HS油田注水系统结垢趋势预测

刘丽丽，李 媛，刘克胜，于元英，欧阳诗昆，付文耀，李克华

（1.中石油长庆油田分公司第十二采油厂，甘肃 庆阳 745100；2.长江大学化学与环境工程学院，湖北 荆州 434023）

结垢是油田水质控制中遇到的最严重的问题之一[1]。油田注水过程中水垢会使管道过流面积减小，而且由于垢层表面粗糙不平，使得摩擦阻力增大，更为严重的是由于垢层的不均匀性，使得某些地方出现裸露的金属表面，产生局部腐蚀或者点蚀穿孔，使得管道损坏，给企业带来严重的经济损失。因此对油田注入水结垢的趋势进行预测研究显得尤为重要。本文针对HS油田注入水的结垢趋势进行预测，为现场防垢提供理论指导。

1 水样离子成分分析

参照石油行业标准《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》（SY/T 5529-94）和《油气田水分析方法》（SY/T 5523-2006）对水样中的离子成分进行分析，结果如表1所示。

从表1可以看出，水样中各种离子含量所占比重大致相同，即阳离子中，(Na++K+)含量最高，其次为 Mg2+、Ca2+。阴离子中，Cl-、SO42-的含量相对较高，其次为HCO3-，CO32-含量极少。成垢离子中Mg2+、Ca2+、SO42-和HCO3-含量相对较高，因此可能形成的垢物类型为CaCO3、CaSO4、MgCO3。但是，在相同的条件下碳酸镁的溶解度大于碳酸钙。因此，对于大多数含有碳酸镁同时也含有碳酸钙的水体来说，任何使溶解度变小的条件出现，首先会形成碳酸钙垢，除非影响溶解度减小的条件发生剧烈变化，否则不一定会形成CaCO3垢。故对水样中CaCO3和CaSO4结垢趋势进行预测。

表1 水样中的离子含量 /mg·L-1

2 结垢趋势预测

2.1 碳酸钙结垢趋势预测

2.1.1 碳酸钙结垢趋势预测方法

结垢预测的方法有许多，如Langlier饱和指数法、Davis-Stiff饱和指数法、Rynar稳定指数法、Larson指数法等。考虑到计算的难易程度以及参数的已知情况，选择Davis-Stiff饱和指数法和Rynar稳定指数法进行碳酸钙结垢趋势预测，这两种预测方法计算简单，试验结果准确，目前在油田得到了广泛的应用。

Davis-Stiff饱和指数法[2]是根据溶液中CaCO3的溶解平衡和H2CO3的弱电离平衡条件，预测水中CaCO3的结垢趋势，其计算公式为：

式中SI为饱和指数；pH为水样的pH值；K为修正系数，由不同温度时离子强度μ与修正系数K的关系图查得；pCa为Ca2+浓度（mol·L-1）的负对数；pAlK为总碱度（mol·L-1）的负对数。判断依据为：当SI＞0时，有结垢趋势；当SI=0时，为临界状态；当SI＜0时，无结垢趋势。

Rynar稳定指数法[3]是在饱和指数方法的基础上提出来的，计算公式为：

式中SAI为稳定指数。判断依据为：当SAI＜4.5时，严重结垢；当4.5＜SAI＜6.5时，结垢；当6.5＜SAI＜7.0时，处于稳定状态；当SAI＞7.0时，无结垢趋势。

2.1.2 碳酸钙结垢趋势预测结果

根据上述预测方法计算预测结果如表2所示。

表2 HS油田注水系统碳酸钙结垢趋势预测

2.2 硫酸钙结垢趋势预测

2.2.1 硫酸钙结垢趋势预测方法

目前硫酸钙结垢趋势主要按式（3）计算[4]：

式中S为硫酸钙结垢趋势预测值，单位为mmol·L-1；Ksp为溶度积常数，由水的离子强度和温度的关系曲线查得；X为Ca2+与SO42-的浓度差，单位为mol·L-1。判断依据为：当S＜C时，有结垢趋势；当S＞C时，无结垢趋势，其中C取Ca2+和SO42-浓

度的最小值。

2.2.2 硫酸钙结垢趋势预测结果

根据上述预测方法计算预测结果如表3所示。

表3 HS油田注水系统硫酸钙结垢趋势预测

3 结论

1）HS油田注入水结垢具有碳酸钙垢形成趋势，而无硫酸钙垢结垢倾向；

2）HS油田碳酸钙垢和硫酸钙垢的理论预测结果与油田实测情况基本一致，应用的Davis-Stiff饱和指数法与Ryznar温度指数法的预测结果一致，可以较为准确地预测油田的结垢情况。

[1] 唐灵，杨林，何健.油田注入水碳酸钙结垢预测研究[J].海洋石油，2009，29(1)：75-78.

[2] 高波，王勇，李冰，等.天外天气田结垢趋势预测[J].天然气勘探与开发，2009，32(1)：71-73.

[3] 汤倩倩，黄金营，付朝阳.中原油田油井结垢分析与预测[J].油气储运，2014，33(3)：327-331.

[4] 赵立翠，高旺来，赵莉，等.罗52区地层水与注入水水质分析及结垢趋势预测[J].石油化工应用，2013，32(3)：4-8.