HS油田注水系統(tǒng)結(jié)垢趨勢預(yù)測

劉麗麗，李 媛，劉克勝，于元英，歐陽詩昆，付文耀，李克華

（1.中石油長慶油田分公司第十二采油廠，甘肅 慶陽 745100；2.長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州 434023）

結(jié)垢是油田水質(zhì)控制中遇到的最嚴(yán)重的問題之一[1]。油田注水過程中水垢會使管道過流面積減小，而且由于垢層表面粗糙不平，使得摩擦阻力增大，更為嚴(yán)重的是由于垢層的不均勻性，使得某些地方出現(xiàn)裸露的金屬表面，產(chǎn)生局部腐蝕或者點(diǎn)蝕穿孔，使得管道損壞，給企業(yè)帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此對油田注入水結(jié)垢的趨勢進(jìn)行預(yù)測研究顯得尤為重要。本文針對HS油田注入水的結(jié)垢趨勢進(jìn)行預(yù)測，為現(xiàn)場防垢提供理論指導(dǎo)。

1 水樣離子成分分析

參照石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》（SY/T 5529-94）和《油氣田水分析方法》（SY/T 5523-2006）對水樣中的離子成分進(jìn)行分析，結(jié)果如表1所示。

從表1可以看出，水樣中各種離子含量所占比重大致相同，即陽離子中，(Na++K+)含量最高，其次為 Mg2+、Ca2+。陰離子中，Cl-、SO42-的含量相對較高，其次為HCO3-，CO32-含量極少。成垢離子中Mg2+、Ca2+、SO42-和HCO3-含量相對較高，因此可能形成的垢物類型為CaCO3、CaSO4、MgCO3。但是，在相同的條件下碳酸鎂的溶解度大于碳酸鈣。因此，對于大多數(shù)含有碳酸鎂同時也含有碳酸鈣的水體來說，任何使溶解度變小的條件出現(xiàn)，首先會形成碳酸鈣垢，除非影響溶解度減小的條件發(fā)生劇烈變化，否則不一定會形成CaCO3垢。故對水樣中CaCO3和CaSO4結(jié)垢趨勢進(jìn)行預(yù)測。

表1 水樣中的離子含量 /mg·L-1

2 結(jié)垢趨勢預(yù)測

2.1 碳酸鈣結(jié)垢趨勢預(yù)測

2.1.1 碳酸鈣結(jié)垢趨勢預(yù)測方法

結(jié)垢預(yù)測的方法有許多，如Langlier飽和指數(shù)法、Davis-Stiff飽和指數(shù)法、Rynar穩(wěn)定指數(shù)法、Larson指數(shù)法等?？紤]到計(jì)算的難易程度以及參數(shù)的已知情況，選擇Davis-Stiff飽和指數(shù)法和Rynar穩(wěn)定指數(shù)法進(jìn)行碳酸鈣結(jié)垢趨勢預(yù)測，這兩種預(yù)測方法計(jì)算簡單，試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確，目前在油田得到了廣泛的應(yīng)用。

Davis-Stiff飽和指數(shù)法[2]是根據(jù)溶液中CaCO3的溶解平衡和H2CO3的弱電離平衡條件，預(yù)測水中CaCO3的結(jié)垢趨勢，其計(jì)算公式為：

式中SI為飽和指數(shù)；pH為水樣的pH值；K為修正系數(shù)，由不同溫度時離子強(qiáng)度μ與修正系數(shù)K的關(guān)系圖查得；pCa為Ca2+濃度（mol·L-1）的負(fù)對數(shù)；pAlK為總堿度（mol·L-1）的負(fù)對數(shù)。判斷依據(jù)為：當(dāng)SI＞0時，有結(jié)垢趨勢；當(dāng)SI=0時，為臨界狀態(tài)；當(dāng)SI＜0時，無結(jié)垢趨勢。

Rynar穩(wěn)定指數(shù)法[3]是在飽和指數(shù)方法的基礎(chǔ)上提出來的，計(jì)算公式為：

式中SAI為穩(wěn)定指數(shù)。判斷依據(jù)為：當(dāng)SAI＜4.5時，嚴(yán)重結(jié)垢；當(dāng)4.5＜SAI＜6.5時，結(jié)垢；當(dāng)6.5＜SAI＜7.0時，處于穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)SAI＞7.0時，無結(jié)垢趨勢。

2.1.2 碳酸鈣結(jié)垢趨勢預(yù)測結(jié)果

根據(jù)上述預(yù)測方法計(jì)算預(yù)測結(jié)果如表2所示。

表2 HS油田注水系統(tǒng)碳酸鈣結(jié)垢趨勢預(yù)測

2.2 硫酸鈣結(jié)垢趨勢預(yù)測

2.2.1 硫酸鈣結(jié)垢趨勢預(yù)測方法

目前硫酸鈣結(jié)垢趨勢主要按式（3）計(jì)算[4]：

式中S為硫酸鈣結(jié)垢趨勢預(yù)測值，單位為mmol·L-1；Ksp為溶度積常數(shù)，由水的離子強(qiáng)度和溫度的關(guān)系曲線查得；X為Ca2+與SO42-的濃度差，單位為mol·L-1。判斷依據(jù)為：當(dāng)S＜C時，有結(jié)垢趨勢；當(dāng)S＞C時，無結(jié)垢趨勢，其中C取Ca2+和SO42-濃

度的最小值。

2.2.2 硫酸鈣結(jié)垢趨勢預(yù)測結(jié)果

根據(jù)上述預(yù)測方法計(jì)算預(yù)測結(jié)果如表3所示。

表3 HS油田注水系統(tǒng)硫酸鈣結(jié)垢趨勢預(yù)測

3 結(jié)論

1）HS油田注入水結(jié)垢具有碳酸鈣垢形成趨勢，而無硫酸鈣垢結(jié)垢傾向；

2）HS油田碳酸鈣垢和硫酸鈣垢的理論預(yù)測結(jié)果與油田實(shí)測情況基本一致，應(yīng)用的Davis-Stiff飽和指數(shù)法與Ryznar溫度指數(shù)法的預(yù)測結(jié)果一致，可以較為準(zhǔn)確地預(yù)測油田的結(jié)垢情況。

[1] 唐靈，楊林，何健.油田注入水碳酸鈣結(jié)垢預(yù)測研究[J].海洋石油，2009，29(1)：75-78.

[2] 高波，王勇，李冰，等.天外天氣田結(jié)垢趨勢預(yù)測[J].天然氣勘探與開發(fā)，2009，32(1)：71-73.

[3] 湯倩倩，黃金營，付朝陽.中原油田油井結(jié)垢分析與預(yù)測[J].油氣儲運(yùn)，2014，33(3)：327-331.

[4] 趙立翠，高旺來，趙莉，等.羅52區(qū)地層水與注入水水質(zhì)分析及結(jié)垢趨勢預(yù)測[J].石油化工應(yīng)用，2013，32(3)：4-8.