弱碱三元复合驱抽油机井化学除垢技术研究*

于智明，高清河

（1.大庆油田第三采油厂 试验大队，黑龙江 大庆 163113；2.黑龙江省普通高等学校 油田应用化学重点实验室（大庆师范学院），黑龙江 大庆 163712）

三元复合驱技术作为大庆油田高含水后期进一步提高采收率的重要手段，它比水驱采收率提高20%左右[1]，但是在矿场试验中暴露出油井结垢的问题。弱碱三元复合驱是由Na2CO3、聚合物和表活剂组成的复合驱油体系。随着开发时间的延长，采出液中聚合物浓度、弱碱（碳酸钠）浓度和表活剂浓度的升高，与水驱和聚驱相比，在抽油机井上暴露出来的主要问题是结垢较为严重，导致井筒运行环境恶化，抽油杆经常出现杆滞后、卡泵等现象，造成抽油机井检泵率升高，检泵周期缩短，严重影响了正常生产[2，3]。

本文分析了弱碱三元复合驱垢样组成，对油井结垢因素进行剖析，设计了酸洗除垢剂，进行了现场应用研究，对于弱碱三元复合驱应用推广具有十分重要的意义。

1 实验部分

1.1 药剂和仪器

HCl、HClO4、HF、HNO3、乙二胺四乙酸、柠檬酸，均为化学纯，国药集团北京化学试剂公司生产；其它化学药剂为工业品。

电感耦合等离子发生光谱仪（Optima 2100DV，美国PE公司）；微波化学工作站（意大利Lab Tech）；X-射线粉末衍射仪（X’pert，荷兰帕纳克）。

1.2 垢样组成分析

将垢样洗除吸附油、干燥、粉碎后，一部分垢样采用混酸（HCl、HNO3、HClO4）进行微波消解，用电感耦合等离子发生光谱仪测定滤液中离子含量；一部分垢样用X-射线粉末衍射仪测定垢样中的晶体组成，确定垢的主要化学组成。

1.3 除垢剂配方筛选

根据垢样组成，确定除垢剂中含有氢氟酸、盐酸、有机酸、螯合分散剂、表面活性剂、缓蚀剂。模拟油井温度45℃，将一定量垢样浸泡于除垢剂中，时间为5h，将未溶解垢渣清洗干燥、称重，计算除垢率。采用腐蚀挂片的方法，测定除垢剂的除垢率，测试时间为24h。

1.4 除垢剂除垢工艺

选择处于卡泵或即将卡泵的抽油机作为除垢对象。根据抽油机井管深度计算出除垢剂用量，设计现场施工方案，具体施工步骤：

（1）首先对卡泵井的光杆进行上提，上提高度70cm；（2）关井，同时关来水闸阀；（3）管线试压15MPa，不喷不漏；（4）注入清水，将井筒内流体推入近井地带；（5）注入除垢剂后，再注入2～3方清水，将除垢剂压注到作用井段，关井反应24h；（6）开井，将除垢液返吐出来；（7）转入正常生产。

除垢工艺需要设备有罐车1台和泵车1台。除垢后，抽油机恢复正常工作，抽油机电流恢复至新泵状态70%以上，达到除垢效果。

2 结果与讨论

2.1 垢样组成及形成原因分析

弱碱三元复合驱垢样组成见表1。

表1 弱碱三元油井垢样组成（%）Tab.1 Components of weak ASP flooding

由表1可知，弱碱三元复合驱油井垢样主要组成为碳酸盐，碳酸盐含量75%以上，少量的有机物和硅酸盐。对采油井结垢情况和采出液组成对比分析发现，抽油机中心井比较容易发生结垢卡泵现象。采出液聚合物浓度在1000mg·L-1以上时容易发生卡泵，当聚合物溶液浓度在1800mg·L-1和碱浓度在800mg·L-1以上时，卡泵现象发生的频率加大。

从注入体系组成、储层流体和岩石组成，可以判断在油井举升系统以碳酸盐结垢为主，少量的硅酸盐垢，与油井垢样组成分析结果一致。

2.2 除垢剂优选

三元复合驱垢样含75%以上的碳酸盐和少量有机物和硅酸盐，因此，除垢剂以混酸为主。除垢剂中各组分及其作用：盐酸，溶解碳酸盐，肢解垢质；HF，清除硅酸盐垢和提高除垢剂的渗透性，提高除垢速度；有机酸，降低体系腐蚀性和酸溶效果；洗油性表活剂，将垢质内部及表面原油洗掉，利于除垢剂和无机垢接触反应，提高除垢效果和速度；渗透剂，提高除垢剂向垢质内部渗透速度，提高除垢速度；螯合分散剂，悬浮分散微小垢粒和稳定二次成垢离子；缓蚀剂，在井筒及井下工具表面形成保护膜，降低酸对设备的腐蚀。筛选的除垢剂配方见表2。

表2 水基除垢剂配方组成（%）Tab.2 Formula of water-based detergent

除垢剂以清水配制，室内实验除垢率大于95%，腐蚀率小于0.15g·（m2·h）-1。

2.3 现场试验

现场试验10口井，采出液中聚合物含量和碱的含量都有所降低，其中有8口井抽油杆滞现象得到缓解。而采出液中聚合物和碱含量较高的E64和E66两口井解卡未成功，对两口井泵体进行解剖，将垢样进行了分析。

图1 E66 垢样外观Fig.1 E66 deposit surface

从结垢物的外观看，主要为黑褐色泥状物或浅黄色亮片状物，有较大强度、不易剥离。结垢井的垢样主要成分为碳酸盐，其它组分主要为油、聚合物残片、腐蚀产物和泥砂等。

从解剖结果看，发现垢样已将抽子与泵筒之间隙堵塞，就无法形成过流通道，除垢剂无法到达垢样所在位置，所以除垢失败。因此，在后续除垢过程中，对于结垢卡死的井添加井口循环装置，采取井口循环，可以提高除垢剂对结垢严重部位的清除效果，对于预测结垢卡泵的井提前采取除垢作业，除垢效果理想。

3 结论

（1）弱碱三元复合驱油井垢样主要组成为碳酸盐，少量的硅酸盐和有机物。中心井结垢卡泵较严重，聚合物浓度超过1800mg·L-1和碱浓度超过800mg·L-1时，结垢卡泵现象频繁。

（2）除垢剂中主要组成为HCl、HF、有机酸、螯合分散剂、渗透剂、表活剂和缓蚀，除垢率大于95%，缓蚀率小于0.15g·（m2·h）-1。

（3）除垢剂矿场成功率较高。提高除垢剂与垢的充分接触，可以提高除垢效果。

［1］王玉普,程杰成.三元复合驱过程中的结垢特点和机采方式适应性［J］.大庆石油学院学报，2003，27（2）：20-22.

［2］郑焕军，高清河.喇嘛甸北东块三元复合驱储层驱替特征研究［J］.油田化学，2011,28（4）：440-445.

［3］姜民政.三元复合驱油井结垢分析及防垢剂研制［J］.石油化工腐蚀与防护,2003,2（3）:25-27.