王鴻萍

（大慶油田第一采油廠第四油礦 黑龍江大慶 163000）

三元復合驅采油井套管化學除垢技術

王鴻萍

（大慶油田第一采油廠第四油礦 黑龍江大慶 163000）

三元復合驅技術能夠提高油田采收率，但由于驅替液中堿的作用，造成了采出井套管結垢，影響采出井正常生產，增產措施無法執(zhí)行。針對結垢問題，大慶油田某采油廠Y區(qū)塊通過開展采出井套管化學除垢技術研究，確定適合的套管除垢技術措施，保證增產措施的實施，提高三元復合驅采收效果。

三元復合驅；套管；采出井；化學除垢

1 引言

由于油田三元復合驅試驗區(qū)塊的油層礦物成分主要是砂巖并含少量的粘土礦物，試驗區(qū)塊注入的堿為強堿NaOH，NaOH與地層巖石礦物在一定條件下發(fā)生化學反應。溶解了巖層中的硅、鋁化合物，堿溶解出來的硅離子以硅酸根的形式存在，當pH值發(fā)生變化時生成大量硅酸，在堿性條件下分子內通過縮合形成多聚硅酸，多聚硅酸進一步縮合成硅酸凝膠，由于溫度、摩擦力等作用，凝膠脫水生成脫水凝膠（即硅膠），繼續(xù)脫水最終生成無定型二氧化硅，晶體逐漸增大，最終生成堅硬的晶體二氧化硅，附著在碳酸鹽垢表面，形成混合垢。

2 套管結垢井特征研究

大慶油田某采油廠Y區(qū)塊通過油井檢泵、套管井徑測試和打印鉛模等手段找出套管結垢特征，通過垢樣化驗了解垢質成份變化，經過分析得出垢的成因。

2.1 結垢部位

通過跟蹤現(xiàn)場情況發(fā)現(xiàn)采出液流經的部位均存在一定程度的結垢現(xiàn)象，不僅桿管泵等井下工具存在結垢現(xiàn)象，套管結垢現(xiàn)象更為嚴重。在井徑測試過程中，有15口井測試時遇阻，測得最小通徑在Φ70mm以下。同時，井徑測試結果顯示套管內壁從射孔井段到井口，結垢程度逐漸減輕，自下而上，垢中硅酸鹽含量減少，碳酸鹽含量增加。

表1 1#井垢質分析

表2 2#井套管垢樣檢測數(shù)據

圖1 井下結垢情況示意圖

圖2 井徑測試曲線

2.2 垢質成分

跟蹤垢樣化驗情況，初期以碳酸鹽垢為主，隨著采出液pH值上升，進入結垢中后期，碳酸鹽垢含量逐漸減少，硅酸鹽垢含量逐漸上升。

表3 1#區(qū)塊垢樣分析結果

圖3 不同垢質成分垢樣

3 化學除垢劑研究

3.1 除垢劑配方研制

除垢劑體為I型溶垢劑，室內通過除垢劑溶垢實驗，以溶垢度為指標，對I型溶垢劑中各組分的濃度和配比進行優(yōu)化。

實驗方法：①分別配制50ml各組份含量不同的I型溶垢劑和II型溶垢劑；②用分析天平稱取垢樣，放入裝有溶垢劑的試劑瓶中，準確記錄溶解前垢樣的質量m1；③將恒溫水浴的溫度設置在45℃，將試劑瓶封好后放入恒溫水浴中，48h后觀察垢樣的溶解效果，并將未溶解的垢樣取出，放入烘干箱中烘干，冷卻至室溫后用分析天平準確稱取未溶解垢樣的質量m2，計算溶垢度。

式中：溶垢度—單位g/50ml；

m1—溶解前垢樣的質量，g；

m2—溶解后剩余垢樣的質量，g；

V—溶垢劑體積，50ml。

I型溶垢劑由螯合劑、助溶劑、復合酸和堿性調節(jié)劑組成。

實驗對螯合劑、助溶劑、復合酸和堿性調節(jié)劑的濃度及配比進行優(yōu)化，確定I型溶垢劑的配方。

3.2 不同濃度螯合劑對溶垢效果的影響

螯合劑主要是通過螯合增溶作用和包絡作用達到溶垢的目的。螯合作用是至少兩種或兩種以上的原子或基團與金屬離子形成配位鍵，生成環(huán)狀化合物。螯合劑可和無機鹽垢中陽離子反應生成可溶性絡合物和螯合物，使無機鹽垢在水中溶解度增加。螯合劑不僅具有絡合作用，一些螯合劑還具有分子結構內部的包絡作用，以達到溶垢的目的。

分別配制濃度為5%、10%、12%、15%、20%的螯合劑溶液放入試劑瓶中，加入垢樣，放入恒溫水浴中，溫度控制在45℃。48h后將垢樣取出，放入烘干箱中烘干，冷卻至室溫后，觀察溶垢效果，計算螯合劑的溶垢度。實驗結果如下表所示。

表4 螯合劑濃度對溶垢效果的影響

由表4的結果可知，I型溶垢劑中螯合劑的濃度可以確定在10%-12%之間，繼續(xù)增加螯合劑濃度對垢樣的溶解效果沒有的變化。

3.3 不同濃度助溶劑對溶垢效果的影響

助溶劑是含有胺基和羧基的螯合劑，可與金屬離子起螯合反應，具有溶垢的作用，被廣泛應用于以Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+鹽為主要成分的難溶垢的化學處理。

在濃度為12%的螯合劑溶液中分別加入不同濃度的助溶劑，配制成混合溶液，加入垢樣，在45℃恒溫水浴中浸泡，48h后將垢樣取出，放入烘干箱中烘干，冷卻至室溫后，觀察溶垢效果并計算溶垢度。實驗結果如下表所示。

表5 助溶劑的濃度對溶垢效果的影響

由表5可知，助溶劑與螯合劑復配后溶垢效果增強。隨著助溶劑濃度的增加，溶垢度呈現(xiàn)先上升后逐漸趨于平緩的趨勢。當助溶劑濃度為0.8%時，溶垢效果最好，48h以內溶垢度達到3.6g/50ml。因此，I型溶垢劑中助溶劑的濃度確定為0.8%。

3.4 溶垢率檢測試驗

室內用分析天平等質量稱取四種不同部位的垢樣各30g，分別放入裝有100ml溶垢液體系的4個試劑瓶中，用分析天平準確稱取溶解前垢樣的質量，記錄反應時間，觀察反應現(xiàn)象，反應結束后稱取未溶解垢樣的質量，計算溶垢度。

表6 3#井垢樣檢測數(shù)據

從反應結果來看，該溶垢體系能夠在48小時內將垢樣全部溶解。

氯代正丁烷為無色液體，分析純，沸點78.4℃，相對密度0.8875g/mL，不溶于水，能與醇、醚等互溶，分子式C4H9Cl，相對分子質量92.5g/mol。

4 套管化學除垢工藝研究

根據井徑測試情況，將處理部位確定為泵以上50m，射孔底界以下15m油套環(huán)空間，施工時將光油管下到射孔井段以下15m處，利用泵車將除垢劑從油套環(huán)形空間注入，用清水頂替到目的井段，根據室內溶垢實驗，考慮井下環(huán)境因素，將反應時間延長至72小時。

套管結垢井段頂界（按照歷次施工的最淺下泵深度以上50m或井徑測試已知的開始結垢點以上50m計算）至射孔井段以下15m的油套環(huán)空充滿溶垢液，并附加10%的損耗，可按照下列公式來計算。

4.1 套管結垢井段油套環(huán)空的溶垢液需要量

D—套管內徑，m

d—油管外徑，m

H0—歷次施工的最淺下泵深度，m

H—射孔井段底深，m

4.2 混配藥劑

按照確定的現(xiàn)場應用溶垢液濃度、溶垢液總量計算出施工所需溶垢液原液用量，并提前作好準備。施工時，由作業(yè)施工隊伍的水罐車裝上稀釋用的清水到作業(yè)現(xiàn)場實施藥劑混配。

4.3 注藥劑管柱

針對套管內徑＞95mm的結垢井，采用Ф62mm單級注入管柱；針對套管內徑在60mm～95mm之間的結垢井，采用Ф62mm+Ф38mm兩級管柱組合。

單級管柱

圖4 化學除垢工藝管柱示意圖

4.4主要施工步驟

起出原井管柱；下入光油管沖砂；在井口安裝好合適量程的油壓和套壓表，連接好洗井管線，對井口和油、套閘門試壓，試壓15MPa，井口各部件不滲漏，各個閘門開、關靈活好用；用水溫70℃以上熱水反洗井，水量24m3，返出的井液進干線；將I型和II型溶垢液分兩批次從套管潛入到油套環(huán)形空間目的層段，各反應72小時后，用水泥泵車反潛入70℃熱水48m3（或達到出口井液取樣無明顯垢質，并測試無酸性或堿性），排量15m3/h，出口進水罐車，將污水回收處理；再下入刮垢（套管刮削器）工具，清除套管的殘余垢質；刮垢至井底后，用熱水將井筒沖洗干凈。

5 結論

（1）強堿三元復合驅井結垢主要是由于驅替液中的堿對地層的溶蝕作用，引起成垢離子析出，在環(huán)境變化時，生成垢質。

（2）隨著三元復合驅工業(yè)化應用規(guī)模的不斷擴大，套管結垢井越來越多，套管內徑通暢是采出井增產措施實施和持續(xù)生產的前提，因此套管除垢技術顯得尤為重要。采用化學除垢方式能夠恢復套管內徑。

（3）化學除垢工藝能夠清除套管內壁的垢，但是還需要輔助與之相適應的機械刮垢工藝，進一步提高除垢效果。

[1]陳健斌．大慶油田三元復合驅結垢機理及防垢劑的研究[D]．北京：中國地質大學（北京），2013：29-30．

[2]朱義吾，趙作滋，巨全義等．油田開發(fā)中的結垢機理及其防治技術[M]．西安：陜西科技出版社，1995：95-101．

[3]侯吉瑞，劉中春，張淑芬等．堿對聚丙烯酞胺的分子形態(tài)及其流變性的影響[J]．物理化學學報，2003，19（3）：256-259．