三元復(fù)合驅(qū)油井結(jié)垢機(jī)理及防治措施.doc

三元復(fù)合驅(qū)油井結(jié)垢機(jī)理及防治措施 孫萬成 三元復(fù)合驅(qū)（簡稱“ASP”）技術(shù)是80年代中后期在國際上興起的新型高效驅(qū)油技術(shù)。二類油層開發(fā)三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)是油田高含水后期進(jìn)一步提高采收率的重要手段。但隨著三元復(fù)合驅(qū)礦場試驗不斷地深入，暴露出的油井結(jié)垢問題已成為該技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用的最大障礙，因此，研究三元復(fù)合驅(qū)油井結(jié)垢機(jī)理及防治措施是當(dāng)前非常迫切的任務(wù)之一。 三元復(fù)合驅(qū)驅(qū)油機(jī)理 三元復(fù)合驅(qū)是利用堿、表面活性劑和聚合物的溶液作為驅(qū)替液來提高油田采收率的種新型采油技術(shù)，它可以提高驅(qū)替液的黏度，增大波及效率，降低油水界面張力，在一定程度上提高驅(qū)油效率，使石油的采收率增大。 三元復(fù)合驅(qū)中的堿與原油中的有機(jī)酸反應(yīng)生成的烷烴鏈羧酸皂和環(huán)烷酸皂吸附在油水界面上，使油水界面張力降低，引起毛細(xì)管力阻滯作用降低，從而使被圈捕的原油參與流動。堿與加入的表面活性劑產(chǎn)生協(xié)同作用，增大界面活性。堿作為一種“鹽”迫使更多的表面活性劑分子進(jìn)入油一水界面，從而增加界面層中表面活性劑濃度，拓寬表面活性劑的活性范圍。堿與油水界面處存在的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、石蠟、卟啉中的有機(jī)極性物反應(yīng)，使得油水界面上的剛性膜破裂和有機(jī)物溶解，提高原油產(chǎn)量。堿與巖石表面的礦物產(chǎn)生離子交換，使巖石表面礦物組成發(fā)生變化，改善巖石顆粒表面電性，減少表面活性劑和聚合物在巖石表面上的吸附、滯留損失。堿的加入，促進(jìn)聚合物的水解，使ASP體系的濃度增大。 三元復(fù)合驅(qū)體系中表面活性劑的作用是作為驅(qū)油主劑降低油一水界面張力，使殘余油變?yōu)榭闪鲃佑?。它改變了巖石表面的潤濕性，使滯留在巖石孔道內(nèi)的油滴和水之間的作用力增加。巖石表面對原油吸附作用相對減小，增大水的洗油能力，同時對原油有增溶作用，還可使原油乳化，增加其流動性，達(dá)到混相驅(qū)油的效果。表面活性劑存在時，更有利于皂化反應(yīng)進(jìn)行，兩者的協(xié)同效應(yīng)促使界面張力進(jìn)一步降低，在離子強(qiáng)度和二價陽離子濃度高時起補(bǔ)償作用。拓寬體系的界面活性范圍和油水發(fā)生自發(fā)乳化的鹽含量（或pH值）范圍。 三元復(fù)合驅(qū)體系中的聚合物可以增加驅(qū)替水系的黏度，降低水的流度，從而大大降低水油流度比，以減緩指進(jìn)現(xiàn)象，改善油層橫向及微觀孔隙結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)情況，緩解竄流、繞流等現(xiàn)象。增加驅(qū)替水的波及面積，改善驅(qū)替水在油層間垂直方向的分配比，調(diào)整吸水剖面。增加低滲透層和正韻律沉積層內(nèi)上層部位的吸水能力。從而減緩水沿高滲透層竄進(jìn)的現(xiàn)象，改善驅(qū)替水的波及效率。 三元復(fù)合驅(qū)結(jié)垢機(jī)理 結(jié)垢機(jī)理分析 三元復(fù)合驅(qū)注入體系化學(xué)藥劑（主要是堿）注入地層后，一方面和地層中流體混合發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，另一方面與巖石礦物發(fā)生反應(yīng)，打破原流體和巖石礦物間的物理化學(xué)平衡狀態(tài)，使地下流體及巖石礦物發(fā)生變化，導(dǎo)致三元采出液中的硅離子濃度隨pH值的增加而增加，油井出現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)垢現(xiàn)象。 采出系統(tǒng)結(jié)垢主要是由溫度、壓力等熱力學(xué)條件改變引起的，垢的形成過程可簡單表示為：水溶液一過飽和狀態(tài)一結(jié)晶析出一結(jié)晶長大一結(jié)垢。對于垢的形成過程，溶液過飽和狀態(tài)、結(jié)晶的沉淀與溶解、與表面接觸時間等是關(guān)鍵因素，其中過飽和度是結(jié)垢的首要條件。 硅的化合物在堿性介質(zhì)中以膠體存在，膠體物質(zhì)的基本粒子是膠團(tuán)，膠團(tuán)在pH值下降或摩擦等條件下發(fā)生積聚、失水形成不可溶硅，即硅垢。硅垢可為碳酸鹽垢提供晶核，碳酸鹽垢可為硅酸鹽膠體積聚體提供著附表面，兩者有相互促進(jìn)作用，加速了結(jié)垢。 結(jié)垢原因 水中若含有雜質(zhì)，當(dāng)使用條件（如溫度、壓力、流速和熱傳遞等）合適時，與水接觸的油氣管道表面，地層喉道處就容易結(jié)垢。在地層壓力、溫度及鹽度合適的條件下，一些礦物（如CaS04，CaC03）溶解于水中而達(dá)到最大濃度，當(dāng)水通過地層并隨同油氣進(jìn)入井筒時，由于溫度和壓力下降，使其中所含的溶解固體的平衡條件發(fā)生變化，水溶解礦物的能力下降，形成過飽和現(xiàn)象，導(dǎo)致沉淀而生成水垢。在三元復(fù)合聚區(qū)中，地下的成垢成分發(fā)生了很大的變化，成垢成分的濃度和數(shù)量也大大增加，自然在井筒中結(jié)垢的程度也大幅增加。在油氣的伴生水中般含有C032-,HC032-Ca2+等致垢物，當(dāng)輸送溫度過高時，CaC03垢在油管中的形成將越來越多。 油井垢中的主要礦物成分為非晶質(zhì)二氧化硅、六方球狀方解石、普通方解石和硫酸鋇等，次要礦物為碎屑石英、碎屑長石、碎屑粘土顆粒和黃鐵礦等，另外還有少量微量礦物。 常用各種防垢、清垢方法 從結(jié)垢的過程看，防止的方法有兩大類：一是防止垢的形核；二是防止垢的長大。目前，常用的清防垢方法有三種：化學(xué)方法、物理方法和機(jī)械方法，其中化學(xué)方法應(yīng)用最為廣泛。 化學(xué)清垢、防垢 防垢劑品種繁多，有的是單一組分，有的是多組分復(fù)配而成。油田常用防垢劑可按分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，主要有無機(jī)磷酸鹽防垢劑、聚合物防垢劑、有機(jī)磷防垢劑。 在備類防垢劑中，含磷防垢劑占有很大比例，作為單劑應(yīng)用時，防垢效率較高；在復(fù)合配方的防垢劑中，它具有協(xié)同或增效作用。但是，含磷化合物對環(huán)境保護(hù)是一種威脅。隨著環(huán)保意識的增強(qiáng)，無磷或限磷的綠色防垢劑是今后的發(fā)展方向。 清除碳酸鹽垢的藥劑主要成分是鹽酸。主要反應(yīng)生成物CaCI，是水溶性的。因此，鹽酸能有效地清除碳酸鹽垢。用鹽酸除垢，由于鹽酸對金屬設(shè)備有嚴(yán)重的腐蝕性，因此要使用緩蝕劑。大多數(shù)情況下水中可能含有鐵離子，這部分鐵離子在地層中很容易轉(zhuǎn)化成沉淀物堵塞地層造成滲透率下降，因此要使用鐵離子穩(wěn)定劑防止鐵沉淀物生成。清除硫酸鈣垢的藥劑：常用25%NaOH浸泡除垢。反應(yīng)物Na2S04是水溶物，Ca（OH）2是疏松狀的物質(zhì)，可被液流分散帶走。 涂層防垢 金屬表面涂覆一層涂層后，由于涂層本身的性質(zhì)就可能防止垢的形成。如涂層是憎水型的，則水在涂層上面難以附著，垢就很難形成。一般在腐蝕產(chǎn)物上也容易形核，由于一般涂層能防止腐蝕，所以涂層也能防止由于腐蝕產(chǎn)生的垢。從目前的水平看，有機(jī)涂層中通過特殊設(shè)計，可以得到憎水性很好的涂層，所以防垢性能好，但在有桿泵的情形下，耐磨性能不足。而金屬涂層更耐磨損和耐高溫。 其它防垢措施 通過電磁場的處理，使碳酸鈣等晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使垢晶體不會附著于接觸物（管壁內(nèi)側(cè)）的表面，而是被水流帶走。已經(jīng)投入使用的物理方法有：磁性處理、超聲波防垢等。 經(jīng)過磁化處理的水滴內(nèi)水垢顆粒變得更小，而且在水滴表面很少，也就是說水垢顆粒懸浮在水中，與鋼鐵表面接觸機(jī)會少，在水流動狀態(tài)下水垢顆粒容易被水帶走。 超聲波防垢主要是利用超聲波強(qiáng)聲場處理流體，使流體中成垢物質(zhì)在超聲場作用下，物理形態(tài)和化學(xué)性能發(fā)生一系列變化，使之分散、粉碎、松散、松脫而不易附著管壁形成積垢。 電化學(xué)方法是讓垢離子帶有同性電荷，這樣垢很難聚集和沉積。 三元復(fù)合驅(qū)暴露出許多需要解決的技術(shù)問題，如分注工藝、結(jié)垢規(guī)律摸索、防垢劑的