安塞油井结垢趋势预测与规律研究_姚百胜.pdf

2023 年 1 月云南化工Jan 2023第 50 卷第 1 期Yunnan Chemical TechnologyVol.50，No.1doi:10.3969/j.issn.1004-275X.2023.01.39安塞油井结垢趋势预测与规律研究姚百胜，毕台飞，田永达，杨剑，吕旭(长庆油田分公司第一采油厂，陕西西安710299)摘要:安塞油井含水率逐年提高，结垢问题逐渐严重。为了减少油田经济损失，在 Langlier 指数的基础上，利用数值模拟方法，探究离子浓度对油井结垢类型和结垢量的影响。分析主要结垢的离子因素，预测结垢规律，进而合理选择方法减少油田经济损失，提高油井工作效率。关键词:数值模拟;结垢类型;预测结垢;结垢规律中图分类号:TE89文献标识码:A文章编号:1004 275X(2023)01 0143 03Prediction and Law of Scaling Trend in Ansai Oil WellsYao Baisheng，Bi Taifei，Tian Yongda，Yang Jian，Lv Xu(No 1 oil production plant of Changqing Oilfield Company，Shaanxi Xi an 710065，China)Abstract:The water cut of Ansai oil wells increases year by year，and the scaling problem becomes more and more serious In order to reducethe economic loss of oilfields，based on the Langlier index，the numerical simulation method is used to explore the effect of ion concentration onthe type and amount of scaling in oil wells The main fouling ionic factors are analyzed，the fouling law is predicted，and then the method is rea-sonably selected to reduce the economic loss of the oil field and improve the working efficiency of the oil wellKey words:numerical simulation;scaling types;scaling prediction;scaling laws在油田生产过程中，由于压强和温度的变化，井管内固态物质的析出会产生结垢，而垢层的出现与沉积，一方面，会增大流体运动阻力，增加额外能耗;另一方面结垢会堵塞管柱，降低采油效率。此外，垢层的形成与沉积受多种因素影响1。首先，当垢层完整时，可以隔绝金属管柱和流体，一定程度上可以减缓腐蚀。其次，当垢层受流体冲击破损，或者部分溶解不完整时，会形成部分金属位置处于阳极，出现局部腐蚀2;垢层属于不完全贴合金属的一种膜，当油井中 Cl含量较高时，Cl的小半径特点使其容易进入到金属与垢层之间，加快腐蚀速度。在酸性气体作用下，容易发生垢下腐蚀2。因此，除垢不仅可以提高生产效率，减少经济损失，一定程度对腐蚀也有着正面的影响。本文以安塞部分油井为例。1研究区概况安塞地区从 1988 年开始投入生产。由于注水开发，综合含水率不断上升，从最初的 17.5%到现在56.6%，平均单井作业井次最高达到 1.46 井次/口每年并且杆柱故障率达到 0.35 井次/口每年3，因此处理腐蚀和结垢问题日益重要。自 2013 年以来，隔采工艺、二次固井工艺、套管补贴工艺及水泥堵漏工艺技术相对成熟4。表 1 是安塞部分油井水质分析，从表 1 中可以得到 HCO3和 SO2 4的质量浓度范围，选择合适的质量浓度范围进行模拟有利于分析油井实际情况。表 1油井水质分析表井号/mgL1Ca2+Mg2+Sr2+Ba2+Na+/K+ClS2 SO2 4HCO3总矿化度PH水型1#224 11254 69133 745 713134205190 87168 851208337255 4CaCl22#47 6527 6916 484 823103266838 16128 77102570226NaHSO43#34 1825 8111 1404409328501414 232186113665 5Na2SO44#94 5963 6620 91 26564449690 483500 162938172335 6Na2SO45#155 4212 5689 810 9112429200270 87294 71435346455 3CaCl26#155 4212 5689 810 9112429200270 87294 71435346455 3CaCl27#286 25267 18194 36109 3514040226080 1248 231025387795 8CaCl28#152 25175 6469 5613 3513283203331 2656 191025351085 5CaCl29#117 32211 8875 780 631252519661061 421298339525 7CaCl23412023 年 1 月云南化工Jan 2023第 50 卷第 1 期Yunnan Chemical TechnologyVol.50，No.1可以看出水质偏弱酸性，且 Ca2+含量较高，预估可能会产生大量的 CaCO3垢。2模拟实验探究在模拟实验中，以 Langlier 指数为基础分析，考虑气相、卤水、油相以及多个固相平衡，并且可变化离子浓度，支持 350 以内和 300 MPa 以内结垢预测。2.1探究温度对结垢的影响温度对结垢的影响，主要通过影响易结垢盐的溶解度来实现。绝大多数盐类的溶解度随着温度的升高而降低，因此温度越高，析出的结晶物越多，垢量越大。以 1#为例，输入温压静态测试数据见表 2。表 2静态温压测试Temperature/Pressure/atm174 92324 92944 93564 94184 947104 953124 959144 965164 971184 977204 983224 989244 995264 998274 9从表 3 中 看 出，井 筒 中 存 在 CaCO3、SrCO3、BaSO4三种类型的垢，且 CaCO3的垢量随着温度的升高而增大，井筒中 CaCO3的含量在三者是最多的。随着温度的升高 CaCO3更多的析出成垢在温度为 95 时，CaCO3的析出量达到了 333.91 mg/L。而 SrCO3和 BaSO4随着温度的升高逐渐成垢量逐渐减少，在温度为 77 时成垢量达到最低为 116.7 mg/L。因此影响最终成垢量的最大因素为 CaCO35，其次为 SrCO3，BaSO4含量在 10 mg/L 以下，影响最小。从井口到井底，温度逐渐上升。随着温度的上升，总垢量是不断增大的，意味着井筒底部垢量应最大6，应及时清理，防止堵塞井底。表3温度对各个类型成垢量的影响/mgL1温度/BaSO4CaCO3SrCO3总结垢量179 1458 58155 88223 6238 9778 72149 54237 23298 7799 4143 35251 52358 53120 54137 45266 52418 26142 02132 02282 3477 95163 69127 22298 86537 61185 39123 2316 2597 22206 96120 09334 27656 8228 21117 96352 97716 34249 02116 83372 19775 84269 23116 7391 77835 32288 75117 5411 57894 78307 48119 17431 43954 22325 33121 59451 14983 94333 91123 05460 92.2探究压强对结垢的影响压强和温度可以相互对应，因为随着井筒深度的增加，温度和压强均增加7。从图 1 可以看出，压强的增大，也使得 CaCO3垢的含量增加。温度和压强的变化，可以等效为深度的变化。因此，随着井筒深度增加，井筒内温度和压强增加，总的垢量也在增加，意味着越往油井深处，垢层越厚。图 1压力对井筒结垢的影响2.3探究 HCO3离子浓度对结垢的影响:在选定温度为65，日产液量为480 m3的情况下，以井1#为例，根据安塞油井 HCO3的质量浓度范围，改变1#的 HCO3质量浓度，选定 HCO3离子的质量浓度范围为 1000 2200 mg/L，探究 HCO3质量浓度对形成CaCO3、SrCO3、BaSO4这三类垢的影响。结果见表4。从表4 中看出，总的结垢量是在不断上升的。因为HCO3的形成与溶解在水中的二氧化碳有关:溶解在水中的 CO2越多，CO2 3和 HCO3含量也越多，与 CO2 3和 HCO3有关的垢会越多。但在一定程度上取决于Ca2+的浓度，Ca2+浓度越高，当 CO2 3和 HCO3浓度可以不断增大时，形成最大的碳酸垢量。形成碳酸钙垢的4412023 年 1 月云南化工Jan 2023第 50 卷第 1 期Yunnan Chemical TechnologyVol.50，No.1原因是热水中的钙离子浓度与碳酸根离子浓度的乘积超过了碳酸钙的溶解度积，造成碳酸钙的析出 8。表 4HCO3质量浓度对各个类型成垢量的影响/mgL1HCO3BaSO4CaCO3SrCO3总结垢量10006 82181 72102 32290 8612006 8228 11117 9352 8114006 77270 84132 18409 7916006 75309 23144 94460 9218006 72342 97156 11505 820006 68372 13165 71544 5222006 65396 93173 85577 43CO2(aq)=CO2(g)HCO3+H+=H2O+CO22HCO3=CO2(aq)+CO2 3+H2OCa2+CO2 3=CaCO3Ca2+2HCO3=CaCO3+CO2+H2O从表 4 也可以看出，BaSO4的浓度没有发生很大的变化，这是由于垢的形成和溶解也属于可逆反应，SO2 4离子浓度并未增加，因此 BaSO4的结垢量没有变化。另外，随着 HCO3质量浓度的增大，电离出的CO2 3也在增多，因此 CaCO3和 SrCO3的含量都在增加，但 CaCO3增 加 215.21 mg/L，SrCO3增 加 了71.53 mg/L，这说明 CO2 3与 Ca2+结合的能力强于CO2 3与 Sr2+结合的能力。2.4探究 SO2 4质量浓度对结垢的影响仍然在选定温度为 65，日产液量为 480 m3的情况下，以 1#为例，根据安塞油井 SO2 4的浓度范围，改变 1#的 SO2 4浓度，选定 SO2 4离子的浓度范围为50 3550 mg/L，探究 SO2 4浓度对形成 CaCO3、Sr-CO3、BaSO4这三类垢的影响。结果见表 5。表 5SO2 4离子浓度对各个类型成垢量的影响/mgL1SO2 4BaSO4CaCO3SrCO3总结垢量500 51228 11119 71348 331506 46228 12118 19352 772507 68228 09116 63352 45508 59228 05112 72349 3610509 06228 04103 97341 0715509 2228 1695 9333 2620509 2626885 6362 8625509 3264 8573 2347 353050