井下挤注化学防垢技术研究

摘要

生产系统结垢是我国油田开发过程中普遍存在的问题，在注水开发中后期尤为突出，严重影响了油田的正常生产。采用化学防垢剂是防止结垢的有效方法。对于油井内防垢，可采用井口连续或间歇投放液体防垢剂、井下安置固体防垢块等方法，但这两种方法都不能防止近井地层结垢。本文以胜利油田生产系统的结垢工况为依托，研究了防垢剂井下挤注技术，以期将防垢剂一次性挤入近井地层，达到同时防止近井地层、井筒和地面管线结垢且长期有效的目的。 胜利纯梁油田樊41块和牛庄油田牛25-C砂体均为高温、高钙、低孔低渗油藏，进入注水开发阶段后，生产系统结垢问题日益突出，造成油井产量大幅度下降、酸洗和检泵作业频繁，严重影响了区块经济效益。因此，结合樊41块和牛25-C砂体的油藏特点及结垢现状，分析了其结垢机理及影响因素，并对结垢趋势进行了预测。结果分析表明：樊41块和牛25-C砂体垢型主要为碳酸盐垢；结垢部位包括地层、生产井近井带、生产井筒及地面管线；结垢是水质、热力学、结晶动力学等多种影响因素综合作用的结果。 针对樊41块和牛25-C砂体的主要结垢部位，通过碳酸钙结垢的静态实验和岩心流动实验，进一步从结晶动力学角度分析并确认了这些部位存在碳酸钙结垢的趋势。 根据目标区块结垢的具体情况及井下挤注法对化学防垢剂的要求，通过钙容忍度实验、配伍性实验、静态防垢率实验、防垢剂寿命实验、动态结垢诱导期实验和动态吸附-解吸实验，系统研究了国内外多种有机膦酸盐型防垢剂的防垢性能，优选出两种综合性能较好的防垢剂，用于樊41块和牛25-C砂体的井下挤注现场试验。 同时，鉴于聚合物型防垢剂具有低磷或无磷、对生态环境比较友好的优点，从国内外选取了11种无磷聚合物型防垢剂，并对其防垢性能进行系统研究，评价了其应用于井下挤注技术的可行性。通过实验优选出了一种综合性能较好的聚合物型防垢剂，能够满足目标油田防垢和较为严格的环保要求，可代替有机膦酸盐型防垢剂进行井下挤注防垢现场应用。 为了研究不同防垢剂之间的协同效应，分别选取了两种有机膦酸盐型防垢剂（SA13和HD-06）与两种聚合物型防垢剂（C和TH-613）进行了复配实验研究。结果分析表明：在复配防垢剂中，有机膦酸盐型防垢剂对防碳酸钙垢起主要作用，聚合物型防垢剂则对碳酸钙垢具有良好的分散作用，使其不易沉积：SA13与C复配后的效果最好，复配后比单剂作用时的结垢诱导期略有延长，且能够在一定程度上改善防垢剂的吸附-解吸性能，这表明SA13与C具有一定的协同效应，在总用量与单独使用SA13相同的条件下，可以达到减少有机膦酸盐的加量，降低污染的目的。 防垢剂在地层中的吸附-解吸特性对于井下挤注防垢寿命的长短至关重要，因此采用静态与动态相结合的方法，通过室内实验研究了防垢剂在地层中的吸附-解吸机理及其影响因素，为有针对性地延长挤注寿命提供理论指导。结果分析表明：防垢剂在石英砂与粘土表面主要通过氢键作用、静电作用和Ca2+架桥作用进行吸附，当防垢剂溶液的pH值较低时，以氢键及静电作用为主，当溶液的pH值较高时，以Ca2+架桥作用为主；Ca2+的存在、温度的升高、注入防垢剂溶液后保温静置一定时间、吸附介质中粘土的存在、驱替速度的减小及后置液用量的增大都有利于增强防垢剂的吸附性能，延长其挤注寿命。 防垢剂挤注寿命预测能够指导挤注方案的优化设计，为此在研究防垢剂吸附-解吸作用机理的基础上，通过向Langmuir吸附模型中分别引入影响因子及吸附速率常数，建立了能够体现防垢剂与H+相互影响的防垢剂和H+的平衡吸附与非平衡吸附经验模型；在此基础上，通过向常规传导扩散方程中引入影响防垢剂挤注寿命的吸附项，并根据现场实际情况添加初边界条件，建立了新的防垢剂挤注寿命预测模型，并编制了相应的预测软件。利用该模型对樊41块2口井的防垢剂返排浓度进行了预测，并与现场实测数据进行对比，验证了该模型具有较高的准确性，可应用于现场实际预测。 根据室内实验研究结果，针对纯梁油田樊41块和牛庄油田牛25-C砂体的结垢情况，应用优选出的两种有机膦酸盐型防垢剂，采用不同挤注方式对8口井进行了井下挤注化学防垢现场应用研究，取得了良好的防垢效果。施工最早的井有效期已超过2年，延长了检泵周期，减少了酸洗作业，提高了油田的综合经济效益，为相同类型油田的防垢工作提供了经验。

目录

文摘

英文文摘

声明

创新点摘要

第一章 前言

1.1选题意义及依据

1.2油田结垢理论

1.2.1油田结垢现场调研

1.2.2油田结垢机理

1.2.3油田结垢趋势预测

1.2.4结垢油层伤害

1.3结垢控制技术研究概况

1.3.1除垢技术

1.3.2防垢技术

1.3.3防垢剂研究概况

1.3.4防垢剂投放技术

1.4井下挤注化学防垢技术研究概况

1.4.1技术原理与工艺流程

1.4.2防垢剂挤注寿命与预测模型

1.4.3技术优势

1.4.4现场应用实例

1.5主要研究内容与技术关键

1.5.1主要研究内容

1.5.2技术关键

第二章胜利油田目标区块结垢机理分析及结垢趋势预测

2.1纯梁油田樊41块概况

2.1.1油藏特征

2.1.2开发历程

2.1.3结垢现状

2.2牛庄油田牛25-C砂体概况

2.2.1油藏特征

2.2.2开发历程

2.2.3结垢现状

2.3结垢机理分析

2.3.1水质分析

2.3.2离子平衡反应式

2.3.3结垢因素分析

2.4结垢趋势预测

2.4.1无机结垢趋势预测软件简介

2.4.2结垢趋势预测与分析

2.5本章小结

第三章结晶动力学实验研究

3.1实验方法研究

3.1.1实验仪器与试剂

3.1.2静态实验方法

3.1.3岩心流动实验方法

3.2实验结果与分析

3.2.1静态实验结果与分析

3.2.2岩心流动实验结果与分析

3.3本章小结

第四章 有机膦酸盐型防垢剂挤注技术实验研究

4.1实验方法研究

4.1.1实验仪器与试剂

4.1.2静态实验评价方法

4.1.3动态实验评价方法

4.2实验结果与分析

4.2.1静态实验结果与分析

4.2.2动态实验结果与分析

4.3本章小结

第五章聚合物型防垢剂挤注技术实验研究

5.1实验方法研究

5.1.1实验仪器与试剂

5.1.2实验评价方法

5.2实验结果与分析

5.2.1静态实验结果与分析

5.2.2动态实验结果与分析

5.3本章小结

第六章有机膦酸盐型与聚合物型防垢剂复配挤注技术实验研究

6.1实验方法研究

6.1.1实验仪器与试剂

6.1.2实验评价方法

6.2实验结果与分析

6.2.1静态实验结果与分析

6.2.2动态实验结果与分析

6.3本章小结

第七章防垢剂吸附-解吸机理实验研究

7.1实验方法研究

7.1.1实验仪器与试剂

7.1.2实验方法

7.2实验结果与分析

7.2.1配伍性实验结果与分析

7.2.2静态吸附性能实验结果与分析

7.2.3动态吸附-解吸性能实验结果与分析

7.3本章小结

第八章防垢剂挤注寿命预测模型的建立与软件的编制

8.1吸附模型的建立

8.1.1平衡吸附模型

8.1.2非平衡吸附模型

8.2防垢剂挤注寿命预测模型的建立

8.2.1物理模型描述

8.2.2数学模型的建立与求解

8.3防垢剂挤注寿命预测软件的编制

8.3.1软件设计

8.3.2软件描述

8.4模型的验证

8.5本章小结

第九章井下挤注化学防垢技术现场应用研究

9.1防垢剂井下挤注方案设计

9.1.1挤注工艺设计

9.1.2挤注参数设计

9.1.3挤注寿命监测方案设计

9.2现场应用及效果分析

9.2.1现场应用及防垢效果分析

9.2.2经济与社会效益分析

9.3本章小结

结论

参考文献

附录 附录A EDTA(用Na2H2Y表示)标准溶液的配制和标定

攻读博士学位期间取得的研究成果

致谢

作者简介