注水开发油田结垢影响因素及防治方法研究

注水开发油田结垢影响因素及防治方法研究

田广平,孙万里,王承凤

长庆油田分公司第十二采油厂  甘肃省庆阳市

摘要：油田注水开发过程中经常发生结垢现象，不仅影响油田企业的正常生产，还带来一定的经济损失。因此，为了提高油田的生产效率，充分利用水资源，油田企业必须采取相应的防垢措施，为油田的正常生产打下一定的基础。本文主要对油田注水结垢及其防治方法进行了分析和研究。首先简要介绍了注水结垢的类型及原因，然后系统分析研究了结垢过程及影响因素，最后提出了一些防结垢措施。希望本文的分析和探索能为油田化学工作者提供一些参考。

关键词：油田，结垢，影响因素，防治方法

前言

注水开发作为维持地层压力、提高采收率的有效手段，在国内外得到了广泛的应用。然而，由于注水破坏了储层原有的平衡，各种储层损害问题也随之而来。油藏结垢是注水开发过程中常见的油藏损害类型。由于结垢发生在埋深大、地下分布广、理化条件复杂的油层中，结垢后很难进行大规模结垢，尤其是在除垢过程中，以免腐蚀管道，造成环境污染，损害油气资源，并综合考虑开发成本。因此，有必要对注水井腐蚀结垢问题进行研究，寻找经济有效的防治方法，通过现场实施达到保护结构的目的。

1注水结垢的类型

在注水过程中，注入水和地层水之间存在很大差异。注入水一般可分为两种类型：清洁水和污水。清洁水指地表水或地下水，后者指原油开采过程中产生的储层水。在注水生产过程中，油田需要消耗大量的水资源，但许多油田位于山区、沙漠、戈壁等水资源稀缺的地区。此外，《环境保护法》实施后，国家对环境保护的处罚日益增多。因此，绝大多数油田企业采用污水回注和净污水混注来提高水资源利用率。当回注水进入地下地层时，这些水将与地层水接触，注入水中的结垢离子将扩散到地层水中。此外，由于标度离子之间的相互作用，它很容易标度。地层水中存在一些结垢阴离子和阴离子。在油田开发过程中，地层中的压力、温度、pH等各种因素不断变化，在一定程度上打破了地层原有的化学平衡，改变了结垢组分在地层水中的溶解度。这些结垢成分将结晶并沉积结垢。

水溶液中的一些不溶性或微溶性盐离子会逐渐沉积到物体表面的致密硬垢中。一般来说，水垢的种类很多，但油田注入水垢的种类很少，主要包括四种：① 碳酸盐垢；② 硫酸盐垢；③ 铁素体鳞片；④ 氯化钠水垢等。一般来说，水垢的类型并不单一。它通常是一种混合组成。通过大量取样分析可知，油田注水垢基本上是由钡垢和钙垢组成的复合垢，其中钡垢最难去除；后者相对致密，可溶于盐酸，但酸洗方法容易对地层和仪器设备造成一定程度的腐蚀。

2结垢影响因素分析

2.1  二氧化碳的影响

当油田水中二氧化碳含量低于碳酸钙溶解平衡所须的含量时，油田水中出现碳酸钙沉淀，碳酸钙附载岩隙，管道和用水设备上，产生了结垢。反之，当油田水中二氧化碳含量超过碳酸钙溶解平衡所须的含量时，这时原有的碳酸钙会逐渐被溶解。所以，水中二氧化碳的含量对碳酸钙的溶解度有一定的影响。水中二氧化碳的含量与水面上气体中二氧化碳的分

压成正比。

2.2  温度的影响

温度是溶解碳酸钙在水中溶解度的另一个重要因素，绝大部分盐类在水中的溶解度都随温度升高而增大。但碳酸钙，硫酸概和硫酸锶等是反常溶解度的难溶盐类，在温度升高时反而会下降，即水温较高时就会结出更多的碳酸钙垢，因为温度升高，可以使碳酸钙在水中的溶解度减小，而提高二氧化碳压力，可以使碳酸钙在水中的溶解度增大，所以升高温度和压力对碳酸钙在水中的溶解度有着相反的作用。

2.3  pH值的影响

地下水或地面水一般均含有不同程度的碳酸，而水中三种形态的碳酸在平衡时的浓度比例取决于pH值。油田注入水成分通常十分复杂，性质也特殊。大多数油田水的pH值为5～9，属中性或弱碱或弱酸性。水质除了受其中的金属离子和溶解气体的影响外，还与悬浮物，细菌等有关。因而，油田水质分析很困难，长需要多次预处理。

2.4含盐量的影响

油田水中的溶解盐类对碳酸钙的溶解度有一定的影响。在含有氯化钠或除钙离子和碳酸根离子以外的其它溶解盐类的油田水中，当含盐量增加时，变相应的提高了水中的离子浓度。由于离子间的相互静电作用，使钙离子和碳酸根离子的活动性减弱，结果降低了这些离子在碳酸钙固体上的沉淀速度，溶解的速度占了优势，从而碳酸钙的溶解度增大。我们将这种现象称为溶解的盐效应。反之，油田水中的溶解盐类具有与碳酸钙相同的离子浓度时，由于同离子效应而降低了碳酸钙的溶解度。

3 防垢方法

在油田开发的过程中，结垢会导致地层的堵塞，不但会影响油田生产系统的热传递，而且会严重影响油田的产量。为了确保油田开发可以稳定进行，提高油田的采收率，油田企业必须采取有效的防垢措施，尽可能地减少因结垢而造成的经济损失。一般情况下，防垢主要从 2 方面考虑：①消除结垢原因；②阻止结垢过程。前者的主要方式为降低水的碱度、pH 值以及矿化度等，后者的主要方式为使各种类型的水之间匹配性更好，但是后者所需的资金投资大、工艺比较复杂、与实际情况相悖。

3.1控制物理条件

成垢离子浓度、PH、水中含盐量、力、温度以及管线形状、水的流动状态等条件都会影响油田结垢，控制和改善其中的一些条件就可能减小盐垢的析出程度，减少垢的形成，同时应该增加水的流速，输油管道内壁应该增加光滑程度并施以涂层。

3.2  除去成垢物质

一般的工业循环水，经过软化水的方法可以大幅度减少成垢离子，对于碳酸根离子及碳酸氢根离子，采用换热器、降低水的PH则可以使其变为二氧化碳气体，再采用真空法或气提法除去二氧化碳，可以有效的抑制碳酸钙垢的形成。

3.3  避免不相容的水的混合

不相容水指水混合后会产生不溶性的物质，所以声场过程中尽量避免不相容水混合可以有效减少垢的生成，对于可能引起结垢的套管损坏井的不同层位井水互窜的情况，应该使用隔水采油工艺。对于注入水与地层水不相容的情况，则应该选择优质的水。同时应将清水和污水分别注入，避免发生腐蚀与结垢问题。

3.4  使用防垢剂

目前油田控制结垢措施最常用的是防垢剂，这种方法方便快捷，容易实现，但是使用时需要合理的选择，目前主要的防垢剂有有机膦酸盐（脂）类、高分子聚合物及其衍生物、有机膦酸盐与聚羧酸盐复合类、有机膦羧酸等。兼具防垢、防蜡功能的固体防蜡块，使用时，将防垢块填装到一种自制的防垢工作筒中，下入井中，工作筒连接在筛管的上部、抽油泵的下部，当有液体流过的时候，防垢剂以及防蜡剂溶于水和油当中，有缓慢溶解、有效期时间长等特点。

3.5物理防垢

物理防垢是指利用一些物理方法来减少或抑制垢晶体的扩大，使其在水中扩散，而不是在金属表面进行不断沉积。目前，物理防垢法主要有 5 种：①超声波法；②磁化法；③电处理法；④辐射处理法；⑤催化处理法等。这种防垢法的主要优势是不会污染环境，但是能够作用到的范围非常有限。

4 结语

油田注水结垢会严重降低油田的采收率，相关从业者必须加大对油田注水结垢防治方面的研究力度，不断创新，深入研究更加高效、经济的新方法，尽可能地降低注水结垢对油田企业所造成的损失，为油田的顺利开采提供良好的保障。

参考文献：

[1] 沈克兵.油田回注水腐蚀结垢机理研究[J].石化技术.2021(03).163-164+158