文南油田除垢技术研究

文南油田除垢技术研究

徐海民1

（中原油田石油工程技术研究院提高采收率工程技术研究所，河南 濮阳， 457001）

摘要：针对文南油田结垢严重的问题，本文依据资料探索了油水井成垢机理及影响因素。通过室内化学检测手段确定了垢的主要成份为碳酸盐垢和硫化亚铁垢。依据前期现有除垢技术在文南油田除垢应用中存在的缺陷，研究了除垢剂配方及配套工艺，形成了文南油田除垢技术。并在此基础上提出合理防垢方案，为有效解决文南油田油井结垢问题提供了理论依据和技术方案支持。

关键词：文南油田；结垢；除垢

中图分类号：TE39 文献标识码：A

0 前言

文南油田共计22个区块，其中低渗区块占比就高达73%。低渗区块产出水中高含结垢离子，导致产出过程中油井井下设备及管柱结垢严重，结垢位置主要集中在泵筒、凡尔罩、球座及泵上19 mm油杆处。结垢会引起卡泵、油管腐蚀穿孔和抽油杆腐蚀断脱等井下事故的发生，进而使维护工作量及费用增加^[1-2]。据现场统计，2017-2018年因结垢导致生产管柱作业井达40口，严重影响产量。因此迫切需要开展文南油田油井井筒结垢机理与除垢技术研究。

本文在对文南油田结垢情况调查的基础上，查阅了国内外物理和化学除垢方法后^[3-8]，通过室内化学检测手段确定垢的主要成份及类型，并依据油水井相关地质及生产资料探索成垢机理及影响因素。针对以往除垢技术在现场应用中存在的问题，开展除垢剂配方及配套工艺研究，并将形成的除垢技术应用于现场。

1 垢成分分析及成垢机理研究

1.1 垢成分分析

利用化学滴定、电位滴定、离子色谱等方法对文南产出水中各项离子含量进行检测后得知，产出水中含有大量成垢离子（Ca²⁺、HCO₃^-），在一定条件下可形成CaCO₃垢还有少量的硫化亚铁垢，阳离子含量远大于成垢阴离子含量。

采用酸溶法和有机溶剂法对油井中产生的酸溶性垢以及有机质垢样成分进行分析后得知，垢的主要成份有碳酸盐垢，个别井含少量铁垢，且一般铁垢伴随碳酸盐垢存在。对于两种方法均不溶的垢，常结合产出水阳离子分析结果来判断硫酸盐垢类型。

1.2 成垢机理研究及影响因素分析

影响结垢的因素很多，包括内因和外因。前者指的是溶液中含有结垢离子，后者则是指外界环境的变化，如溶液浓缩、不相容液体的混合、温度T、压力P、pH值等变化引起成垢离子含量增加，导致离子积Q_c增大。但由于文南油田地层条件是一定的，外界环境因素是相对固定的，流体在井筒向井口流动时只有T、P发生变化。所以针对文南油田可只分析内因成垢离子和外因T、P、液流速度υ即可。

垢形成一般经过三个过程：

①垢微粒析出：文南油田产出水高含结垢离子，当外界环境变化时，垢微粒析出。产出液由油层、向井筒及在井筒流动过程中，温度下降，浓度积K_sp增大，碳酸钙和硫酸钙垢的结垢趋势下降。产出液在井筒流动过程中，压力下降，气态二氧化碳析出，增大碳酸钙垢结垢趋势。即温度T和压力P主要影响结垢过程。

②微粒沉积形成微晶：当溶液中出现大量垢微粒后，在相互碰撞与聚集下形成微晶，由于微晶质量大，液流速度小，不能把微晶携带走时，微晶就会在管柱及设备上面沉积。实验证明：υ越慢，越容易结垢。υ发生突变，也使结垢速度增加。因流速骤然增加时，CO₂的分压会因为发生脱气状况而减小，会发生结垢现象。这就是油井井筒结垢主要集中在泵筒、凡尔罩、球座及泵上19 mm油杆处原因。

③微晶聚集、长大、成垢。

2 除垢技术研究

2.1 除垢技术研究思路

采用化学反应与物理分散相结合。利用化学反应，但不是酸，即不引入H⁺，作用是在致密的垢表面及深部形成“坑蚀”，增大除垢剂与垢的接触面积，提高除垢速度；利用物理分散作用，把致密垢分散成小颗粒，被产出液携带清除，从而形成高效、无腐蚀除垢体系。

2.2 研制的除垢剂配方

（1）碳酸盐垢除垢剂

利用渗透+络合反应清除致密碳酸盐垢。即30g络合剂-C+12.09g调节剂-1+0.06-0.12%高效渗透剂B。pH在10-11之间，N80钢片，在80℃条件下测试72 h腐蚀速率，测试结果为0.42 g/m².h。

（2）含有铁类杂质的垢除垢剂

利用分散+络合反应清除。此类垢特点是铁垢与碳酸盐垢等夹杂生成，当除去某一种垢时，另一种垢自然分散开。研究过程中选择适用于主要杂质即铁垢的络合剂，进行络合反应；选择分散剂把反应过程中剥离出来的碳酸盐垢等分散成均匀小块，后续在油井生产过程中随产出液排出，从而达到除垢目的。

按照与上述相似的方法，最终除垢配方确定为：0.25%F-PA+10%络合剂-B；腐蚀速率为0.46 g/m².h；pH在9-11之间。

3 现场应用情况及效果

W269-21除碳酸盐垢

依据区块同类型井垢样分析，垢的主要成份为碳酸盐垢，次要成份为硫化亚铁垢，采用除垢配方进行现场试验。

用量设计：6方

除垢方式：不动管柱、浸泡

图1 文269-51井生产曲线

除垢解堵效果明显，产液量明显上升（2019.07.18），由7.6上升至15.1方/天。

4 结论

油水井结垢是严重影响油田产量的主要因素之一，本文通过研究结垢机理及垢成分分析后发现，结垢经过微粒析出、沉积、长大三个过程，且垢的主要类型为碳酸钙和硫酸钙垢，少部分为铁垢。当成垢离子浓度增加、温度升高、压力降低、υ减慢或υ发生突变时均会加速结垢。依据成垢机理，采用分子设计，本文还通过化学反应与物理分散相结合的方法进行了除垢研究，针对碳酸盐垢、铁垢以及硫酸盐垢分别确定了最佳的除垢方案，并在现场进行了实施，得到了明显的除垢效果，产液量由7.6上升至15.1方/天。

参考文献

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1作者简介：徐海民（1982—），副研究员，2014年毕业于长江大学油气田开发工程专业，博士研究生，现任中原油田石油工程技术研究院提高采收率工程技术研究所所长，主要从事采油气工程方向研究。邮箱：allanxhm@163.com。