酒东油田采出水回注结垢分析和阻垢剂筛选

李艳琦

中国石油玉门油田分公司钻采工程研究院，甘肃酒泉 735019

随着开采程度的不断加深，油田注入水开发是常用的开采方法[1]，注入水水源主要以污水、清水或二者混合的方式。同时因水源的不配伍性和外界环境(温度、压力、流速)的改变[2]，水中结垢离子析出、聚集，从而导致结垢[3-4]。酒东油田以K1g1油藏采出水与K1g3油藏采出水混合，经过处理后作为注入水水源。随着注水程度逐渐深入，注水系统和地层结垢较为严重，注水压力上升，地层吸水能力下降，严重影响了正常注水。酒东目前有13口注水井，2018年有6口井因结垢管堵停注，占总井数的46.1%。所以解决注水系统结垢问题至关重要。对酒东油田回注水结垢量和结垢机理进行研究，通过对阻垢剂聚天冬氨酸(PASP)、乙二胺四亚甲基磷酸钠(EDTMPS)、羟基乙叉二膦酸(ATMP)、二乙烯三胺五甲叉膦酸七钠(DTPMP·Na7)筛选，优选的阻垢剂能够抑制或减缓注水系统结垢对油田生产的影响，保障油水井正常生产。

1 实验部分

1.1 仪器及药品

电子天平(感量0.000 1 g)；控温烘箱；恒温水浴。

氯化钠、氯化钙、硫酸钠、氯化镁、碳酸氢钠、乙二胺四乙酸二钠(EDTA)、氢氧化钠、盐酸，均为分析纯，聚天冬氨酸(PASP)，乙二胺四亚甲基磷酸钠(EDTMPS)，羟基乙叉二膦酸(ATMP)，山东泰和水处理有限公司；二乙烯三胺五甲叉膦酸七钠(DTPMP·Na7)，山东鑫泰水处理有限公司。

1.2 分析方法

1)离子含量分析执行SY/T 5523—2016《油田水分析方法》。

2)水质分析执行SY/T 5329—2012《碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法》。

3)阻垢性能评价执行SY/T 5673—1993《油田用防垢剂性能评价方法》，采用静态阻垢法测定阻垢剂在不同加剂量对碳酸钙垢和硫酸钙垢的阻垢性能。

4)应用效果评价。先将混合水样和阻垢剂加入250 mL试剂瓶并混匀，在规定温度下，恒温24 h，测定结垢量。

2 结垢分析

2.1 注入水水源分析

取K1g1地层水和K1g3地层水进行分析，分析结果见表1。

表1 酒东油田注水水源分析

通过对水源的成分分析可知，酒东油田k1g1油藏地层水的Ca2+含量较高，k1g3油藏地层水中HCO3-和SO42-含量高，水源水型不同，含有大量的成垢离子，混合后有成垢的可能。

2.2 配伍性分析

酒东油田注水水源采用K1g1油藏地层水和K1g3油藏地层水的混合水，为确定2个油藏地层水的配伍性，将油藏地层水按不同体积比混合，在常压及30，50，70 ℃下测定48 h的结垢量，实验结果见表2。

表2 K1g1和K1g3油藏地层水混合后的结垢量 mg/L

由表2可见，在不同温度条件下2个油藏地层水的配伍性差，结垢量大，结垢类型主要是碳酸盐垢，有少量的硫酸盐垢。随着温度的升高，结垢量增加。随着K1g1油藏地层水的比例的增加，总结垢量、硫酸盐垢呈先增加后降低的趋势，当K1g1与K1g3体积比为8∶2时总结垢量最大。

2.3 酒东油田注水结垢机理

酒东油田矿化度高，主要成垢阳离子为钙离子，主要成垢阴离子为碳酸氢根离子和硫酸根离子，当成垢的阳离子与成垢的阴离子混合后，超过其溶度积时，就会产生沉淀。碳酸钙和硫酸钙结垢反应如下。

酒东油田2种注入水水源(K1g1油藏地层水和K1g3油藏地层水)因水型不同，含有大量的结垢离子，配伍性差，结垢量大，结垢类型为碳酸盐垢，且含有少量硫酸盐垢。同时在垢样形成过程中，包裹了少量的氯化钠形成包裹垢。

3 阻垢剂筛选

依据SY/T 5673—1993评价阻垢剂对碳酸钙垢和硫酸钙垢的阻垢性能，同时对所用酒东油田注入水进行适用性能评价。

3.1 阻垢剂的阻垢性能评价

依据SY/T 5673—1993标准分别测定了不同加量下阻垢剂对硫酸钙垢和碳酸钙垢的阻垢效果，结果见表3和表4。

表3 碳酸钙垢阻垢率

表4 硫酸钙垢阻垢率

由表3和表4可以得出，阻垢剂对碳酸钙阻垢性能较好，阻垢率均可达到85%，PASP阻垢效果最好，当加剂量为10 mg/L时，碳酸钙阻垢率达到96.2%，但随着加剂量的增加阻垢效果降低。阻垢剂加入量的增加，对硫酸钙垢的阻垢效果先增强后减弱的趋势，4种阻垢剂对硫酸钙垢的阻垢效果较差，阻垢率均小于85%。选取PASP、DTPMP·Na7、ATMP进行注入水使用效果评价。

3.2 酒东注入水的使用效果评价

2019年6月13日酒东联合站取注入水(处理后的采出水)，在50 ℃,48 h条件下进行阻垢剂使用效果评价，酒东油田注入水未加入阻垢剂的结垢量为824 mg/L，加入不同剂量的阻垢剂后酒东油田注入水的结垢量见表5。

表5 酒东油田注入水结垢量

由表5可以得出， PASP和DTPMP·Na7阻垢率可以达到85%，PASP的阻垢效果最好，加剂量为30 mg/L时，阻垢率为89%。

3.3 扫描电镜实验

加入PASP前后碳酸钙、硫酸钙的扫描电镜(SEM)图见图1～图4。

图1 未加阻垢剂碳酸钙的SEM图(放大1000倍)

图2 加30 mg/L PASP碳酸钙的SEM图(放大1000倍)

由图1和图2可以看出，未加任何碳酸钙阻垢剂时碳酸钙晶体是非常规则的正六面体结构，加了PASP之后，就形成了较疏松的棉絮状结构，说明PASP使得碳酸钙晶体发生了严重的畸变，从而阻止了碳酸钙垢的形成。

图3 未加阻垢剂硫酸钙的SEM图(放大200倍)

图4 加30 mg/LPASP硫酸钙的SEM图(放大50倍)

从图3和图4可以看出，未加阻垢剂的硫酸钙晶体为规整的针状晶体，而加了PASP之后，开始出现疏松晶体，说明在加了PASP后硫酸钙晶格发生了畸变，阻止了晶体的形成。

4 结论

1)酒东油田注入水矿化度高，含有大量的成垢离子。酒东油田结垢主要为碳酸钙垢。

2)PASP对酒东油田注入水的阻垢效果最好，加剂量为30 mg/L时阻垢率为89%。

3)扫描电镜实验结果表明，加入PASP后会造成碳酸钙、硫酸钙的晶格发生畸变，从而阻止了结垢。