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大慶頭臺油田油井結(jié)垢原因分析及防垢技術(shù)應(yīng)用

文檔作者：荊國林張艷利葉萍文檔來源：東北石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院石油與天然氣化工省高校重點實驗室		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年08月13日
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第37卷第4期
2016年8月
能源化工
E聊呦，Ckm姚2刪w￡形
VolI 37 No．4
Aug．，2016
大慶頭臺油田油井結(jié)垢原因分析及防垢技術(shù)應(yīng)用
荊國林，張艷利，葉萍
(東北石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院石油與天然氣化工省高校重點實驗室，黑龍江大慶163318)
摘要：隨著油田的深度開采，油井管壁的結(jié)垢問題日漸突出。針對頭臺油田的結(jié)垢現(xiàn)狀，選取了茂區(qū)
塊10口典型油井，通過電鏡能譜試驗和x一衍射試驗，分析出結(jié)垢樣品所含元素及晶體類型；同時結(jié)合化
學(xué)分析手段最終分析出結(jié)垢組分。通過對油井采出水成分進行分析，總結(jié)出結(jié)垢機理。最終得出結(jié)論：大
慶頭臺油田茂區(qū)主要結(jié)垢類型是碳酸鈣垢，其次是硫化亞鐵，結(jié)垢樣品中含水率較少，有機物含量低。結(jié)
垢的主要原因是注水中含有大量的結(jié)垢離子，同時在開采過程中溫度、壓力、pH值、溶解氧等因素的變化
導(dǎo)致碳酸鈣和鐵的化合物垢的形成。在試驗室進行了阻垢研究，采用ATMP阻垢劑，阻垢率達到98％。
關(guān)鍵詞：油井結(jié)垢碳酸鈣垢結(jié)垢機理阻垢劑
中圖分類號：TE358+．5 文獻標識碼：A 文章編號：2095—9834(2016)04—0089一04
Analysis of scaling causes in oil well in Daqing Oilfield and
application of scale preVention technology
朋VG G∞h，Z黝^臨地砘，yE只昭
(Provincial Key Labomtory of Oil＆Gas Chemical Technology，C01lege of Chemistry&amp;amp;
Chemical En百neering，Nonheast Petroleum University，Daqing 163318，China)
Abstract：Along with the deep exploitation of oil 6eld，the problems of oil well pipe wall scaling have become increasingly pmminent．
In view of the present situation of scaling of’routai o訂field，selecting tIle Mao block 10 typical weⅡs as ex鋤ples，tIle scaling
samples contained elements and crystal type are analyzed by electmn microscope energy spectmm and XRD test．The scale components
are also dete珊ined by chemical analysis．The scaling mechanism is summ撕zed by means of analyzing山e components of oil weU produced
water．The results show tIlat the main scaling type of Daqing 7I'outai oilfield Mao area is calcium carbonate scale，and in the second
place is iron monosumde．The scale sample has slight coment of water and organic compounds．The primary cause of scaling is that
the injecting water contents large qualltities of scaling ions，and the scale of calcium carbonate aIld iron compounds is fo珊ed due to the
chaIlges of temperature，pressure，pH value，dissolved oxygen in the exploitation pmcess．The scale inhibition study is carried out in
experiment，and the scale inhibition rate can reach up to 98％by using ATMP aLs scale inhibitor．
Kq7 words：oil well scale；caleium carbonate scale；scaling mechanism；scale inhibitor
油井結(jié)垢是制約油田生產(chǎn)的主要因素，不僅對
產(chǎn)層造成無機傷害降低產(chǎn)能，還使油井維護作業(yè)頻
次增加，造成原油生產(chǎn)成本上升¨J。根據(jù)大慶朝陽
溝油田2007年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，該地區(qū)結(jié)垢井700
多口，占總井?dāng)?shù)的30％以上，并且每年大約增加100
口結(jié)垢井；平均檢泵周期300余天，在所有檢泵井中
約有30％是由于結(jié)垢而導(dǎo)致的油水井檢泵舊J。大
慶杏六區(qū)東部塊自2009年進行三元復(fù)合驅(qū)采油后，
油井井筒及采油設(shè)備中都出現(xiàn)結(jié)垢問題，平均檢泵
周期縮短至180天”J。榆樹林油田的注采設(shè)備中均
有結(jié)垢問題，該區(qū)塊主要是碳酸鈣垢。研究表明，
結(jié)垢主要發(fā)生在井筒周圍4 m以內(nèi)，該區(qū)域的結(jié)垢
量占地層總結(jié)垢量的79．2％Hj。所以解決油井結(jié)
垢問題迫在眉睫。因頭臺油田油井出現(xiàn)了嚴重結(jié)
垢現(xiàn)象，所以對頭臺油田茂區(qū)塊采出水結(jié)垢趨勢和
垢樣組成成分進行分析，明確油井結(jié)垢的主要原
因，并研究相應(yīng)的技術(shù)措施。
收稿日期：2016—02—22。
作者簡介：荊國林(1969一)，男，遼寧建平人，博士，教授，主要從事
環(huán)境工程教學(xué)科研工作。E—mail：j91)【ueshu@yea}1．net。
+基金項目：東北石油大學(xué)培育基金項目資助(xN2014115)；東北
石油大學(xué)研究生創(chuàng)新科研項目資助(YJSCx2015一叭8NEPu)。
萬方數(shù)據(jù)
·90· 能源化工2016年第37卷第4期
1 油井結(jié)垢情況調(diào)查分析
1．1油井生產(chǎn)情況
近年來，由于含水上升，頭臺地區(qū)油井結(jié)垢越
來越嚴重。近期調(diào)查，頭臺油田茂區(qū)部分油井出現(xiàn)
結(jié)垢現(xiàn)象。表1是部分結(jié)垢嚴重井的生產(chǎn)情況。由
表1可見：結(jié)垢嚴重油井存在含水高的特點，表1中
10口油井平均含水質(zhì)量分數(shù)達到40％以上，其中
MJ8一S101號井含水率高達99．9％。
表1部分結(jié)垢嚴重井的生產(chǎn)情況
1．2油井管道結(jié)垢樣品分析
選取頭臺油田的油井垢樣進行分析，采用掃描電
鏡能譜、x一衍射光譜儀進行檢測。掃描電鏡能譜圖
可確定結(jié)垢樣品中所含元素(見圖1和表2)；xRD檢
測可判斷出結(jié)垢樣品中的物質(zhì)晶型(見圖2)。
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1l 12
能量／kr、
圖l M19卜143油井結(jié)垢樣能譜分析圖
表2 M19卜143油井結(jié)垢樣電子能譜元素分析結(jié)果
元素名稱質(zhì)量分數(shù)，％
C
0
Si
S
Ca
Fe
8．03
51．19
0．16
7．03
19．38
14．21
由圖1可見：結(jié)垢樣品中含有鈣元素、氧元素、
硫元素、鐵元素等。由表2可見：氧元素所占比例最
高，為51．19％；其次是鈣元素，為19．38％；鐵元素、
碳元素、硫元素的質(zhì)量分數(shù)分別為14．21％，8．03％，
7．03％；最少的是Si元素，為0．16％。
～ ‰j(：8097C0l
PDF#M168一S152
IJ』Jl
10 20 30 4() 50 60 70 80
2酬(。)
圖2 M168一S152油井結(jié)垢樣品x一衍射圖譜
由圖2可見：根據(jù)峰值PDF(05—0586)卡片比
對，2口角在29．505。、35．9430、39．257。、43．08。處
出現(xiàn)峰的都顯示為碳酸鈣，故油田垢樣主要由
cac03、MgC03的混合氧化物組成，主要以caCO，
為主。
同時對結(jié)垢樣品進行了化學(xué)分析，鈣鎂離子
的測定方法選用EDTA絡(luò)合滴定法，鐵離子采用
分光光度法測定。綜合化學(xué)分析和儀器分析的試
驗數(shù)據(jù)，最終得到結(jié)垢樣品的成分分析結(jié)果，見
表3。
表3結(jié)垢樣品質(zhì)量分析結(jié)果，．，。％
萬方數(shù)據(jù)
荊國林等大慶頭臺油田油井結(jié)垢原因分析及防垢技術(shù)應(yīng)用·9l·
由表3可見：碳酸鈣所占百分比最多，平均碳酸
鈣質(zhì)量分數(shù)高達61．27％，M193一s165號油井結(jié)垢
樣品中碳酸鈣的質(zhì)量分數(shù)高達82．62％。由此可知
結(jié)垢樣品中的主要成分是碳酸鈣，其次是硫化亞
鐵，三氧化二鐵含量較少，結(jié)垢樣品中含水率較少，
有機物含量低。
2結(jié)垢原因分析及措施研究
2．1采出水分析
根據(jù)中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標準SY／
T 5523—2006《油田水分析方法》，對采出水水樣進
行了分析，結(jié)果見表4。
表4采出水水樣分析
由表4可見：采出水pH值為8，呈堿性；水中含
有結(jié)垢離子Ca2+、M92+、CO，2、HcO，一等，還含有大量
的氯離子，質(zhì)量濃度達968．23 mg／L，說明采出水礦
化度較高。根據(jù)表4，可以對結(jié)垢趨勢進行預(yù)測。
結(jié)垢趨勢預(yù)測的方法主要采用飽和指數(shù)(田)法[5]。
公式如下：
5，=pH—pHs=pH一(K+pCa+pAlK)(1)
式中：S，二一結(jié)垢指數(shù)；
pH——系統(tǒng)中實際pH值；
pHs——系統(tǒng)中CaCO，達到飽和時的pH值； 卜修正系數(shù)，為含鹽量、水組成和溫度的
函數(shù)，由離子強度與水溫度關(guān)系曲線
查得；
pCa——Ca2+離子濃度的負對數(shù)；
pAlK——總堿度的負對數(shù)。
按照式(1)計算出飽和指數(shù)值s，。根據(jù)計算所
得肼值判斷結(jié)垢與否的標準是：研<0表示水中
CaCO，未達到飽和，因此不結(jié)垢；．s，=0表示處于結(jié)
垢溶解的動態(tài)平衡，流體器壁體系保持不結(jié)垢的穩(wěn)
定狀態(tài)；s，>0表示有結(jié)垢趨勢。研值越大，表示結(jié)
垢趨勢越強。由于該方法為一般經(jīng)驗式，方便簡
單，故應(yīng)用較為廣泛。
根據(jù)采出水分析數(shù)據(jù)，運用飽和指數(shù)(研)法預(yù)
測結(jié)垢趨勢，通過計算得出S，=4．41>0，說明采出水
有結(jié)垢趨勢，且結(jié)碳酸鈣垢的趨勢較大。
2．2從CO：分壓的角度分析
油井垢樣中的碳酸氫鈣和碳酸鈣存在可逆變
化，反應(yīng)平衡方程式如下。
Ca(HC03)2 F蘭cac03 l+C02 T+H20
由上述反應(yīng)式可見：當(dāng)cO：分壓增加時平衡反
應(yīng)式會向左自發(fā)進行，CaCO，逐漸溶解，生成可溶性
的鈣離子和碳酸氫根；當(dāng)cO：分壓降低時，平衡反應(yīng)
式會向右自發(fā)進行，生成難溶的CaCO，。這些碳酸
鈣附著在管道或設(shè)備表面，經(jīng)過長時間聚集沉降而
成垢。由此可見，油井中CO：分壓對碳酸鈣垢的生
成有直接影響。
由于管徑、溫度的變化導(dǎo)致壓力下降，在開采過
程中，油井井筒壓力變低，產(chǎn)生液脫氣，二氧化碳分壓
降低，使反應(yīng)平衡向右進行，從而引起油井井筒結(jié)垢。
2．3鐵化合物結(jié)垢原因分析
CO：溶解于水中，形成碳酸根，導(dǎo)致水體pH值
降低，這會導(dǎo)致管道易受到腐蝕。同時水體中可能
含有鐵細菌、硫酸鹽還原菌和硫細菌，促進了鐵的
化合物垢的形成。硫酸鹽還原菌可以附著在管道
表面，使水中的硫酸根氧化吸收氫離子，產(chǎn)生大量
的S一，從而導(dǎo)致了硫化亞鐵垢的形成。反應(yīng)方程式
如下。
4Fe+so；一+4H20—}Fes+3Fe(oH)2+20H一
如表3所示，油井垢中鐵的化合物質(zhì)量分數(shù)高
達37％，可見管道腐蝕也是導(dǎo)致結(jié)垢的原因之一。
萬方數(shù)據(jù)
·92· 能源化工2016年第37卷第4期
2．4防垢措施研究
鑒于大慶油田油井結(jié)垢類型，應(yīng)該采取投加高
效阻垢劑的方法，以此來控制油井結(jié)垢。針對油井
主要結(jié)碳酸鈣垢，選取了膦酸類阻垢劑、膦酸鹽類
阻垢劑及聚合物類阻垢劑進行研究。依照油田標
準Q／sY DQ 0830一2002《緩蝕防垢劑產(chǎn)品驗收和使
用效果檢驗指標及方法》進行試驗。試驗方法：在
250 mL錐形瓶中加入10 mL質(zhì)量濃度50 m∥L的
碳酸鈣溶液，再向錐形瓶中加入一定質(zhì)量濃度的阻
垢劑，最后加入190 mL堿度為2 500 mg／L(以碳酸
鈣計)的碳酸氫鈉溶液；搖勻錐形瓶并放人70℃的
烘箱中，24 h后取出冷卻至室溫；過濾，取濾液
10 mL放人新的錐形瓶中，用EDTA法測定濾液中剩
余鈣離子含量，從而計算阻垢劑的阻垢率。試驗結(jié)
果見表5。
表5阻垢劑與阻垢率的關(guān)系
阻垢劑名稱阻垢率，％
HEDP
HEDPNa．
HEDPNa。
HDTMPA
STrP
PAAS
ATMP
85．1
70．0
80．9
65．0
80．0
45．9
98．O
由表5可見：阻垢劑ATMP的阻垢效果最好，阻
垢率高達98％；其次是阻垢劑HEDP，阻垢率能達到
85．1％；阻垢劑HEDPNa4、HEDPNa2、HDTMPA和
SrrrP的阻垢效果也較好；PAAS阻垢劑的阻垢效果
較差，建議不采用。
3結(jié)論
1)對選取的結(jié)垢樣品進行化學(xué)分析和儀器分
析，結(jié)果表明結(jié)垢樣品中碳酸鈣含量高，其次是硫
化亞鐵、三氧化二鐵。油井結(jié)垢的主要類型是碳酸
鈣垢。
2)根據(jù)采出水的測定結(jié)果，預(yù)測油井結(jié)垢趨勢
是結(jié)碳酸鈣垢趨勢大。結(jié)垢的主要原因是水中含
成垢離子多，隨著采油過程溫度、壓力、pH值等各因
素改變，打破了碳酸鈣化學(xué)平衡，導(dǎo)致在井筒及地
面管線等多部位結(jié)垢；其次，pH值、腐蝕細菌導(dǎo)致鐵
的化合物垢生成，也是油井結(jié)垢的一個重要原因。
3)針對大慶頭臺油田油井結(jié)垢類型，選取投加
ATMP阻垢劑，藥劑使用量在20 mg／L時阻垢率高
達98％。
參考文獻
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SY／T 0600—2009[s]．北京：石油工業(yè)出版社，
2010 12．
-+“+-·●一”·+一一—·卜-——_卜一—■一一—·}-+
福建物構(gòu)所甲烷光催化氧化研究新進展
作為重要的燃料和化工原料，甲烷在人類的生產(chǎn)和生活中常常扮演著不可替代的角色，深刻地改善著人們的生活。不
過，未被充分利用的微量甲烷釋放到空氣中則會造成大氣污染以及溫室效應(yīng)，這一問題正成為環(huán)境學(xué)家和氣候?qū)W家關(guān)注的熱
點話題。由于甲烷分子具有高鍵能和非極性的特點，溫和條件下甲烷的高效氧化是極具挑戰(zhàn)的科學(xué)問題。
在科技部973計劃和國家自然科學(xué)基金等項目資助下，福建物構(gòu)所中科院功能納米結(jié)構(gòu)設(shè)計與組裝重點實驗室易志國研
究團隊采用光催化方法，利用氧化鋅極性半導(dǎo)體的內(nèi)嵌電場促進光生電子與空穴的分離，結(jié)合納米氧化鋅表面缺陷調(diào)控和納
米銀的等離子體共振效應(yīng)，實現(xiàn)了溫和條件下甲烷的高效氧化：紫外光(<400 nm)量子效率接近8％，可見光(～470 nm)量子
效率超過O．1％。所研發(fā)的催化材料不僅可在有氧條件下高效氧化甲烷等小分子碳氫，還可以實現(xiàn)甲烷的無氧轉(zhuǎn)化。借助紅
外和電子順磁共振等原位譜學(xué)表征手段，該團隊深入分析了甲烷催化氧化的過程并提出了一種基于兩步光氧化的反應(yīng)機制。
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