郭龍江, 李 威, 秦國(guó)順, 吉樹鵬, 李樹軍, 楊肖曦

(1.中國(guó)石油大學(xué)(華東)儲(chǔ)運(yùn)與建筑工程學(xué)院，山東青島 266580； 2中國(guó)石化東北油氣分公司工程技術(shù)研究院，吉林長(zhǎng)春 130062)

松南氣田氣井結(jié)垢分析與預(yù)測(cè)研究

郭龍江1, 李 威1, 秦國(guó)順1, 吉樹鵬2, 李樹軍2, 楊肖曦1

(1.中國(guó)石油大學(xué)(華東)儲(chǔ)運(yùn)與建筑工程學(xué)院，山東青島 266580； 2中國(guó)石化東北油氣分公司工程技術(shù)研究院，吉林長(zhǎng)春 130062)

針對(duì)松南氣田氣井井筒結(jié)垢問題，對(duì)垢進(jìn)行成分分析，并在室內(nèi)條件下進(jìn)行結(jié)垢實(shí)驗(yàn)研究，同時(shí)利用飽和指數(shù)法對(duì)氣井結(jié)垢進(jìn)行結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)研究。結(jié)果表明，松南氣井井筒垢物主要為碳酸鈣，在一定的井筒產(chǎn)出水中，其他條件不變的情況下，結(jié)垢質(zhì)量隨溫度的升高而增大，隨壓力的升高而減小。結(jié)合壓井液和地層水的配伍性實(shí)驗(yàn)可以得出：結(jié)垢的主要原因是CaCl2型壓井液與地層水的不配伍性，地層水進(jìn)入井筒后壓力下降導(dǎo)致CaCO3溶解度下降產(chǎn)生沉淀結(jié)垢；利用Oddo-Tomoson飽和指數(shù)法對(duì)CaCO3結(jié)垢趨勢(shì)的理論預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際測(cè)量結(jié)果一致。

氣井； 碳酸鈣結(jié)垢； 原因分析； 結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)

隨著氣田的不斷開采，排水采氣力度加大，可能會(huì)出現(xiàn)近井帶地層、井筒和地面管線結(jié)垢現(xiàn)象，從而導(dǎo)致氣田產(chǎn)量下降甚至停產(chǎn)。松南氣田腰深101井井底形成碳酸鈣垢，導(dǎo)致產(chǎn)量不斷降低，2011年4月對(duì)該井進(jìn)行酸洗，取得了一定效果，但不明顯。腰平11井2011年3月21日產(chǎn)氣量與油壓開始急劇下降，發(fā)現(xiàn)上部堵塞物為蠟質(zhì)，井下結(jié)垢為碳酸鈣。

如果在氣井開采前，利用相關(guān)資料，通過實(shí)驗(yàn)技術(shù)和計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)的方法，找到氣井井筒結(jié)垢原因并對(duì)生產(chǎn)過程中的結(jié)垢趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而采取相應(yīng)的防垢措施，就能減少結(jié)垢對(duì)氣田生產(chǎn)造成的危害并降低垢處理費(fèi)用[1-5]。因此，研究氣田水結(jié)垢規(guī)律，分析氣井井筒結(jié)垢原因，預(yù)測(cè)結(jié)垢趨勢(shì)，對(duì)于保持氣田穩(wěn)產(chǎn)、提高采收率、降低生產(chǎn)成本有著十分重要的意義[6-7]。

本文根據(jù)松南氣田實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對(duì)氣田水結(jié)垢規(guī)律進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究[4]，分析了松南氣井結(jié)垢的原因，并利用飽和指數(shù)法預(yù)測(cè)，得到了不同氣井的結(jié)垢趨勢(shì)[8-12]。

1 實(shí)驗(yàn)研究

1.1垢樣分析

垢樣成分的正確分析是結(jié)垢原因分析及解決垢堵的重要基礎(chǔ)，室內(nèi)對(duì)從現(xiàn)場(chǎng)不同位置取得的垢樣進(jìn)行了垢樣分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。從表1的數(shù)據(jù)可以看出，垢樣的主要成分是碳酸鈣垢。

表1 松南氣井垢樣分析結(jié)果Table 1 The analysis results of the scale in Songnan gas well

1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為研究氣井井筒結(jié)垢規(guī)律，需進(jìn)行結(jié)垢實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)將松南氣田所用管材加工成掛片后，分別掛入不同控制條件下的氣井產(chǎn)出水中，在規(guī)定的溫度下浸泡一定的時(shí)間，由于結(jié)垢使掛片在浸泡前后產(chǎn)生了質(zhì)量差，利用質(zhì)量差可計(jì)算出結(jié)垢速率，通過不同條件下的結(jié)垢速率就可以來評(píng)價(jià)不同因素對(duì)結(jié)垢的影響程度。

1.3結(jié)垢實(shí)驗(yàn)

1.3.1 不同氣井井筒結(jié)垢規(guī)律研究 松南氣田不同氣井產(chǎn)出水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)見表2。

圖1是不同氣井井筒產(chǎn)出水在不同溫度下的結(jié)垢質(zhì)量。圖2是腰深101井產(chǎn)出水在不同壓力下掛片的結(jié)垢質(zhì)量。從圖1和圖2中可以看出，在一定的井筒產(chǎn)出水中，其他條件不變的情況下，結(jié)垢質(zhì)量隨溫度的升高而增大，隨壓力的升高而減小。與其他產(chǎn)出水相比，腰平11、腰深101和腰平8在同一溫度下具有較明顯的結(jié)垢趨勢(shì)，結(jié)垢趨勢(shì)最明顯的腰平8在溫度升高30 ℃后，結(jié)垢質(zhì)量增加了115%；而腰平7、腰深1和腰平3結(jié)垢質(zhì)量則較少，而且結(jié)垢質(zhì)量隨溫度的增加也并不明顯；壓力增加20 MPa，結(jié)垢質(zhì)量減少約50%。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況基本一致。

表2 松南氣田不同氣井產(chǎn)出水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)表Table 2 The produced-water quality analysis data in different gas wells

圖1 不同氣井井筒不同溫度下結(jié)垢質(zhì)量

Fig.1Theamountofscalingindifferentgaswellsandtemperature

圖2 腰深101井產(chǎn)出水90 ℃不同壓力下結(jié)垢質(zhì)量

Fig.2Theamountofscalingat90 ℃inYaoshenNo.101gaswells

1.3.2 氣井產(chǎn)出水與壓井液配伍性實(shí)驗(yàn) 通過對(duì)YP11井采出水的水質(zhì)分析可知，其水型為NaHCO3型，而現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用壓井液為質(zhì)量濃度1.25 mg/L的CaCl2溶液，容易與NaHCO3水生成沉淀，因此對(duì)其進(jìn)行配伍性實(shí)驗(yàn)。分別將YP11產(chǎn)出水和壓井液按不同體積比混合(5∶0、4∶1、3∶2、2∶3、1∶4、0∶5)，進(jìn)行室內(nèi)掛片結(jié)垢實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖3所示。

圖3 YP11井與壓井液配伍性實(shí)驗(yàn)

Fig.3ThecompatibilityexperimentbetweenYP11gaswellandwellkillingfluid

由圖3可知，不同溫度、不同壓井液配比下結(jié)垢規(guī)律基本一致，結(jié)垢質(zhì)量在壓井液體積分?jǐn)?shù)為20%時(shí)達(dá)到最大，隨后結(jié)垢質(zhì)量有所下降，混合液結(jié)垢質(zhì)量比單一溶液結(jié)垢質(zhì)量大。通過配伍性結(jié)果可以看出，YP11井產(chǎn)出水與壓井液配伍性差，不同混配比例下均有白色沉淀出現(xiàn)，結(jié)垢趨勢(shì)明顯，溫度升高，結(jié)垢加劇。這是導(dǎo)致松南氣田YP11氣井井筒結(jié)垢的原因之一。

2 CaCO3結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)

2.1飽和指數(shù)法

Stiff和Davis于1952年提出的飽和指數(shù)法是預(yù)測(cè)油氣井鹽水中CaCO3結(jié)垢趨勢(shì)較成功的方法之一[4]，該方法主要考慮了系統(tǒng)的熱力學(xué)條件。Oddo-Tomoson于1982年對(duì)此方法進(jìn)行了改進(jìn)，考慮了CO2分壓和總壓對(duì)CaCO3結(jié)垢趨勢(shì)的影響，使得模型的預(yù)測(cè)更較準(zhǔn)確[5]。對(duì)于大多數(shù)油氣井鹽水Oddo-Tomoson法的飽和指數(shù)SI值[1]，可用下式表示：

(1)

其中，μ=TDS/58 500。

式中：cCa2+—Ca2+濃度，mol/L；

μ—離子強(qiáng)度，mg/L；

TDS—溶解性固體總量，mg/L；

xCO2—CO2的摩爾分?jǐn)?shù)(壓力p、溫度t條件下),%；

p—壓力，Pa；

t—地層溫度，℃。

判斷標(biāo)準(zhǔn)如下：當(dāng)SI=0時(shí)，表示溶液與固體垢相平衡；SI>0時(shí)，表示過飽和狀態(tài)或有形成垢的條件；SI<0時(shí)，表示欠飽和狀態(tài)，或不能形成垢。

2.2預(yù)測(cè)結(jié)果

以松南氣田7口生產(chǎn)井?dāng)?shù)據(jù)為例，不同氣井產(chǎn)出水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)和基本生產(chǎn)數(shù)據(jù)分別見表2和表3。

根據(jù)不同氣井的水質(zhì)分析數(shù)據(jù)和其基本生產(chǎn)數(shù)據(jù)，利用飽和指數(shù)法對(duì)不同氣井井底結(jié)垢情況進(jìn)行了預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果見表4。

表3 不同氣井基本生產(chǎn)數(shù)據(jù)表Table 3 The basic production data of different gas wells

通過表4的預(yù)測(cè)結(jié)果可以看出，腰平11和腰深101井結(jié)垢較嚴(yán)重，腰深1井和腰平3井不結(jié)垢，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致。證明使用Oddo-Tomoson飽和指數(shù)法預(yù)測(cè)氣田結(jié)垢是可靠的。壓力對(duì)氣井井筒CaCO3結(jié)垢起決定性作用。在地層壓力、溫度及鹽度合適的條件下，鈣鹽溶解于水中而達(dá)到最大濃度，當(dāng)?shù)貙铀S同油氣進(jìn)入井筒中，壓力下降使水溶解鈣鹽的能力下降，形成過飽和現(xiàn)象，在油井或地層內(nèi)產(chǎn)生沉淀，生成鈣鹽水垢。

3 結(jié)論

(1)通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)垢物分析表明，松南氣田的結(jié)垢以碳酸鈣垢為主。

(2)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，腰平11和腰深101在不同溫度下都具有較明顯的結(jié)垢趨勢(shì)。地層水進(jìn)入井筒后壓力下降使鈣鹽的溶解度下降，以及CaCl2壓井液與產(chǎn)出水不配伍是導(dǎo)致松南氣井井筒結(jié)垢的主要原因。

(3)利用Oddo-Tomoson飽和指數(shù)法對(duì)CaCO3結(jié)垢趨勢(shì)的理論預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際測(cè)量結(jié)果和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致，說明用此方法預(yù)測(cè)CaCO3垢是可靠的。

(4)建議在結(jié)垢較嚴(yán)重的腰平11和腰深101井中加入適宜的防垢劑。

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(編輯 宋官龍)

Analysis and Prediction of the Scaling in Gas Wells in Songnan Gas Field

Guo Longjiang1, Li Wei1, Qin Guoshun1, Ji Shupeng2, Li Shujun2, Yang Xiaoxi1

(1.CollegeofPipelineandCivilEngineering,ChinaUniversityofPetroleum(Huadong),QingdaoShandong266580,China;2.InstituteofEngineeringTechnology,NortheastOilandGasBoardCo.,Sinopec,ChangchunJilin130062,China)

For the problem of scaling in producing wells in Songnan gas fields, components of the scale samples were analyzed for its, and scaling experimental research was done indoor. In addition, the trend of scaling in gas wells was predict using saturated index method. Results showed that the scale in Songnan gas wells was mainly calcium carbonate. When the well producing water was fixed, the scaling quantity arised with the temperature increasing, while reduced with the pressure rising. Considering the compatibility test, it was indicted that the mainly scaling reason was the mismatch between the CaCO3well killing fluid and the stratum water, which caused the decrease of pressure when the stratum water get into the wellbore. Theoretic prediction on the tendency of the scaling of CaCO3was made with the Oddo-Tomoson saturating exponential method, and the result was consistent with the measurement in field.

Gas well; Calcium carbonate scale; Cause analysis; Prediction of scaling tendency

2014-07-10

：2014-09-11

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“CO2驅(qū)油藏工程及注采工藝關(guān)鍵技術(shù)研究”(2012BAC24B03)。

郭龍江(1989-)，男，碩士研究生，從事熱能工程的理論和應(yīng)用研究；E-mail：guolongjiang2010@163.com。

楊肖曦(1963-)，女，碩士，教授，從事熱能工程的理論和應(yīng)用研究；E-mail: yxiaoxi123@163.com。

1006-396X(2014)05-0050-04

TE358

： A

10.3969/j.issn.1006-396X.2014.05.011