WS17-2油田注入水配伍性研究与防垢剂筛选

甘秀玉，黄晓霞，马玄，代凯，岳前升

(长江大学化学与环境工程学院，湖北 荆州 434023)



WS17-2油田注入水配伍性研究与防垢剂筛选

甘秀玉，黄晓霞，马玄，代凯，岳前升

(长江大学化学与环境工程学院，湖北 荆州 434023)

[摘要]注水开发目前是海上油田普遍采用的开发方式，注入水与地层水之间的配伍性直接影响注水和储层保护效果。在分析注入水和地层水成分基础上，采取结垢趋势预测和静态动态试验来评价海水和地层水之间的配伍性。结果表明，WS17-2油田流三段地层水和注入水离子含量相差较大，同时总矿化度均不高；海水自身以及和地层水之间在地层条件存在不配伍性现象，有碳酸钙垢生成，通过添加一定量的有机膦酸盐防垢剂可以有效阻止垢的生成。

[关键词]WS17-2油田；地层水；注入水；配伍性；防垢剂

WS17-2油田位于我国南海北部湾盆地，储层为流二段和流三段，岩性为中细砂岩，流二段储层以中孔、中高渗储层为主，流三段则以中低孔、低渗储层为主。该油田开发设计中以海水为注入水，注入水的配伍性对于注水开发油田非常重要。为此，笔者分析了该海域海水组成，预测了注入水与地层水结垢趋势，评价静态试验结果，通过岩心流动试验研究了注入水动态配伍性，在此基础上优选出了适宜防垢剂种类及加量。

1试验部分

1.1材料

EDTA(乙二胺四乙酸钠)、KOH(氢氧化钾)、钙-羧酸指示剂、氨水-氯化铵缓冲溶液、铬黑T、ATMP(氨基三甲叉膦酸)、EDTMP(四甲叉膦酸)、HEDP(羟基乙叉二膦酸)、HPMA(聚马来酸)、PBTCA(2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸)，化学试剂；流三段地层水，海水，WS17-2油田提供。

1.2方法

1)水质分析方法。离子组成采用ICP阳离子色谱仪和SY/T5523-2000《油气田水分析方法》[1]中相关规定测定，计算总矿化度和判别水型等。

2)结垢趋势预测方法。饱和指数法[2～4]是由Stiff和Davis提出预测油田水结垢情况的一种方法，按照SY/T0600-2009《油田水结垢趋势预测》[5]中的方法来计算不同混配比的饱和指数。

3)结垢静态评价方法。对海水与流三段地层水按一定比例做混配试验，配伍性试验[6]是在模拟某个温度下以不同的体积比进行混合后的结垢情况，观察混合后溶液的结垢现象，滴定结垢离子浓度的变化来确定混输的配伍性。通过测定溶液恒温前后Ca2+、Mg2+浓度的变化，来表观不同混配比结垢程度。

4)注入水与岩心配伍性动态评价。室内采用岩心流动装置[7]，来模拟现场注海水过程中结垢程度对储层渗透率的影响，测定海水不断注入过程中，不同注入量PV数与岩样渗透率Kr的关系。

5)防垢剂防垢性能评价方法。防垢剂防垢性能的评价及筛选是由实验室的试验来确定的。防垢剂防垢性能评价参照石油天然气行业标准《油田用防垢剂性能评价方法》(SY/T5673-93)[8]，采用成垢离子测定法。

2结果与分析

2.1水质化学组成

WS17-2油田流三段地层水海水数据分析表如表1所示。从表1可以看到，流三段地层水与海水离子含量相差较大，同时总矿化度均不高：流三段地层水总矿化度为8681.5mg/L，水型为NaHCO3型，海水总矿化度为34691mg/L，水型为MgCl2型。由成垢离子的质量浓度可以看出主要结垢离子为钙镁离子和硫酸根与碳酸氢根离子，2种水均偏碱性。

表1　WS17-2油田流三段地层水海水数据分析表

2.2海水与地层水结垢趋势

根据水样的离子组成，预测出可能会产生碳酸钙和硫酸钙沉淀，表2列出了注入水和地层水按不同比例混配后的饱和指数值。由表2可知，硫酸钙垢的饱和指数SI均小于0，碳酸钙垢的饱和指数SI大于0，因此说明混配后会有碳酸钙垢生成(饱和指数法预测的是当SI<0，溶液未饱和，表示不结垢；SI>0，表示结垢)。

表2　海水与地层水以不同比例混配下的结垢饱和指数

2.3静态配伍性试验

将海水与地层水按0∶1、1∶4、2∶3、1∶1、3∶2、4∶1、1∶0模拟地层温度80℃恒温12h进行配伍性试验，参照石油天然气行业标准《油气田水分析方法》中EDTA络合来滴定溶液中钙镁离子的含量。混合后进行了室内模拟考察，结果见表3。

表3　WZ10-3流三段地层水与海水不同比例混合后的结垢程度研究(80℃)

从表3的数据可以看出，海水与地层水本身就存在结垢趋势，以不同的比例混配后，溶液变微浊，钙、镁含量都有一定的损失，说明了不同比例的注入水与地层水混合后存在结垢现象。因此，从储层保护的角度出发，可考虑添加适量的防垢剂，以抑制注入水与地层水混配时的结垢现象。

图1　海水不同驱替体积下岩心渗透率保留值

2.4动态配伍性试验

结合静态配伍性试验和现场注水的情况，模拟地层条件，选取结垢量最大的一组，即V地层水：V海水=4∶1，在混配水的注入过程中进行动态试验，了解对储存渗透率的损害程度[9～10]。由图1可知，随着注入PV数增大，岩心渗透率呈降低趋势，注入50PV时，渗透率保留值为85%，渗透率降低原因是混配水出现结垢现象，生成的垢堵塞岩心孔隙，造成渗透率下降。因此，注水作业中应加入防垢剂，抑制垢生成。

2.5防垢剂试验

当流三段地层水与注入水比例为4∶1时，钙镁损失量最大，通过评价5种防垢剂下钙镁的损失率来进行阻垢试验(试验条件为80℃恒温水浴12h)，结果见表4。

表4　不同防垢剂在不同一浓度下的防垢率

由表4可知，5种防垢剂对于混配后的水样都起到了一定的阻垢作用，其中EDTMP、HEDP、PBTCA的防垢效果较好，防垢率均能到80%以上。综合考虑垢的化学组成、结垢的严重程度、温度对结垢的影响以及防垢剂与其他化学剂的配伍性、经济成本等因素，优选出防垢剂EDTMP，最佳加量为15mg/L，防垢率可达93.61%，是一种性能优良的防垢剂。

图2　加有防垢剂的海水不同驱替体积下岩心渗透率保留值

岩心用地层水饱和后，加入15mg/L防垢剂EDTMP后的注入海水对岩心渗透率的影响见图2，当累计注入海水至100PV时，岩心渗透率保留值在90%以上，说明防垢效果比较明显。

3结论

1)WS17-2油田流三段地层水为NaHCO3型，注入水为MgCl2型，2种水质离子含量相差较大，同时总矿化度均不高。通过计算可知，地层水和注入水混合后产生碳酸钙垢，无硫酸钙垢。

2)流三段与注入水配伍性不好，钙镁含量损失较大，岩样渗透率随注入空隙体积倍数的增加而下降，是因为注入水和地层水产生无机垢使岩心渗透率下降。

3)结合试验评价，加入防垢剂EDTMP能有效的阻垢，避免了碳酸钙垢对于储存造成的伤害，效果显著，满足现场使用要求。

[参考文献]

[1]SY/T5523-2000，油气田水分析方法[S].

[2]段黎明，郭艳萍，闫凤平. 碳酸钙结垢预测方法及应用效果对比[J]. 辽宁化工，2011(5):511～514.

[3]吴新民，付伟，白海涛，等. 姬塬油田注入水与地层水配伍性研究[J]. 油田化学，2012(1):33～37.

[4]王骏骐，史长平，史付平，等. 注入水配伍性静态试验评价方法研究——以中原油田文三污水处理站处理水配伍性评价为例[J]. 石油天然气学报(江汉石油学院学报)，2010(4):135～139.

[5]SY/T0600-2009，油田水结垢趋势预测[S].

[6]高玉格，李国文，薛军民. 延长油田两区块注入水与地层水的配伍性[J]. 油气田地面工程，2010(5):80～81.

[7]赵立翠，高旺来，赵莉，等.低渗透油田注入水配伍性实验方法研究[J].石油化工应用，2013(1):6～10.

[8]SY/T5673-93，油田用防垢剂性能评价方法[S].

[9]余焱冰，高建崇，孟祥海，等. SZ36-1油田注入水与储层配伍性实验研究[J]. 工业水处理，2012(10):68～71.

[10]刘美遥，李海涛，谢崇文，等. JX1-1油田沙河街储层注入水与储层配伍性研究[J]. 石油与天然气化工，2015(2):86～90.

[编辑]洪云飞

[文献标志码]A

[文章编号]1673-1409(2016)10-0027-03

[中图分类号]TE357.6

[作者简介]甘秀玉(1993-)，女，硕士生，现主要从事油田化学方面的研究工作；通信作者：岳前升，358207446@qq.com。

[基金项目]中海油研究总院ODP项目(2015RCPS0173PSN)。

[收稿日期]2015-12-26

[引著格式]甘秀玉，黄晓霞，马玄，等.WS17-2油田注入水配伍性研究与防垢剂筛选[J].长江大学学报(自科版)，2016,13(10)：27～29.