高矿化度下油田硫酸钡结垢与阻垢研究

在油田生产过程中, 由于环境条件的变化以及注入水与地层水的不配伍, 在地层、井筒和管道中产生垢, 增加了开采成本, 影响了采收率。在油田结垢类型中, 以碳酸盐垢和硫酸盐垢最为常见, 其中碳酸盐垢易被酸化去除, 而硫酸盐垢溶解度很小。当储层中含有大量碳酸盐类或者硫酸盐矿物时, 随着开采的深入, 储层中矿物与地层水广泛接触, 加剧可溶性矿物溶解, 使地层水中的Ca2+, Mg2+, Ba2+, SO42-, HCO3-, CO32-等离子不断增加, 硬度随之增高。因此, 高矿化度下的硫酸钡结垢与阻垢成为主要研究对象。

一、各因素下硫酸钡结垢的实验研究

本文章的模拟水样中的硫酸根离子浓度、钡离子浓度及矿化度参考了某油田含较高硫酸根的注入水和高矿化度的含较高钡离子的地层水的区块的水分析结果。为了更加直接地观察实验结果, 其他离子直接以矿化度计算。模拟注入水和模拟地层水的配制方案

1. 注入水与地层水混合比对硫酸钡结垢影响实验的研究

改变模拟注入水与模拟地层水混合比, 实验温度55℃, 测硫酸钡结垢变化。混合比例为3:7时, 结垢量为1.193g/L;混合比例为8:2时, 结垢量为0.114g/L, 结垢量变化了1.079g/L。说明随比例的增加, 硫酸钡结垢量逐渐减少。

2. 温度对硫酸钡结垢实验的研究

注入水与地层水以3:7混合, 调节实验温度。温度为35℃时, 结垢量为1.253g/L;温度为75℃时, 结垢量1.147g/L。结垢量减少了0.106g/L。说明随温度的升高, 硫酸钡结垢量减少。

3. p H对硫酸钡结垢实验的研究

模拟注入水与模拟地层水以3:7混合, 在温度55℃时, 调节溶液p H。当p H值为10时, 结垢量为1.162g/L;当p H为6时, 结垢量为1.106g/L。结垢量下降了0.056g/L。说明随p H值的升高, 硫酸钡结垢量增加, 但增加幅度不大。

二、各因素下硫酸钡阻垢的实验研究

1. 阻垢剂的筛选实验研究

(1) 阻垢剂的热稳定性能评价研究

把这几种阻垢剂分别用蒸馏水配成1%的溶液, 在150℃恒温16小时条件进行耐高温实验。实验结果发现, 所选阻垢剂溶液透明, 无沉淀, 热稳定性良好。

(2) 阻垢剂的筛选及其性能评价研究

依据SY/T5673-93《油田用防垢剂性能评价方法》进行实验。在实验温度65℃时, 选择CD-1、YC02890、I号、II号、III号、TH、ZX等7种阻垢剂进行阻垢性能室内评价。

结果可见:在几种阻垢剂中, TH和ZX这两种阻垢剂具有良好的阻垢效果。其中ZX阻垢效果更好些, 加药量为80mg/L时, 阻垢率可达70%左右。

把TH和ZX这两种阻垢剂进行复配实验, 温度为65℃。实验结果表明, 同样加量都为80mg/L的情况下, 复配阻垢剂的效果要好于单一阻垢剂, 阻垢率为76.3%, 所以选用复配阻垢剂进行下面的实验。

2. 硫酸钡阻垢效果影响因素及其变化规律研究

(1) 阻垢剂浓度对硫酸钡阻垢效果影响实验研究

阻垢剂浓度对硫酸钡阻垢效果影响的室内静态实验研究中, 选择模拟注入水和模拟地层水结垢最严重比例3:7作为实验水样, 实验温度为65℃, 所加阻垢剂为TH:ZX=1:1复配阻垢剂, 阻垢剂加量分别为40mg/L、60mg/L、80mg/L、100mg/L和120mg/L。实验结果为, 当复配阻垢剂TH:ZX=1:1的浓度从40mg/L增加到120mg/L时, 阻垢率越来越高, 浓度为120mg/L时, 阻垢率达到最大值为83.6%。

(2) 温度对硫酸钡阻垢效果影响实验研究

选择模拟注入水和模拟地层水结垢最严重比例3:7作为阻垢剂效果实验水样, 选择35℃、45℃、55℃、65℃、75℃这5个温度点进行实验研究, 所加阻垢剂为TH:ZX=1:1复配阻垢剂, 加量分别为120mg/L。实验结果为, 当模拟注入水和模拟地层水按3:7混合, 即模拟注入水和模拟地层水结垢最严重的混合比例时, 阻垢剂为TH:ZX=1:1, 加量120mg/L, 阻垢率随着温度的升高而逐渐升高, 到65℃时达到最大, 为83.6%, 随后在75℃下降, 因为该阻垢剂在高温时活性下降。

(3) p H值对硫酸钡阻垢效果影响实验研究

选择模拟注入水和模拟地层水结垢最严重比例3:7作为p H值对硫酸钡阻垢剂效果实验水样, 实验温度为65℃, p H值分别为4、6、7、8、10时, 所加阻垢剂为TH:ZX=1:1复配阻垢剂, 阻垢剂加量为120mg/L。实验结果为, 当模拟注入水和模拟地层水按3:7混合, 即模拟注入水和模拟地层水结垢最严重的混合比例时, 阻垢剂为TH:ZX=1:1, 加量120mg/L, p H=7时, 阻垢率达到最大, 为84.6%;弱酸 (p H=6) 和弱碱 (p H=8) 的环境下阻垢率略有下降, 都在80%左右, 在偏酸和偏碱环境下, 阻垢率都比较低。

结论与建议

1.硫酸钡结垢实验中, 随着温度的升高, 硫酸钡结垢量减少, 这是因为硫酸钡的溶解度随温度的升高而减小;随着p H值的升高, 硫酸钡结垢量增加, 但增加幅度不大, 这是因为硫酸钡难溶于酸和碱的缘故。

2.硫酸钡的阻垢效果实验中, TH:ZX=1:1复配阻垢剂的阻垢效果良好, 可以用于油田中高矿化度环境下硫酸钡的阻垢处理。

3.TH:ZX=1:1复配阻垢剂的阻垢率随着温度的升高而逐渐升高, 但75℃时的阻垢率比65℃时的阻垢率有所下降, 说明该阻垢剂可能在高温下失去部分活性。以后的工作中, 需筛选出可以适应高温环境下的阻垢剂。

4.TH:ZX=1:1复配阻垢剂在中性水环境下的阻垢效果表现良好, 阻垢率达70%以上, 但偏强酸和偏强碱的环境下表现一般。

摘要：在油田高矿化度环境下, 硫酸钡结垢带来了严重危害, 高矿化度给硫酸钡垢的阻垢措施制造了阻力。参考某油田高矿化度环境配制了模拟水。硫酸钡结垢实验中, 随着温度的升高, 硫酸钡结垢量减少;随着pH值的升高, 硫酸钡结垢量增加, 但增加幅度不大。对几种硫酸钡垢的阻垢剂进行了室内筛选, 将其中较好的TX和ZX阻垢剂以1:1的比例进行复配。硫酸钡的阻垢效果实验中, TH:ZX复配阻垢剂加量120mg/L时, 阻垢率随着温度的升高而逐渐升高, 但75℃时的阻垢率比65℃时的阻垢率有所下降。复配阻垢剂TH:ZX在中性水环境中表现良好, 加量120mg/L时, 阻垢率在70%以上。

关键词：结垢,阻垢,高矿化度,硫酸钡