劉文遠(yuǎn) 胡瑾秋 姚天福 歐陽鐵兵 李相方

1.中國石油大學(xué)(北京)安全與海洋工程學(xué)院；2.中國石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院；

3.中海油研究總院有限責(zé)任公司

目前，深水油氣開發(fā)已成為我國油氣工業(yè)發(fā)展的重要方向，加大深水油氣資源的開發(fā)對維持我國能源供應(yīng)意義重大［1-2］。相比陸上氣井，深水氣井開發(fā)具有技術(shù)難度大、施工成本高、安全風(fēng)險大的特點，避免油氣事故發(fā)生、保證氣井生產(chǎn)安全極為重要［3-4］。

目前，很多學(xué)者對氣井結(jié)垢風(fēng)險及防治進(jìn)行了研究。張宏祥［5］(1993)通過對氣井排水采氣過程中的結(jié)垢過程研究發(fā)現(xiàn)，碳酸鈣垢是油氣井開采過程中最常遇到的結(jié)垢問題，研究碳酸鈣垢的形成機理、結(jié)垢趨勢和防治方法。郭龍江等［6］(2014)針對松南氣田的氣井結(jié)垢問題，分析了氣井垢樣成分并開展了室內(nèi)結(jié)垢實驗研究，得出了松南氣田的結(jié)垢原因主要是壓井液和地層水的不配伍性造成的，并對氣井的結(jié)垢趨勢進(jìn)行了進(jìn)行一步預(yù)測。葉小闖等［7］(2019)從分析氣井結(jié)垢機理出發(fā)，提出了適合長慶氣區(qū)氣井的化學(xué)除垢方法及優(yōu)化的除垢藥劑配方。魏凱等［8］(2018)針對大牛地氣田的結(jié)垢現(xiàn)狀，通過氣田垢樣成分、地層水組成和氣井流溫流壓測試數(shù)據(jù)分析，明確了大牛地氣田的氣井結(jié)垢機理并研制了針對性的防垢劑。鄒躍偉等［9］(2018)研究了丘東氣田氣井的結(jié)垢過程，并分析得到較高的井下溫度是導(dǎo)致氣井結(jié)垢的重要原因。王林等［10］(2018)對蜀南地區(qū)的煤層氣井結(jié)垢問題進(jìn)行研究得到垢物成分以碳酸鈣、鐵化物和煤粉為主，流體壓力降低導(dǎo)致CO2從水中析出和油管、抽油桿發(fā)生無氧腐蝕為結(jié)垢的主要原因。郭顯賦［11］(2018)對高含CO2的酸性氣藏生產(chǎn)中的結(jié)垢進(jìn)行了研究，并對結(jié)垢原因及主要影響因素進(jìn)行了分析，優(yōu)選了氣井防垢劑除垢技術(shù)。目前的氣井結(jié)垢研究主要針對的是陸上常規(guī)及非常規(guī)氣井，而對深水氣井中的結(jié)垢問題研究還較缺乏［12］。

深水氣井深度大，普遍穿過多組砂層，儲層內(nèi)往往存在高礦化度的邊水或底水。同時，深水氣井具有生產(chǎn)管柱長度大、氣井產(chǎn)量變化劇烈、管柱外部溫度環(huán)境復(fù)雜等特點，在氣井開發(fā)中的氣水同產(chǎn)階段通常出現(xiàn)井筒結(jié)垢現(xiàn)象。生產(chǎn)管柱結(jié)垢將對氣井生產(chǎn)的效率和安全性產(chǎn)生影響，垢物生成并在管壁附著將直接縮小流體流動通道，增加井筒摩阻壓降，進(jìn)而降低氣井產(chǎn)氣效率，若管柱結(jié)垢嚴(yán)重將直接堵塞井筒，甚至形成憋壓造成管柱破裂，形成重大安全事故并造成巨大經(jīng)濟損失［13-14］。

結(jié)合我國南海某深水氣田的生產(chǎn)實際，首先通過室內(nèi)實驗研究了管壁結(jié)垢規(guī)律及結(jié)垢過程的影響因素，然后通過理論預(yù)測了該深水氣井的結(jié)垢趨勢及易結(jié)垢的管柱位置，最后提出了針對性的井筒防垢及除垢措施，對深水氣田的安全和高效開發(fā)具有重要意義。

1 深水氣井井筒內(nèi)結(jié)垢速率

深水氣井結(jié)垢速率大小是評價氣井結(jié)垢風(fēng)險的關(guān)鍵因素，通過結(jié)垢速率實驗來定量描述深水氣井井筒內(nèi)的結(jié)垢速率大小。其中，實驗地層水根據(jù)深水氣井水樣成分配置而成，實驗中同時開展了靜態(tài)結(jié)垢實驗和動態(tài)結(jié)垢實驗并對2種實驗結(jié)果進(jìn)行了分析和對比。

1.1 地層水樣配置

1.1.1 模擬地層水樣

實驗選用蒸餾水來配置地層水樣，根據(jù)地層水樣分析數(shù)據(jù)表(表1)中的離子組成及含量計算所需鹽含量，利用電子天平稱取所需鹽分份量加入水箱中，并充分?jǐn)嚢枋怪芙?，?dāng)鹽分按計算量添加完成且水箱中不出現(xiàn)明顯沉淀時完成配置過程。

1.1.2 水樣初步分析

為分析氣井井筒結(jié)垢機理，首先對氣井的地層水樣進(jìn)行了初步分析，根據(jù)地層水型和離子種類及含量初步判斷垢樣成分，為后續(xù)實驗研究提供基礎(chǔ)。

從地層水樣分析結(jié)果來看，該氣田的地層水類型以CaCl2型水為主，只有A井穿過的SAND1層位的地層水為NaHCO3型。整體上，結(jié)垢陽離子主要為Ca2+和Mg2+，其中Ca2+含量普遍大于Mg2+，結(jié)垢陰離子主要包括SO42?、HCO3?和CO32?。通?；衔锏慕Y(jié)合順序為Ca2+＞Mg2+，CO32?＞HCO3?＞SO42?下，不同井由于地層水的離子含量不同將形成不同類型的垢物沉淀［15］。

A井 地 層 水 中 含 結(jié) 垢 陰 離 子SO42?、CO32?但不含HCO3?，結(jié)垢陽離子Ca2+含量遠(yuǎn)大于Mg2+，初步預(yù)測該井的垢物沉淀為CaCO3和MgCO3。

表1不同層位水樣分析數(shù)據(jù)Table 1 Analysis data of the water samples taken from different layers of the gas field

B井穿過2段砂層，結(jié)垢陽離子以Ca2+為主，Mg2+少量，結(jié)垢陰離子僅含SO42?且含量遠(yuǎn)大于結(jié)垢陽離子，預(yù)測該氣井垢物為CaSO4、CaSO4· 2H2O和MgSO4，其中MgSO4垢物量很少。

對于C和D井，地層水中HCO3?含量遠(yuǎn)大于SO42?，且不含CO32?，根據(jù)離子結(jié)合順序，將結(jié)合形成Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2化合物，同時這2口氣井內(nèi)地層水PH值均在7～8之間，Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2將在近中性條件下水解為垢物沉淀CaCO3和MgCO3，由于后者溶解度是前者5倍，且易水解，因此預(yù)測A、B氣井垢物沉淀以CaCO3為主，僅含少量MgCO3。

另外，根據(jù)地層水pH值測定值，該氣田水呈弱堿性，并且實際管柱經(jīng)過防腐處理，具備較強抗蝕能力，不易造成管柱腐蝕，因此腐蝕垢物的含量很低，以鹽類垢為主。

1.2 靜態(tài)結(jié)垢速率實驗

1.2.1 靜態(tài)結(jié)垢實驗設(shè)計

選擇金屬掛片(13 Cr掛片)、不銹鋼金屬球及石英片為實驗材料開展實驗，將以上3種材料浸沒在模擬地層水中，并將整套裝置放至恒溫箱中，如圖1所示。實驗中壓力控制為0.1 MPa，溫度控制在30 ℃，稱量不同浸泡時間及不同溫壓條件下的試件質(zhì)量，通過試件浸泡前后的質(zhì)量差計算結(jié)垢速率，并分析結(jié)垢規(guī)律。

1.2.2 靜態(tài)結(jié)垢實驗結(jié)果

實驗1 d后發(fā)現(xiàn)，不銹鋼金屬球及石英片表面均出現(xiàn)淺色垢物，而13 Cr掛片表面則出現(xiàn)明顯的腐蝕現(xiàn)象，如圖2所示。金屬掛片質(zhì)量因腐蝕出現(xiàn)明顯下降而不能得到實際結(jié)垢質(zhì)量，分析原因是室內(nèi)實驗材料并未像實際管柱一樣進(jìn)行抗蝕處理。因此在后續(xù)實驗中，僅將不銹鋼金屬球及石英片的表面結(jié)垢量作為有效結(jié)垢數(shù)據(jù)。

圖1靜態(tài)結(jié)垢實驗Fig.1 Static scaling experimental device

在選定實驗材料(不銹鋼球、石英片)后，我們設(shè)置一組實驗的時間為12 d，每隔2 d對實驗材料進(jìn)行稱重，將2 d內(nèi)的平均結(jié)垢速率作為中間時間下的實際結(jié)垢速率值，以A井及C井產(chǎn)出的地層水為例，圖3和圖4分別是A井和C井生產(chǎn)條件下不同實驗材料的結(jié)垢速率實驗?zāi)M結(jié)果。

從圖3和圖4可以看出，對于不同離子組成的地層水樣，無論是石英片還是不銹鋼球，在實驗初期結(jié)垢速率均較低，且結(jié)垢速率隨實驗天數(shù)的增加而增大，約在4 d后趨于穩(wěn)定。這是因為初期生成的垢物需要在材料表面附著(早期附著)，當(dāng)垢物鋪滿材料表面時，再生成的垢物將在垢層表面附著逐漸加厚。垢物在垢層表面的附著速率是比較穩(wěn)定的，且要高于早期在實驗材料(石英片、不銹鋼球)表面的附著速率。此外，在實驗初期(4 d內(nèi))，石英片表面的結(jié)垢速率明顯快于不銹鋼球，這表明石英片相對于不銹鋼球更適合垢物附著。而在實驗中后期(4 d后)，石英片及不銹鋼球表面的結(jié)垢速率基本相同且均趨于穩(wěn)定，這表明垢物在垢層表面的附著速率不再與實驗材料有關(guān)。

圖2不同實驗材料的實驗前后對比Fig.2 Comparison of different experimental materials before and after the experiment

圖3不同材料下的結(jié)垢速率實驗?zāi)M結(jié)果(A氣井)Fig.3 Experimental simulation results of scaling velocity for different materials (Gas Well A)

以實驗4 d后的平均結(jié)垢速率作為氣井的結(jié)垢速率預(yù)測值，4口氣井的結(jié)垢速率分別為10.09、21.35、1.52、2.76 g/(m2· d)，4口井的結(jié)垢風(fēng)險為D＞C＞B＞A。其中，相對于C和D井，A和B井結(jié)垢速率很小1～3 g/(m2· d)，在氣井生產(chǎn)過程中，如此小的結(jié)垢速率下產(chǎn)生的垢物基本上將完全被氣流帶出，很難在管壁上附著，結(jié)合氣井的結(jié)垢實際得出結(jié)論：在靜態(tài)結(jié)垢實驗條件下穩(wěn)定結(jié)垢速率小于5 g/(m2· d)時可認(rèn)為該井不具備結(jié)垢風(fēng)險。

圖4不同材料下的結(jié)垢速率實驗?zāi)M結(jié)果(C氣井)Fig.4 Experimental simulation results of scaling velocity for different materials(Gas Well C)

此外，通過分析實驗得到的垢樣成分得到，A和B氣井地層水垢物為少量硫酸鈣，C和D氣井地層水垢物組成為碳酸鈣和微量硫酸鈣，與地層水樣初步分析結(jié)果一致。

1.3 動態(tài)結(jié)垢速率實驗

1.3.1 動態(tài)結(jié)垢實驗設(shè)計

動態(tài)結(jié)垢實驗裝置由巖心夾持器、中間容器、壓力泵、流量計、壓力表等設(shè)備組成，將內(nèi)部裝有3條掛片的金屬巖心作為實驗材料，將巖心裝于巖心夾持器中，通過壓力泵及中間容器把模擬地層水注入實驗管線中來模擬流動條件，實驗中注入壓力控制為0.1～0.5 MPa，恒溫箱溫度同樣控制在30℃。金屬巖心表面及巖心掛片表面均會結(jié)垢，由于金屬巖心質(zhì)量遠(yuǎn)大于結(jié)垢質(zhì)量，為減小實驗誤差，實驗中僅通過稱量實驗前后金屬巖心中掛片的質(zhì)量變化來計算得到流動條件下的結(jié)垢速率。

1.3.2 實驗結(jié)果

采用D井模擬地層水樣開展動態(tài)結(jié)垢實驗，通過改變注入壓力來設(shè)置不同的流體流速，本實驗中選擇0.5 m/s的低流速和5 m/s的高流速進(jìn)行實驗，并與靜態(tài)條件下的結(jié)垢速率進(jìn)行對比。低流速條件下的實驗前后對比情況如圖5所示，不同結(jié)垢條件下的實驗數(shù)據(jù)見表2～4，不同結(jié)垢條件下的結(jié)垢速率對比情況如圖6所示。

從實驗前后實驗材料對比圖可看出，動態(tài)實驗條件下金屬巖心和掛片表面均結(jié)有白色垢物沉積。

從不同流速下的結(jié)垢速率對比圖中可發(fā)現(xiàn)，低流速(0.5 m/s)條件下，結(jié)垢速率較靜態(tài)升高約10%～15%；高流速(5 m/s)條件下，結(jié)垢速率較靜態(tài)條件下降23%～30%。分析原因得出，低速流動條件下溶液中的結(jié)垢離子較靜態(tài)條件下能更快地結(jié)合生成沉淀物并沉降下來，這是溶液流動增加了離子間的擾動造成的，而高速流動條件下即使能生成垢物，但生成的垢物將隨溶液流走而發(fā)生小量的沉積。

圖5實驗前后對比(流速0.5 m/s)Fig.5 Comparison before and after the experiment (flow velocity:0.5 m/s)

表2 D井靜態(tài)結(jié)垢數(shù)據(jù)Table 2 Static scaling data of Well D

表3 D井動態(tài)結(jié)垢數(shù)據(jù)(流速0.5 m/s)Table 3 Dynamic scaling data of Well D (flow velocity:0.5 m/s)

表4 D井動態(tài)結(jié)垢數(shù)據(jù)(流速5 m/s)Table 4 Dynamic scaling data of Well D(flow velocity:5 m/s)

圖6不同流速下的結(jié)垢速率對比Fig.6 Comparison of scaling velocities at different flow velocities

理論上，溫度、壓力是影響結(jié)垢的重要因素。其中，溫度主要是通過改變易結(jié)垢鹽類的溶解度來影響結(jié)垢［16-17］。根據(jù)垢物在水中的溶解度規(guī)律，除水中CaSO4· 2H2O的溶解度在50℃左右有極大值外，其他垢物溶解度均隨溫度升高而降低，這與大多數(shù)結(jié)垢反應(yīng)為吸熱反應(yīng)有關(guān)，另外，溫度也會對管材的腐蝕結(jié)垢有影響；壓力對CaCO3、CaSO4等垢物的生成均有影響，尤其是對有氣體參加的結(jié)垢反應(yīng)?？傊S著壓力降低，井筒內(nèi)的結(jié)垢趨勢增大。此處，以D井產(chǎn)出的地層水進(jìn)行實驗，主要分析溫度、壓力對結(jié)垢速率的影響。

為了進(jìn)一步得到結(jié)垢速率與溫度、壓力的基本關(guān)系，在動態(tài)結(jié)垢實驗條件下分別升高結(jié)垢環(huán)境的溫度(30、45、60、75、90℃)和壓力(0.1、5、10、15、20 MPa)，取實驗4～6 d內(nèi)的平均結(jié)垢速率作為穩(wěn)定結(jié)垢速率值。實驗得到的結(jié)垢速率變化情況如圖7和圖8所示。

圖7不同環(huán)境溫度下的結(jié)垢速率曲線(0.1 MPa)Fig.7 Scaling velocity under different environmental temperatures(0.1 MPa)

圖8不同環(huán)境壓力下的結(jié)垢速率曲線(30℃)Fig.8 Scaling velocity under different environmental pressures (30℃)

通過圖7和圖8可以看出，隨溫度的升高，結(jié)垢速率逐漸加快，當(dāng)溫度升至90℃時，結(jié)垢速率趨于平緩并穩(wěn)定在某一高值。當(dāng)環(huán)境壓力升高時，結(jié)垢速率逐漸減慢，且減慢程度較明顯。對于深水氣井生產(chǎn)過程，由于產(chǎn)出物以氣體為主，井筒沿程壓力整體維持在一個較高值，壓力變化對管壁結(jié)垢的影響并不明顯，而在地層及海水的冷卻下，井筒沿程溫度會發(fā)生很大變化，因此溫度對管壁結(jié)垢的影響起到顯著作用。

2 深水氣井井筒內(nèi)結(jié)垢趨勢預(yù)測

除需要描述結(jié)垢速率外，深水氣井井筒內(nèi)的結(jié)垢位置判斷同樣重要。研究中通過理論模擬的方法判斷深水氣井井筒內(nèi)的結(jié)垢區(qū)域及最易發(fā)生結(jié)垢的位置。首先，我們需要對井筒溫壓場分布進(jìn)行描述，然后進(jìn)行結(jié)垢趨勢和結(jié)垢井段的預(yù)測。

2.1 井筒溫壓場分布

所研究的氣井井深均在3 500 m左右，儲層溫度在90～100℃，最高產(chǎn)氣量可達(dá)150×104m3/d。結(jié)合深水氣井的生產(chǎn)實際，應(yīng)用PIPESIM軟件對氣井生產(chǎn)中的井筒沿程溫度和壓力分布進(jìn)行了模擬計算，得到不同生產(chǎn)條件下的井筒溫度和壓力分布如圖9和圖10所示。

圖9不同產(chǎn)氣量下的井筒溫度分布Fig.9 Well temperature distribution at different gas production rates

圖10不同水氣比下的井筒溫度分布Fig.10 Well temperature distribution at different water/gas ratios

由圖9和圖10看出，隨產(chǎn)氣量減小，井筒內(nèi)的溫度分布普遍降低，溫度在海底泥線附近出現(xiàn)明顯下降。在低產(chǎn)氣量下，井筒最低溫度出現(xiàn)在海底以上的某位置，中高氣量下最低溫度點出現(xiàn)在井口；壓力分布隨水氣比的不同略有差異，從井底至井口逐漸下降。

2.2 井筒結(jié)垢預(yù)測

結(jié)垢是由于系統(tǒng)內(nèi)化學(xué)不相容性及熱力學(xué)不穩(wěn)定造成的，國內(nèi)外對于管線內(nèi)的結(jié)垢問題進(jìn)行過系統(tǒng)研究，1952年Stiff和Daivs提出了CaCO3垢的飽和度指數(shù)預(yù)測方法并在現(xiàn)場得到良好應(yīng)用［18］，隨后Skillman等人提出的熱力學(xué)溶解度預(yù)測法成為現(xiàn)場較為實用的預(yù)測方法［19］，Oddo-Tomson于1982年對CaCO3飽和指數(shù)法進(jìn)行改進(jìn)，考慮了CO2分壓和總壓對結(jié)垢趨勢的影響，提高了模型的準(zhǔn)確性，并于1994年提出了硫酸鹽鹽垢飽和指數(shù)SI的計算公式并得到廣泛應(yīng)用［20-22］，下文研究中采用Oddo-Tomson的飽和指數(shù)法進(jìn)行結(jié)垢預(yù)測。

2.2.1 飽和指數(shù)結(jié)垢趨勢預(yù)測方法

飽和指數(shù)SI的大小能預(yù)測產(chǎn)生沉淀的可能性，但不能預(yù)測結(jié)垢量。SI值越大，產(chǎn)生結(jié)垢的可能性也越大，以0為界，判斷標(biāo)準(zhǔn)為：當(dāng)SI＜0，溶液未飽和，無垢物產(chǎn)生；當(dāng)SI=0，溶液飽和，處于平衡狀態(tài)；當(dāng)SI＞0，溶液過飽和，發(fā)生結(jié)垢。

對于氣液兩相共存時的CaCO3垢飽和指數(shù)計算方法為

硫酸鹽垢預(yù)測飽和指數(shù)計算方法如公式(2)～(6)所示。

式中，[Ca2+]、[SO42?]分別為與離子濃度相關(guān)的計算中間值；CMg2+,CSO42?分別為地層水中Mg2+,SO42?的濃度，mol/L；K為與溫度、壓力和離子強度相關(guān)的系數(shù)。

2.2.2 結(jié)垢趨勢預(yù)測

A井垢物主要為CaCO3和CaSO4· 2H2O，分別運用碳酸鹽飽和指數(shù)法和硫酸鹽飽和指數(shù)法進(jìn)行結(jié)垢預(yù)測，結(jié)果如圖11所示。

圖11 A井不同產(chǎn)氣量下的垢物預(yù)測曲線Fig.11 Scaling prediction curve of Well A at different gas production rates

B井垢物主要為CaSO4、CaSO4· 2H2O，采用硫酸鹽飽和指數(shù)預(yù)測法，預(yù)測結(jié)果見圖12。

圖12 B井不同產(chǎn)氣量下的硫酸鈣預(yù)測曲線Fig.12 Calcium sulphate prediction curve of Well B at different gas production rates

從圖11和圖12可看出，A井的碳酸鈣與硫酸鈣飽和指數(shù)SI均小于0，B井的硫酸鈣飽和指數(shù)值也均為負(fù)值，表明這兩口井地層水中的結(jié)垢離子濃度均未達(dá)飽和值，結(jié)垢可能性很小，這與前述實驗結(jié)果符合。

C井垢物主要為CaCO3，運用碳酸鹽飽和指數(shù)法進(jìn)行結(jié)垢預(yù)測。C井不同產(chǎn)氣量和水氣比條件下的碳酸鹽飽和指數(shù)計算值如圖13和圖14所示，井筒內(nèi)的結(jié)垢區(qū)主要分布在中下部位，在相同水氣比條件下，高產(chǎn)氣量井筒內(nèi)的結(jié)垢區(qū)域長于低產(chǎn)氣量井筒，150×104m3/d產(chǎn)量下井筒內(nèi)的結(jié)垢區(qū)長度可達(dá)2 700 m，20×104m3/d產(chǎn)量下的井筒結(jié)垢區(qū)長度在1 000 m以下；在相同產(chǎn)氣量條件下，高水氣比的井筒結(jié)垢區(qū)要長于低水氣比的井筒，水氣比為10 m3/104m3時的結(jié)垢區(qū)域長度相較1.25 m3/104m3時要長接近700 m。

圖13 C井不同產(chǎn)氣量下的碳酸鈣預(yù)測曲線Fig.13 Calcium carbonate prediction curve of Well C at different gas production rates

圖14 C井不同水氣比下的碳酸鈣預(yù)測曲線Fig.14 Calcium carbonate prediction curve of Well C at different water/gas ratios

對D井的結(jié)垢預(yù)測結(jié)果見圖15～16。D井不同產(chǎn)氣量及水氣比條件下的碳酸鈣結(jié)垢預(yù)測曲線中可看出與C井類似的規(guī)律。對于D井，在相同水氣比條件下，當(dāng)產(chǎn)氣量為150×104m3/d時，自井筒650 m深度以下至井底均為結(jié)垢區(qū)，該區(qū)域比產(chǎn)氣量為10×104m3/d時延長1 650 m；在相同產(chǎn)氣量條件下，水氣比為10 m3/104m3比1.25 m3/104m3條件下的井筒結(jié)垢區(qū)長度要長550 m。

圖15 D井不同產(chǎn)氣量下的碳酸鈣預(yù)測曲線Fig.15 Calcium carbonate prediction curve of Well D at different gas production rates

圖16 D井不同水氣比下的碳酸鈣預(yù)測曲線Fig.16 Calcium sulphate prediction curve of Well D at different water/gas ratios

結(jié)合圖13～16可以看出，C、D井在不同產(chǎn)氣量及不同水氣比下均有不同程度的結(jié)垢，結(jié)垢部位主要分布在井筒中下部，高溫高壓下的井底處結(jié)垢趨勢最大。由于氣井井筒內(nèi)的沿程壓力變化有限，對于井筒的同一深度位置，產(chǎn)氣量越高或水氣比越高使得井筒內(nèi)溫度越高，結(jié)垢趨勢越大；同一產(chǎn)氣量下，沿井筒向上溫度逐漸下降，結(jié)垢趨勢也逐漸減小，并且D氣井的井筒結(jié)垢區(qū)域的長度要大于C氣井。

綜合以上理論與實驗結(jié)果得到，C和D氣井在不同的生產(chǎn)條件下會存在不同的井筒結(jié)垢區(qū)域，結(jié)垢風(fēng)險相對較大，而A和B氣井結(jié)垢的可能性很小，基本不存在結(jié)垢風(fēng)險。此外，結(jié)垢位置主要為靠近井筒的中下部井段，在不同產(chǎn)氣量下，井筒內(nèi)有不同的碳酸鈣結(jié)垢深度，隨著產(chǎn)氣量增大與水氣比的增加，結(jié)垢井段逐漸增長(結(jié)垢深度逐漸變小)。因此，井筒的下半部、高產(chǎn)氣量及高水氣比情況為深水氣井防垢的重點。

3 深水氣井的防垢措施

深水氣井由于生產(chǎn)管柱長度大、氣井產(chǎn)量變化劇烈、管柱外部溫度環(huán)境復(fù)雜等特點，井筒結(jié)垢較陸上氣井更加復(fù)雜，成為深水氣井的一項流動保障難題。深水氣井在高水氣比及高產(chǎn)氣量條件下井筒內(nèi)具有更高的溫度分布，因而更利于垢物的生成，此時需要重點防垢。深水氣井的結(jié)垢位置主要分布在井筒中下部及近儲層部位，防垢措施的采取應(yīng)當(dāng)重點針對井筒中下部位。此外，適合深水氣井井筒防垢的措施還包括以下幾種［23-29］。

(1)選用耐蝕管材。腐蝕垢也是井筒垢物的一種，為提高管柱的耐蝕能力，減緩或避免因腐蝕形成的結(jié)垢，可以選用鎘、鉬含量高，硫、磷等雜質(zhì)含量低的合金管材或玻璃鋼管材。

(2)防垢劑防垢。化學(xué)防垢是目前油氣田采用的主要防垢措施?；瘜W(xué)防垢劑能夠與氣田水中的結(jié)垢離子相互作用來阻止垢物的形成，該方法具有適用性廣、效果顯著的特點。目前，應(yīng)用最多的防垢劑有有機膦酸型防垢劑與聚合物型防垢劑等。

(3)添加緩蝕藥劑。除添加防垢劑外，還可以添加一些化學(xué)藥劑來改變環(huán)境性質(zhì)來起到緩蝕作用，從而減緩腐蝕結(jié)垢。這類化學(xué)藥劑包括殺菌劑、除硫劑、除氧劑、pH值調(diào)節(jié)劑等。

(4)物理法防、除垢。當(dāng)垢物沉積到一定程度，需要在管柱流動截面出現(xiàn)明顯縮小前及時除垢，而對于不易酸洗的氣井，則需要采用物理法進(jìn)行除垢。這類方法主要包括采用銑刀、沖擊錘或采用井下射流進(jìn)行除垢，后者的除垢效果較顯著，對井筒完整性影響較小。

4 結(jié)論

(1)地層水組成決定了氣井井筒的結(jié)垢類型，結(jié)垢初期由于垢物要在管壁表面附著而導(dǎo)致結(jié)垢速率較低，但由于表面附著期很短，氣井生產(chǎn)過程中的結(jié)垢風(fēng)險主要取決于結(jié)垢穩(wěn)定時的結(jié)垢速率；

(2)其他條件一定時，結(jié)垢速率隨溫度的升高而增加，隨壓力的增加而減小，深水氣井生產(chǎn)過程中不同井深的結(jié)垢差異性主要取決于沿程井筒的溫度分布。通常井筒中下部及近儲層部位為深水氣井結(jié)垢的主要井段，高產(chǎn)氣量及高水氣比下井筒結(jié)垢趨勢較大，因此井筒中下部和高產(chǎn)氣量及高水氣比條件是防垢重點。

(3)相比陸上氣井，深水氣井受井筒結(jié)垢的影響更大，除垢措施也更加復(fù)雜，除垢成本更高。采取及時的防垢手段避免垢物生成或?qū)⒐肝锍练e量控制在容許范圍內(nèi)對維持深水氣井的高效安全生產(chǎn)至關(guān)重要。