＊王育襲

（延長油田股份有限公司志丹采油廠 陜西 717500）

1.引言

油田注入的設計方法，以單井的注入模式，達到了正注、反注和合注的良好效果。在油田發(fā)展進入后期時，對低滲油層進行了強化注入，利用精細的地質調查，進行了細分油層，對油層實施精確注入，并結合先進高效的自動化注入裝置與設備的使用，增加注入的準確性，從而推動了注入技術開發(fā)在油田中的進展。油田注水技術的應用，克服了油層的非均質化問題，并利用水流的相互驅替效應，在油井與注水井中相互建立銜接，增加了油井的能力。對油田產品的注采方法加以評估與分析，有效調節(jié)了油田的注水方法，合理設計配注量，使油田的注水工程獲得了最佳的技術效益。

2.什么是油田注水結垢

現階段，在油田開發(fā)過程中，為了保證儲層相應的水壓，提高油田開發(fā)效益，普遍采用注水技術。目前，油田注水技術一般有三種方法，一是采用清水注入法，即完成油田地下水的注入。二是采用污水注入法，即從油層注水。三是海上油田注水方式，采用海上注水方式。此外，還有混合注水方法。目前，油田注水過程中存在許多問題，如注鈣和注二氧化碳的混合。諸多問題導致注鈣與注二氧化碳不相容，氫硫基團濃度急劇增加。嚴重時會出現阻塞油層現象，使油層滲透效率降低，給油田中的油層造成很大的損失；而部分井筒以及井內設備結垢處理會限制管線的流通空間，從而增大摩擦力，也容易為細菌提供滋生的環(huán)境，增加了井下油井設備的銹蝕程度，減少了井設備的使用時間，嚴重時還會發(fā)生設備熱效率的降低，導致管線爆裂，最后出現大面積停工的現象，嚴重危害油田設備的正常工作，使采油技術生產急劇減少。目前，我國各大油田公司已經開始就預防結垢處理的對策開展了研究，但問題依然存在。

油田地面注水技術措施的實際應用是通過注水井將合格的水注入井底油層，注入后的水流沿水線方向均勻地推向井內，使油流被驅出井外，從而提高油井的產油量。注水過程是人工向地表提供能量的過程，是提高油田二次采油率的主要手段，注采模式已廣泛應用于油田企業(yè)生產的各個階段。利用注入水流量的驅替效應，可以快速反映油井增產情況。油田注水精細研究確保了小層吸水性能，滿足設計標準。通過研究油田注水的最新工藝和技術方案，優(yōu)化油田注水評價技術方案，可以進一步了解注水井注水狀況和油井產能發(fā)展情況，為提高采收率提供良好的技術前提。

3.油田注水結垢產生的原因

從結垢原理與室內實驗結果研究出發(fā)，對土壤結垢處理效果影響很大的各種因素主要包括：溫度、流速流量、水質、成垢離子含量、pH值、土壤礦化等。

(1)溫度原因

在油田注水試驗中，通過對油田開采過程中產液溫度的測量，發(fā)現在其他條件不變的情況下，改變流體溫度會影響碳酸鈣的凝固程度。水溫越高，液體穩(wěn)定性越差，碳酸鈣等物質的溶解度越低，產生的水垢越多。

(2)液體流速和流量原因

經過試驗研究后表明，在保持井管內部其他指標不變的前提下，可以選擇不同的速度和流量，流量越大，速度越小，則結垢現象形成率越大，主要由于注入液表面的剪切力提高了剝蝕的能力，由此隨著流量的提高，就增加了對結垢的去除效率。

(3)水質的原因

水質優(yōu)劣，在一定意義上也直接影響著結垢現象的產生，注入流體中的污物通常聚集在注入井管網中水溫較低的部分，由上往下，隨著結垢的出現而逐步上升。另外，注入的液體中含鹽量也是形成結垢現象的又一因素。地層水存在著大量的鈣離子、鋁電離、碳酸氫離子等結垢分子，與液體中的鹽相互作用，直接影響了水垢的溶解度。據試驗結果證明，含鹽率越大，對水垢的溶解性也越大，但當達到2.5mol/L時，溶解性就會降低，故如果地層水含鹽指標降低，就會引起井內結垢的上升。

油區(qū)為鹽湖沉降盆地，地層水中礦物含量普遍較高。例如：望光地區(qū)地層水中的礦物質濃度已達到30mg/L，但由于油田注水研究的發(fā)展，在早期注入了清水，然后對土壤地層中產生的污水進行凈化和回灌。目前，一些地方將凈化污水回注改為混合注入或直接注入清水。注入污水的結構和水質發(fā)生了很大變化。對注入水水質開展了評價性解析實驗，結果表明由于清液和凈化的污水在化學成分和礦物濃度上的差異，所以很多范圍內出現了結垢的問題，并且對于水質產生了不良影響。

(4)成垢離子含量對結垢現象產生的影響

水體中成垢離子含量對結垢現象產生的影響是最直觀的，某油區(qū)或各油田中注入水體的成垢離子含量一般較高，易于引起結垢產物的形成。如某污水處理站，在污水當中，碳酸鈣離子的濃度比較高，二者在注入水體中的碳酸氫根含量比較高，這時當兩者相遇，就會產生一些碳酸鈣沉積物，從而形成水垢。若不對注入污水進行凈化處理，就會產生嚴重結垢現象。

(5)pH值變化對結垢的影響

為了避免管道腐蝕，人們通常向灌裝水中添加液體酸來調節(jié)pH值，因為灌裝水中的碳酸氫鹽濃度較高，當pH值升高時，它將轉化為碳酸鹽，從而形成碳酸鈣。

(6)土壤礦化度對結垢的影響

由于低礦物濃度的減少，成垢離子被稀釋后，會減少結垢量，而且由于在某油區(qū)部分巖層中存在著大量的礦鹽和石膏，在巖石地層中被低礦物濃度沖擊后，也會溶解出大量成垢離子，因此可能產生新的結垢現象。

4.油田注水及開采過程中結垢現象的預防

由于很難解決巖石結構深層的結垢問題，因此，需要采取預防結垢的措施。然而，由于某區(qū)塊巖石結構的深水鹽度極高，最大值為32×104mg/L，遠遠超出了普通預測軟件的應用范圍。根據實際情況，開發(fā)了一套適用于高濃度土壤水鹽結垢預測的軟件系統。與室內實驗結果對比表明，該方法能及時、準確地給出水鹽結垢信號，并用于指導采取防垢措施，從而減少對地層結構的影響。

(1)清管器技術清潔結垢

清管器工藝是現階段油井除垢的一種重要使用技術，也是一種行之高效的大型油田設備清理除垢控制系統，一般由清管器、發(fā)射裝置、接收設備、測量裝置等部門構成，利用電機背壓原理和動力設備驅使清管器在井管內慢慢地往前移動，把油田井底管冋下沉井壁部的結垢和雜質全部清除。這種方法具備了清理適用范圍較廣、環(huán)境保護性好、干凈性好、對管壁毫無侵蝕性等優(yōu)勢，不過該方法所使用的儀器裝置較多，且生產成本也較貴。

(2)除垢劑清除結垢方法

除垢藥劑法是油田注水化生產工程中較為普遍的方式，因為該法具備了成本低、見效快、生產實現能力強的優(yōu)勢。在采用除垢藥劑法時，選定除垢藥劑的品種十分關鍵，而除垢藥劑的種類則主要有有機磷酸鹽系列的除垢藥劑、有機麟堿式鹽和聚敖堿式鹽復合類型除垢藥劑、高分子多聚物類型除垢藥劑等，選擇時還需要依據油田形成的具體物理環(huán)境與化學情況進行選擇，比如環(huán)境溫度、土壤孔隙情況、壓力條件、巖層的水酸堿值、水質鹽性狀況等。

(3)控制物理、化學結垢條件的方式

油田注水開發(fā)過程中，結垢現象的形成條件通常都是由物理因素或者化學原因所造成，比如結垢分子的含量、巖層水酸堿值、巖層水中含鹽量、液體流動速率、壓強以及水溫等。當對于形成結垢的因素一一控制了之后，就可以從根源上防治結垢問題，達到理想的除垢效果。

(4)結垢防治策略案例分析

為進行結垢處理，必須在注入水中前添加有效的物理化學制劑以去除或降低結垢處理影響，但鑒于某油區(qū)的地層結構中水礦物質濃度特高，對試用常規(guī)阻垢劑有效性較差，于是通過進一步實驗研究，按照正交方法設計了實驗復合配制篩選試驗。此實驗共設計出了六十四種配制產品，并最終成功篩選出了水溶性共聚物阻垢劑、均聚物阻垢劑、有機復合膦酸、絡合劑、擴散物和助溶劑等六種藥劑，用作復配阻垢劑的主要組份。接著利用正交實驗方法，將六種藥物組成十五種因素，通過比較各種因素作用所產生的影響率，最后確定復合阻垢劑的標準配方，獲得復配效果產品如JHZG阻垢劑和ZG12阻垢劑。綜合阻垢劑的評價及實驗成果，見圖1。將沙27井產出水和預制水泥按7:3混勻后，再加入測井巖心。未加入阻垢劑的H8號測井巖心滲透性減少60%，但加入了20mg/L ZC12阻垢劑的H7號測井巖心滲透性保持不變，說明了該阻垢劑可有效防止注入的水中在測井巖心內結垢。

圖1 巖心注入水加阻垢劑防垢評價試驗曲線圖

某油區(qū)某油田馬36井區(qū)、馬25井區(qū)、馬76中井區(qū)加入化學阻垢劑后，發(fā)生結垢。如馬36井區(qū)于1994年投產以來，在1998年以后發(fā)生了結垢處置的井超過二十余口，占全國總井數的73.5%，通過軟件預測和現場取樣研究，認為該井存在碳酸鈣生產結垢的趨勢。自2003年起，在這些井區(qū)的城市污水凈化處理站先后添加了ZG12阻垢劑和JHZG阻垢劑，采用組合添加法，總含量達到10～20mg/L。通過跟蹤觀察，添加阻垢劑后，各井區(qū)氣田水中結垢離子濃度顯著增加，表明結垢處理能力降低；然而，由于水和石油產量基本保持穩(wěn)定，并且用阻垢劑作業(yè)后并未出現結垢問題，因此可以判斷利用阻垢劑能夠有效應對結垢問題。

5.水敏性影響預防

通過室內水敏實驗數據分析，雖然部分油田地層水敏性不明顯，但如果注入水體中的清水比例過大，部分油田凈化污水和清水的礦物濃度相差較大，可達10×104mg/L以上，還應注意粘土的水敏性引起的膨脹。例如：馬36井區(qū)生產的淡水礦物濃度約為17×104mg/L。目前，清潔水的礦物質濃度約為700mg/L。在室內實驗中，馬36井區(qū)巖心在直接加入清液后，因水敏性而導致的粘土膨脹，使測井巖心滲透性降低了70%左右，詳見圖2。

圖2 馬36井區(qū)巖心注清水時水敏性影響試驗對比曲線圖

針對水敏性危害，必須在加入水體時添加適當的防膨劑，以控制巖性地層中黏土的增長，防止引起土壤地層滲透性的降低。某油田區(qū)目前應用比較多的是JC931防膨劑。在井中進行作業(yè)時，可以添加約3%的防膨劑JC931防止水敏性危害，或在遇水敏時，加入防膨劑解堵，總有效井數約60%。此外，通過室內實驗篩選出了更先進的FZM防膨劑，該防膨劑在某油田潛江組和新溝嘴組的測井巖心試驗中具有良好的防膨效果。該防膨劑采用先進的納米膜分離工藝，性能獨特。它可以通過細孔有效地附著在粘土顆粒表面，從而構成一個很薄的保護膜，有效阻止了黏土粒子擴張和移動，同時具有了保護土壤地層的功能。經過注水驅油實驗證明，該防膨劑可增加石油采收率1%～2%，因此具有良好的使用潛力。

6.結論

（1）某油區(qū)所處的環(huán)境復雜，土壤地層水含鹽量高，但部分地區(qū)滲透性較低；在注水開采過程中，注水系統與正常采油系統所產生結垢的處理方法和對水敏性危害程度不同，因此必須適時開展注水系統動態(tài)監(jiān)控，并采取相應的有效防控措施，以確保油田有效發(fā)展。（2）某油區(qū)地層的污水和清液混入時可產生結垢問題，在注水處理過程中適時加以預測并添加相應的阻垢劑即可降低結垢處理對正常工作的危害。（3）從總體上來看，盡管某油區(qū)巖層的水敏性并不明顯，但在巖心的注入實驗中卻發(fā)現部分地區(qū)在加注清液時仍會發(fā)生水滲透性明顯減少的情況，在這種情形下，政府同樣必須采取積極的防治措施，以保證滿足油田正常生產的要求。