三元复合驱采油井套管化学除垢技术

王鸿萍

（大庆油田第一采油厂第四油矿 黑龙江大庆 163000）

三元复合驱采油井套管化学除垢技术

王鸿萍

（大庆油田第一采油厂第四油矿 黑龙江大庆 163000）

三元复合驱技术能够提高油田采收率，但由于驱替液中碱的作用，造成了采出井套管结垢，影响采出井正常生产，增产措施无法执行。针对结垢问题，大庆油田某采油厂Y区块通过开展采出井套管化学除垢技术研究，确定适合的套管除垢技术措施，保证增产措施的实施，提高三元复合驱采收效果。

三元复合驱；套管；采出井；化学除垢

1 引言

由于油田三元复合驱试验区块的油层矿物成分主要是砂岩并含少量的粘土矿物，试验区块注入的碱为强碱NaOH，NaOH与地层岩石矿物在一定条件下发生化学反应。溶解了岩层中的硅、铝化合物，碱溶解出来的硅离子以硅酸根的形式存在，当pH值发生变化时生成大量硅酸，在碱性条件下分子内通过缩合形成多聚硅酸，多聚硅酸进一步缩合成硅酸凝胶，由于温度、摩擦力等作用，凝胶脱水生成脱水凝胶（即硅胶），继续脱水最终生成无定型二氧化硅，晶体逐渐增大，最终生成坚硬的晶体二氧化硅，附着在碳酸盐垢表面，形成混合垢。

2 套管结垢井特征研究

大庆油田某采油厂Y区块通过油井检泵、套管井径测试和打印铅模等手段找出套管结垢特征，通过垢样化验了解垢质成份变化，经过分析得出垢的成因。

2.1 结垢部位

通过跟踪现场情况发现采出液流经的部位均存在一定程度的结垢现象，不仅杆管泵等井下工具存在结垢现象，套管结垢现象更为严重。在井径测试过程中，有15口井测试时遇阻，测得最小通径在Φ70mm以下。同时，井径测试结果显示套管内壁从射孔井段到井口，结垢程度逐渐减轻，自下而上，垢中硅酸盐含量减少，碳酸盐含量增加。

表1 1#井垢质分析

表2 2#井套管垢样检测数据

图1 井下结垢情况示意图

图2 井径测试曲线

2.2 垢质成分

跟踪垢样化验情况，初期以碳酸盐垢为主，随着采出液pH值上升，进入结垢中后期，碳酸盐垢含量逐渐减少，硅酸盐垢含量逐渐上升。

表3 1#区块垢样分析结果

图3 不同垢质成分垢样

3 化学除垢剂研究

3.1 除垢剂配方研制

除垢剂体为I型溶垢剂，室内通过除垢剂溶垢实验，以溶垢度为指标，对I型溶垢剂中各组分的浓度和配比进行优化。

实验方法：①分别配制50ml各组份含量不同的I型溶垢剂和II型溶垢剂；②用分析天平称取垢样，放入装有溶垢剂的试剂瓶中，准确记录溶解前垢样的质量m1；③将恒温水浴的温度设置在45℃，将试剂瓶封好后放入恒温水浴中，48h后观察垢样的溶解效果，并将未溶解的垢样取出，放入烘干箱中烘干，冷却至室温后用分析天平准确称取未溶解垢样的质量m2，计算溶垢度。

式中：溶垢度—单位g/50ml；

m1—溶解前垢样的质量，g；

m2—溶解后剩余垢样的质量，g；

V—溶垢剂体积，50ml。

I型溶垢剂由螯合剂、助溶剂、复合酸和碱性调节剂组成。

实验对螯合剂、助溶剂、复合酸和碱性调节剂的浓度及配比进行优化，确定I型溶垢剂的配方。

3.2 不同浓度螯合剂对溶垢效果的影响

螯合剂主要是通过螯合增溶作用和包络作用达到溶垢的目的。螯合作用是至少两种或两种以上的原子或基团与金属离子形成配位键，生成环状化合物。螯合剂可和无机盐垢中阳离子反应生成可溶性络合物和螯合物，使无机盐垢在水中溶解度增加。螯合剂不仅具有络合作用，一些螯合剂还具有分子结构内部的包络作用，以达到溶垢的目的。

分别配制浓度为5%、10%、12%、15%、20%的螯合剂溶液放入试剂瓶中，加入垢样，放入恒温水浴中，温度控制在45℃。48h后将垢样取出，放入烘干箱中烘干，冷却至室温后，观察溶垢效果，计算螯合剂的溶垢度。实验结果如下表所示。

表4 螯合剂浓度对溶垢效果的影响

由表4的结果可知，I型溶垢剂中螯合剂的浓度可以确定在10%-12%之间，继续增加螯合剂浓度对垢样的溶解效果没有的变化。

3.3 不同浓度助溶剂对溶垢效果的影响

助溶剂是含有胺基和羧基的螯合剂，可与金属离子起螯合反应，具有溶垢的作用，被广泛应用于以Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+盐为主要成分的难溶垢的化学处理。

在浓度为12%的螯合剂溶液中分别加入不同浓度的助溶剂，配制成混合溶液，加入垢样，在45℃恒温水浴中浸泡，48h后将垢样取出，放入烘干箱中烘干，冷却至室温后，观察溶垢效果并计算溶垢度。实验结果如下表所示。

表5 助溶剂的浓度对溶垢效果的影响

由表5可知，助溶剂与螯合剂复配后溶垢效果增强。随着助溶剂浓度的增加，溶垢度呈现先上升后逐渐趋于平缓的趋势。当助溶剂浓度为0.8%时，溶垢效果最好，48h以内溶垢度达到3.6g/50ml。因此，I型溶垢剂中助溶剂的浓度确定为0.8%。

3.4 溶垢率检测试验

室内用分析天平等质量称取四种不同部位的垢样各30g，分别放入装有100ml溶垢液体系的4个试剂瓶中，用分析天平准确称取溶解前垢样的质量，记录反应时间，观察反应现象，反应结束后称取未溶解垢样的质量，计算溶垢度。

表6 3#井垢样检测数据

从反应结果来看，该溶垢体系能够在48小时内将垢样全部溶解。

氯代正丁烷为无色液体，分析纯，沸点78.4℃，相对密度0.8875g/mL，不溶于水，能与醇、醚等互溶，分子式C4H9Cl，相对分子质量92.5g/mol。

4 套管化学除垢工艺研究

根据井径测试情况，将处理部位确定为泵以上50m，射孔底界以下15m油套环空间，施工时将光油管下到射孔井段以下15m处，利用泵车将除垢剂从油套环形空间注入，用清水顶替到目的井段，根据室内溶垢实验，考虑井下环境因素，将反应时间延长至72小时。

套管结垢井段顶界（按照历次施工的最浅下泵深度以上50m或井径测试已知的开始结垢点以上50m计算）至射孔井段以下15m的油套环空充满溶垢液，并附加10%的损耗，可按照下列公式来计算。

4.1 套管结垢井段油套环空的溶垢液需要量

D—套管内径，m

d—油管外径，m

H0—历次施工的最浅下泵深度，m

H—射孔井段底深，m

4.2 混配药剂

按照确定的现场应用溶垢液浓度、溶垢液总量计算出施工所需溶垢液原液用量，并提前作好准备。施工时，由作业施工队伍的水罐车装上稀释用的清水到作业现场实施药剂混配。

4.3 注药剂管柱

针对套管内径＞95mm的结垢井，采用Ф62mm单级注入管柱；针对套管内径在60mm～95mm之间的结垢井，采用Ф62mm+Ф38mm两级管柱组合。

单级管柱

图4 化学除垢工艺管柱示意图

4.4主要施工步骤

起出原井管柱；下入光油管冲砂；在井口安装好合适量程的油压和套压表，连接好洗井管线，对井口和油、套闸门试压，试压15MPa，井口各部件不渗漏，各个闸门开、关灵活好用；用水温70℃以上热水反洗井，水量24m3，返出的井液进干线；将I型和II型溶垢液分两批次从套管潜入到油套环形空间目的层段，各反应72小时后，用水泥泵车反潜入70℃热水48m3（或达到出口井液取样无明显垢质，并测试无酸性或碱性），排量15m3/h，出口进水罐车，将污水回收处理；再下入刮垢（套管刮削器）工具，清除套管的残余垢质；刮垢至井底后，用热水将井筒冲洗干净。

5 结论

（1）强碱三元复合驱井结垢主要是由于驱替液中的碱对地层的溶蚀作用，引起成垢离子析出，在环境变化时，生成垢质。

（2）随着三元复合驱工业化应用规模的不断扩大，套管结垢井越来越多，套管内径通畅是采出井增产措施实施和持续生产的前提，因此套管除垢技术显得尤为重要。采用化学除垢方式能够恢复套管内径。

（3）化学除垢工艺能够清除套管内壁的垢，但是还需要辅助与之相适应的机械刮垢工艺，进一步提高除垢效果。

[1]陈健斌．大庆油田三元复合驱结垢机理及防垢剂的研究[D]．北京：中国地质大学（北京），2013：29-30．

[2]朱义吾，赵作滋，巨全义等．油田开发中的结垢机理及其防治技术[M]．西安：陕西科技出版社，1995：95-101．

[3]侯吉瑞，刘中春，张淑芬等．碱对聚丙烯酞胺的分子形态及其流变性的影响[J]．物理化学学报，2003，19（3）：256-259．