低渗油田中高含水期电泵井井筒防垢技术研究与应用——以海上A油田为例.pdf

收稿日期：；修订日期：。作者简介：赵云斌（），男，工程师，现从事油田开发研究。：。文章编号：（）低渗油田中高含水期电泵井井筒防垢技术研究与应用 以海上 油田为例赵云斌，王殿武，王凤刚，王彦鹏，李瑞雪，王中华（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司 天津 ；中海石油（中国）有限公司天津分公司 天津 ）摘要：油田为海上典型的低渗油田，以潜油电泵为主要人工举升方式开发，近几年油田电泵井结垢严重，泵机组故障率逐年攀升，严重制约了油田的高效开发。实验分析垢样主要成分为 垢和 ，类比目前国内外常规的阻垢技术，本次研究提出了一种适合该油田的复合阻垢剂阻垢技术。该技术通过地面柱塞泵，连续向电泵吸入口处注入复合阻垢剂，充分与地层液体混合，从而达到缓蚀阻垢的效果。在现场应用中有效延长了电泵机组使用寿命，对油田后期高效开发有一定的借鉴意义。关键词：低渗油藏；井筒防垢；复合阻垢剂；碳酸钙垢；硫化亚铁垢中图分类号：文献标识码：，（，；（），）：，（），：；油田为海上典型低渗油藏，储层主要含油层系为沙二段和沙三段，平均孔隙度为 ，平均渗透率为 ，埋深 ，原始地层压力 ，地层温度 ，沉积类型以辫状河三角洲和扇三角洲为主，油藏类型以构造、构造 岩性、岩性 构造油藏为主。原油含蜡量高（）、凝 年 月石 油 地 质 与 工 程 第 卷第 期书书书固点高（）、胶质沥青质含量高（），黏度低（）、密度低（）。该油田至今已开采 年，目前综合含水 ，日产液 ，单井平均日产油，以潜油电泵为主要人工举升方式开发。近几年油田电泵井故障率逐年攀升，运转时长明显缩短，故障机组拆检发现泵腔内结垢严重（图），叶轮有裂痕，泵轴断裂，加之井况复杂、修井难度大、作业周期长、投入成本高，严重制约了油田的高效开发。图 潜油电泵泵腔叶导轮结垢情况 油井井筒垢样和水质分析?取现场垢样进行实验分析，用二氯甲烷充分洗脱垢样，其中可溶油相质量占 ，固相不可溶占 ，油相元素分析结果显示为明显的原油组成，固相不溶物中 是泥沙和铁粉末颗粒，是片状物。片状物中 可被磁铁吸附，对片状物分别进行 射线光电子能谱分析，结果显示，可被磁铁吸附片状物含 、等元素，不可被磁铁吸附物含 、等元素（图 ）。可被磁铁吸附片状物 不可被磁铁吸附片状物图 固相不溶片状物 射线光电子能谱分析结果考虑垢样中含有硫元素，后期现场酸洗除垢可能存在 气体溢出风险。室内进行酸洗实验验证，取 测定为 的溶液与垢样反应，整体的溶解率为 ，剩余酸渣呈白色粉状颗粒，硫化氢气体检测仪全程监测，溶解过程中释放大量的 气体，反应迅速。结合 射线光电子能谱分析结果，综合判断垢样成份中含有大量的 ，后期现场作业需做好硫化氢监测和防护。?通常情况下，油田产出水矿化度较高，所含离子种类多样，外界环境条件改变时，原来稳定的体系失稳，易产生沉淀，从而结垢。文献调研资料显示，绝大多数油田产出水析出的垢为碳酸钙垢 。对 油田某油井水样开展室内实验研究，模拟研究地层压力条件下不同温度的结垢情况，结果显示，结垢量随温度升高呈现快速上升趋势，温度大于 后上升趋势变缓（图）。扫描电镜揭示了碳酸钙垢的微观形貌，主要是长粒方解石（图 ），高能谱图分析表明，物质构成主要是 、三种元素（图 ），判断析出垢样为碳酸钙垢。赵云斌等低渗油田中高含水期电泵井井筒防垢技术研究与应用图 不同温度下结垢量的预测与实验结果 结垢机理分析?井筒内泵挂垂深为 ，对应深度下环境温度为 左右，井筒内的高温环境降低了 在水中的溶解速度，加之油井提液后，产液量从 提高至 ，井筒压力进一步下降，由 降低至 ，加剧了 结晶沉淀。?硫化亚铁垢主要是 与碳钢反应形成，井筒内 成因主要分生物和非生物成因 。生物成因主要是硫酸盐还原菌代谢过程中，分解有机酸和天然有机物得到分子氢，营养物质被氧化，硫酸盐被还原生成 。海上生产流程检测过程中，在监测点均发现硫酸盐还原菌，且个别监测点具有逐年上升的趋势。油田 井组于 年开始注水，注采井距 ，日注水 ，注采比 ，注水后受益油井地层压力逐步回升，油井表现为液量充足，注采受效。考虑生产流程中含有硫酸盐还原菌，且井组注水受效明显，分析是注入水携带硫酸盐还原菌长期注入地层，后期油井见水后采出，在井筒中产生少量硫化氢，对碳钢材质电泵产生腐蚀所致。图 垢样扫描电镜分析和高能图谱分析 防垢对策研究目前国内外常规的阻垢技术主要分物理阻垢、化学阻垢、工艺阻垢三类 。物理阻垢包括磁防垢、超声波阻垢等技术，其优点是操作简单方便，缺点是造价高，在油田应用较少；化学阻垢主要是液体阻垢剂阻垢技术，操作简单，设备投资少，可通过改变防垢剂种类或浓度以适应变化的环境，适用性强，阻垢效果好且能够长期使用。工艺阻垢包括延长沉降时间、净水处理等技术，该方法适用于油田水处理，不适用井筒除垢 。综合分析，结合目前油田实际情况，采用化学阻垢方法。油田使用防垢剂作用机理与结垢过程（晶核晶体生长晶体聚集）密切联系。根据晶格畸变理论，防垢剂进入到成垢环境后，药剂分子迅速出现在晶体的活性增长点，吸附、包围成垢离子，阻碍其在规则的晶格点阵上聚集排列，歪曲晶格，晶体变形，抑制晶体继续生长，从而使所生成的污垢物理性质发生变化，松软且易被井液携带，以达到防垢目的 。油田多年的开发效果表明：液体阻垢剂的选择需要根据地层水样（各项离子的含量、矿化度、值以及水型等）、油井生产方式和地质条件，进行针对石 油 地 质 与 工 程 年第 期性的实验分析，采取合适的阻垢剂。常规的防垢剂种类包括无机磷酸盐类、有机磷酸及盐类或脂类、氨基多羟酸盐、聚合物类、天然化合物类（表 ），受本身特征的限制，其适用条件有所不同 。表 不同防垢剂种类对比防垢剂种类应用条件常见防垢剂无机磷酸盐类高温、高 易于水解、温度低于 三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、十聚磷酸钠等有机磷酸盐类或脂类加量比较低，不易水解，可适用于 以上环境，三羧酸、多元醇膦酸脂等氨基多羟酸盐加量高、热稳定性较好 （）（）、（）（）、（）（）（）等聚合物类应用广泛，化学稳定性好，不含磷或低含磷，具有阻垢分散作用，能耐较高温度聚丙烯酸及盐、聚环氧琥珀酸等天然化合物类用量大、成本高，在高温条件下容易分解，含有较多杂质等问题丹宁、磺化木质素等常规阻垢剂只能针对结垢的某一特定阶段有效果 ，各类型的阻垢剂机理不同，且各有侧重并且联系紧密，因此采用复合阻垢剂，包含多种阻垢剂和缓蚀剂，能发挥较好的协同作用 。新型耐温阻垢剂属于聚合物类，成分中无磷且不含其他毒害有机物，对人体和环境危害较低，并且阻垢后的产物对地层伤害也较低。该复合阻垢剂在 油田生产系统、注水系统、工业循环水系统中广泛使用。其作用机理是通过药剂中的螯合酸缓慢释放氢离子，与碳酸钙、硫化亚铁等无机垢中的阳离子进行交换，降低了离子浓度，减少了沉淀生成，并与金属成垢离子配位形成螯合物，避免再次结晶沉淀，溶垢的同时会产生少量 气体，该气体与药剂中的相关成分反应产生酸溶性化合物，从而可降低逸散危害。另外该复合阻垢剂中包含有部分缓蚀剂，同时也能够起到降低对金属管柱的腐蚀。针对该防垢剂的效果，采用动态环道评价法和静态结垢分析法进行分析评价。动态环道评价法通过室内对该复合阻垢剂进行岩心驱替实验，模拟注入后对岩心的伤害程度，实验温度 ，实验岩心为模拟人造岩心。结果表明添加阻垢剂后，对岩心的渗透率伤害程度（指驱替过程中的动态渗透率与岩心初始渗透率的比值）较低，并且随着阻垢剂浓度增加，伤害程度进一步降低（图 ）。静态结垢分析法通过室内实验该复合阻垢剂在 环境条件下，对不同浓度的药剂进行横向对比，发现 浓度以上即可达到很好的阻垢效果，即在较高的温度条件下，通过提高药剂浓度，可以达到较好的防垢作用。结合油井实际温度环境条件，设定该浓度条件下，进行纵向温度梯度实验分析，该复合阻垢剂在 以下阻垢率均达到 以上，阻垢率为 ，防垢效果显著。此外，合适的复合阻垢剂必须选择合理的加药方式才能充分发挥防垢效果。常规的加药方式包括地面间歇加药、地面连续加药和吞吐加药等。地面图 岩心驱替实验模拟阻垢剂的注入对岩心的伤害程度对比间歇加药方式适合结垢较轻的情况，投入少、效果好；地面连续加药方式主要是利用药剂自身重力和套压作用，促使药剂在井筒内缓慢流动；吞吐加药方式适用于结垢严重的情形，通过药剂与地层的吸附作用，开采过程中伴随井液流动，逐步释放有效的化学组分，从而达到防垢效果。根据现场油井生产实际情况和地面流程系统，选取地面连续加药方式，设置投药点在电泵机组吸入口处，通过药剂管线连接至地面，采用柱塞泵连续注入，使注入的复合阻垢剂与地层液体能够充分混合，起到缓蚀阻垢作用，保障电泵机组正常运转。油田现场应用效果分析利用药剂注入复合电缆连接井口柱塞泵和潜油电泵吸入口，通过柱塞泵提供动力源，新型耐温阻垢剂流入药剂注入复合电缆至电泵吸入口，再进入泵腔、油管，返回至地面管线流程，促使新型耐温阻垢剂与井液在井筒内中充分混合，抑制垢体析出，保障油井正常生产，电泵稳定运转，有效延长了机组使用寿命，油田泵机组年故障率下降了 。截至目前，已经稳定运行时长 ，较近几年下入泵机组的平（下转第 页）赵云斌等低渗油田中高含水期电泵井井筒防垢技术研究与应用）尾管悬挂器中心管长度加长至 ，允许上提距离达 ，有效降低了超深短尾管倒扣丢手验证难度，保障了固井施工安全。）针对 井超深短尾管悬挂固井难点，研究形成的配套技术对于直井应用效果良好，但对于超深大斜度井，目前尚未进行应用，建议配套相关技术研究与应用。参考文献 闫睿昶，陈新勇，汝大军，等 巴彦河套新区深井钻完井关键技术 石油钻采工艺，（）：彭金龙，李全双 抗高温低密度弹塑性水泥浆体系研究与应用 油气藏评价与开发，（）：胡晋军，张立丽，张耀，等 埕海油田大斜度井超短尾管固井技术 石油钻探技术，（）：赵德利，马锦明，李强，等 复杂井况下短轻尾管丢手技术研究与应用 石油矿场机械，（）：杨红歧，陈会年，邓天安，等 元坝气田超深探井小尾管防气窜固井技术 石油钻采工艺，（）：谭鹏，何思龙，李明印，等 库车坳陷超深层复杂气田钻完井技术 石油钻采工艺，（）：吴丰，谢煜华，王云，等 厚层状砂砾岩油藏优快钻井关键技术 石油钻采工艺，（）：杨洁，董波，郑义，等 川西气田二开长裸眼固井质量保障工艺 石油地质与工程，（）：张猛，贾永江，何德清，等 提高新苏 井固井质量工艺研究 石油地质与工程，（）：刘钰龙，刘小利，唐凯 厄瓜多尔 油田低压高渗小间隙尾管固井技术 复杂油气藏，（）：孟卫东，周代，杨少春，等 低承压区套管开窗侧钻井固井技术难点与对策 石油地质与工程，（）：（编辑李萍檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶）（上接第 页）均寿命 大幅提高。试验油井目前产液 ，产油 ，药剂管线井口注入压力 ，日注入量 ，各项参数运行稳定，取得了初步的成效，对于后期低渗油田电泵井的稳定开发有一定的借鉴意义。结论）海上 油田井筒结垢主要分为两种，一种是由于环境温度和提液后井筒压力大幅下降，打破平衡，在井筒中易析出碳酸钙垢；另一种是由于注入水携带硫酸盐还原菌，长期注水，油井受效后，携带硫酸盐还原菌产出，导致井筒电泵受到腐蚀，从而产生硫化亚铁垢。）通过药剂管线从地面向井下电泵吸入口连续注入复合阻垢剂，有效起到缓蚀阻垢作用，在 油田现场单井应用中延长了电泵机组使用寿命，取得了初步的效果，对于油田中高含水后期高效开发有一定的借鉴意义。参考文献 舒干，邓皓，王蓉沙 对油气田结垢的几个认识 石油与天然气化工，（）：陈霄，袁辉，廖云虎，等 注水井结垢趋势灰色关联分析 石油地质与工程，（）：王兵，李长俊，刘洪志，等 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