井而言，礦化度降低對結(jié)垢的影響很大，也是不可忽視的重要因素。壓降可達(dá)數(shù)個(gè)兆帕的生產(chǎn)井近井地帶是一個(gè) “壓降漏斗區(qū)”。向生產(chǎn)井運(yùn)移的含水的地層流體在經(jīng)過近井地層時(shí)，水中如果含有CO2，那么CO2會(huì)因壓力下降而逸出，這一過程破壞了水的原始平衡狀態(tài)，可能形成CaCO3垢［3］，其反應(yīng)式為：

近井垢可以使地層堵塞，進(jìn)而地層滲透率下降，產(chǎn)液量也會(huì)隨之減少。近井垢直接影響油田油井產(chǎn)液量，導(dǎo)致產(chǎn)液量下降。

延安組地層水水型大部分為NaSO4和NaHCO3型。水性偏弱酸性，Ca2＋、Mg2＋、、、都是成垢離子，具備產(chǎn)生碳酸鹽、硫酸鹽垢的條件。強(qiáng)采方式開采原油，油井流壓會(huì)很低，當(dāng)?shù)貙佑退氡猛埠土魅刖讜r(shí)，由于液柱壓力遠(yuǎn)低于地層水溶解CO2氣體的最小分壓，將會(huì)導(dǎo)致CO2氣體逸出，Ca（HCO3）2在水中的動(dòng)態(tài)平衡方程式會(huì)向有利于生成CaCO3垢的方向移動(dòng)，形成大量碳酸鈣垢。

在形成CaCO3垢過程中，垢晶體將會(huì)吸附周圍環(huán)境的原油、腐蝕物、泥砂等物質(zhì)一起沉積增大，形成無機(jī)垢混合物。CaCO3垢聚集在油管內(nèi)外壁、篩管、尾管、套管內(nèi)壁等處，通過使管徑變小來影響泵效。井下設(shè)備和套管中的結(jié)垢能使有桿泵的抽油桿時(shí)常斷脫。結(jié)垢物長時(shí)間聚集還會(huì)引起嚴(yán)重的垢下腐蝕現(xiàn)象。其中井筒垢對采油開發(fā)生產(chǎn)造成的損害是直接的，是研究防垢除垢的重點(diǎn)部位。

3 碳酸鹽垢的飽和度指數(shù)預(yù)測方法

用于油田生產(chǎn)碳酸鹽垢的飽和度指數(shù)預(yù)測方法［4］的計(jì)算公式如下：

式中，SI為飽和度指數(shù)，也稱結(jié)垢指數(shù)；pH為實(shí)測水樣的pH值；pCa為Ca2＋濃度的負(fù)對數(shù)；pAlk為總堿度的負(fù)對數(shù)；K為Stiff和Davis常數(shù)，是溫度和離子強(qiáng)度的函數(shù)。

SI＜0，CaCO3不會(huì)結(jié)垢；SI＝0，CaCO3處于飽和狀態(tài)；SI＞0，CaCO3過飽和，產(chǎn)生結(jié)垢。

4 現(xiàn)場應(yīng)用效果

在整體把握張?zhí)烨?油田的腐蝕環(huán)境后，對多相關(guān)動(dòng)態(tài)生產(chǎn)資料進(jìn)行分析處理，應(yīng)用上述方法對張?zhí)烨?油田的7口井CaCO3的結(jié)垢趨勢進(jìn)行了計(jì)算，預(yù)測結(jié)果見表3。由表3可知，由飽和度指數(shù)預(yù)測方法計(jì)算結(jié)垢指數(shù)得出的結(jié)論與實(shí)際情況之間的誤差很小，滿足了工程的需要，說明該方法適合于該地區(qū)的CaCO3結(jié)垢趨勢的預(yù)測。

表3 延2的油井碳酸鈣結(jié)垢情況的預(yù)測

［1］中國腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì) .腐蝕試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析 ［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1988：112-143.

［2］化學(xué)工業(yè)部化工機(jī)械研究院 .腐蝕與防護(hù)手冊：腐蝕理論、試驗(yàn)及監(jiān)測 ［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1989：134-145.

［3］朱世東 .CO2腐蝕機(jī)理及其預(yù)測防護(hù) ［J］.熱處理技術(shù)與裝備，2008，29（6）：3-4.

［4］李國浩，谷壇，唐永帆，等 .CO2腐蝕預(yù)測模型 ［J］.石油化工腐蝕與防護(hù)，2007，24（6）：5-6.