弱碱驱防碳酸钙镁垢 简介

弱碱三元复合驱防碳酸钙镁垢

汇报人：杨腾飞汇报内容框架1、大庆油田地层水环境概况。2、强碱三元复合驱与弱碱三元复合驱的区别，以及由此而得二者成垢的区别。3、清防垢的措施。针对弱碱驱中最主要的碳酸垢，主要介绍防垢剂的作用机理、分类及适用环境，然后介绍了油田生产应用中的具体防垢处理工艺。一、大庆油田地层水环境大庆地层水总的特点是属于中低矿化度的NaHCO3水型，主要离子组合特征是Cl->Na+>HCO3->CO32->SO42->Ca2+>Mg2+，地层水矿化度在7000mg/L左右。其中HCO3-平均含量为1429.93mg/L，CO32-平均含量为236.10mg/L，Ca2+含量一般均大于Mg2+的含量，平均值为156.05mg/L，Mg2+平均含量为19.73mg/L。地层温度在45℃左右，pH值在7~10.1之间变化。相对我国其它油田来说，大庆油田地层水整体矿化度不高，温度适中，Ca2+、Mg2+含量也不大，这也为防碳酸钙镁垢创造了有利的客观条件。二、弱碱三元复合驱碱驱的基本原理：碱与石油酸反应产生的表面活性剂与注入的表面活性剂有协同效应，并在整个驱油过程中对表面活性剂与聚合物起到辅助增强的作用。强碱三元复合驱中使用的是NaOH，弱碱三元复合驱使用的是Na2CO3。在大庆油田中区西部、小井距南井组、北三西等地是弱碱三元复合驱，其余都是强碱三元复合驱。由于大庆原油中环烷酸含量很低，强碱驱与弱碱驱在产生石油皂上相差不大。试验中也发现：弱碱三元复合驱可以比水驱提高采收率20％以上，与强碱三元复合驱相当，在乳化能力上不比强碱三元复合驱差，且在注采能力、采油速度上甚至要都高于强碱三元复合驱，最主要的特点是腐蚀性和结垢程度要远远弱于强碱三元复合驱。(1)强碱三元复合驱的结垢强碱三元复合驱中结垢主要出现在油层与采出井，结垢主要表现为硅垢。强碱可与黏土矿物中的伊利石、高岭土等发生反应结垢，在孔喉处形成堵塞引起渗透率下降，其碱耗主要来自于表面离子交换、氢氧化物的沉淀、碳酸盐沉淀、硅酸盐沉淀以及新矿物的形成等。与黏土矿物相比，石英、长石与强碱的反应程度较小。在强碱复合驱的不同阶段结垢现象不同，初期主要形成钙垢，中后期则主要形成硅垢。硅与碱的反应慢，硅垢形成慢，后形成的硅垢覆盖在钙垢的表面形成混合垢。由于硅垢总是附着在碳酸钙垢上，我们可以认为碳酸钙垢的形成是强碱三元复合驱成垢的控制步骤。强碱驱的结垢，示意方程：1碳酸垢：Na++岩石→Ca2++Mg2+；

OH-+HCO3-→CO32-+H2O；

Ca2++Mg2++CO32-→CaCO3+MgCO3。2硅酸垢：OH-+岩石→AlO2-+SiO32-；

SiO32-+Ca2++Mg2+→CaSiO3+MgSiO3

；SiO32-水解→H4SiO4缩合→

SiO2。强碱驱不仅在油层结垢严重，在油井也有相当程度的结垢。分析认为应该是随着驱油剂从注入井经地层至采出井，流体压力逐渐降低，CO2分压降低，使得平衡Ca(HCO3)2→CaCO3↓+H2O+CO2↑右移，钙垢的晶核又进一步析出，随后在采出井及集输系统中成垢。(2)弱碱三元复合驱的结垢弱碱三元复合驱结垢主要发生在注入系统和油层，主要为碳酸盐垢。在45℃、碱度0.8%条件下单碱体系8h可与Ca2+、Mg2+达到平衡，即形成碳酸垢，而三元体系需48h达平衡。单碱体系成垢颗粒较小，成垢速度较快，聚合物体系成垢及三元体系成垢速度较慢、垢较松散、颗粒度较大，且表活剂、聚合物均有减缓体系结垢速度的作用。弱碱驱中同样会产生硅垢，但由于碱度较低对地层硅铝酸盐的溶蚀作用弱，且成垢主要形式也是附着在碳酸垢上成为混合垢，不占主导地位。弱碱驱替液中富含大量的CO32-，与含一定硬度的注入水，以及富含Ca2+、Mg2+的地层水相遇，极易形成碳酸钙镁垢。因此弱碱三元复合驱的防垢，也就是指防碳酸钙镁垢。1、注入系统的碳酸钙镁成垢弱碱三元体系结垢主要集中在精滤器到注入井井口，注入泵环节的结垢，不但结垢量大而且严重影响生产。这是因为在注入系统中，配制用水中含有较高的钙离子，由于弱碱三元体系中Na2CO3的引入，造成CO32-和HCO3-的增加，在搅拌、振荡以及温度升高的情况下有利于CO2释放，使CaCO3

沉淀的可能性增加。沉积平衡式向右移动，CaCO3不断析出沉淀，这就是试验现场的注入系统生成CaCO3垢的主要原因：Ca2++CO32-→CaCO3↓，

Ca2++2HCO3-→CaCO3↓+CO2↑+H2O。图弱碱三元注入系统简易流程在配制碱液的过程中，体系中的成垢阳离子基本转化为固体微粒，大部分在配制及熟化过程中沉积，少部分悬浮在碱液中进入注入体系。针对配制用水中钙镁离子含量高的问题，应着力降低注入水的硬度，并在配制驱替液前，在配制水中加入一定量的阻垢剂，防止三元复合液刚配制时就成垢。2、油层内结垢与采油井的结垢大庆油田北三区西部试验区在试验时发现：

弱碱三元复合驱实施后注入压力快速升高、注入量逐渐下降。在复合驱中后期，注入压力已接近地层岩石破裂压力14MPa。由于地层吸液能力逐渐下降，注入压力升高幅度又受到地层破裂压力的限制，注入液量持续下降。这在很大程度上是因为高渗透层内化学剂滞留量和垢量不断增加，造成油层堵塞。地层水中Ca2+、Mg2+总量较大，需要足够量的阻垢剂才能起到效果，在注水井要周期性地加入，才能防止弱碱驱大量引入地层的CO32-与Ca2+、Mg2+等成垢堵塞地层，降低地层渗透率，进而影响采收率。与强碱驱相比，弱碱驱在采出井结垢较轻，更容易控制。三、清防垢的措施常见有化学法防垢与物理法防垢。化学法防垢是阻止无机盐在溶液和流体通道壁上结晶沉淀，主要手段一是采用阻垢、分散剂。而物理法防垢是阻止无机盐沉积于系统壁上，允许无机盐在溶液中形成晶核甚至结晶，但要求这种结晶悬浮于溶液中不粘附于系统的器壁，常见的如超声波防垢、磁防垢技术、变频共振防垢等。这里主要介绍化学防垢。（1）防垢剂防垢剂作用机理：螯合增溶作用，如聚膦酸盐；凝聚与分散作用，如聚羧酸盐类聚合物阻垢剂；静电斥力作用，如聚羧酸阻垢剂；晶体畸变作用，有机膦酸类等。有机磷酸类防垢剂包括：甲叉膦酸型化合物，包括氨基三甲叉膦酸(ATMP)、甲氨基二甲叉膦酸(MADMP)、乙二胺四甲叉膦酸(EDTMP)等。有机膦酸类防垢剂有“溶限效应”，即利用很少量的抑制剂就可以防止大量沉积物从溶液中析出的能力。当抑制剂的浓度较低时，阻垢率较低，当抑制剂的浓度达到一个临界浓度时，该抑制剂的阻垢率发生突跃，达到一个很高的水平，再继续增加抑制剂的浓度，阻垢率逐渐趋于平稳。聚合物类防垢剂主要包括：均聚羧酸，如聚丙烯酸（PAA）；二元共聚物，如丙烯酸/丙烯酸甲酯共聚物(AA/MA)；带强极性基团的多元共聚物，如丙烯酸/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙基磺酸（AA/AMPS）；含磷聚合物，如膦酰基羧酸（POCA）；可降解聚合物类，如聚天冬氨酸（PASP）。有机膦酸类防垢剂钙容忍度较低，一般在100mg/L，高钙浓度下会与钙镁沉淀，降低防垢剂效果，而聚合物类防垢剂钙容忍度一般在300mg/L以上，当引入酯基及磺酸根后钙容忍度可高于1000mg/L。有机膦酸防垢剂在90℃以下的温度使用基本不影响防垢效果，而聚合物类防垢剂则更容易氧化降解，一般使用温度不超过70℃。对于碳酸钙镁防垢剂，油田上应用较广的是，将有机膦系列的防垢剂与聚合物防垢剂复配使用，以更好地适应不同的地层环境。防垢剂对三元复合驱替液的性能影响三元复合驱替液总重要的驱油性质就是，降低界面张力与增加驱油剂粘度。右图为在三元复合驱替液中分别加入防垢剂DZ-4、

HE-7和HE-8,加量50mg/L条件下可见，加入防垢剂后，驱油剂达到超低界面张力值所需的时间略有延长,但对所达到的超低界面张力值影响很小。上图是考察了各种防垢剂及其二元复配物对三元复合驱替液粘度的影响，可见不同的阻垢剂及不同用量的影响有所不同,但影响程度特别是负面影响程度不大,驱替液粘度变化不大。通过加入的防垢剂对三元复合驱降低界面张力及增粘作用的影响，可以看到对驱油剂的驱油性质无明显负面作用。因此可以认为各主要类型的阻垢剂可用于三元复合驱替液的防垢。(2)阻垢剂现场应用与添加工艺根据结垢类型和结垢主要位置，为达到最佳防垢效果，可选用不同的防垢剂投放技术。对于地面集输系统结垢，可在计量(转油)站、各井末站管汇处投加防垢剂；对于井下泵和油管结垢，可在环空加药，井口连续注入或下固体防垢块。以上两种防垢技术的共同不足之处在于只能防治井筒与油管设备上的结垢，对于井下及近井地层结垢，可采用井下防垢剂挤注技术。1、从注水站投加防垢剂消除注入水与地层水水质的不相容性，是防止注水地层结垢的根本措施，但限于油田地理环境与水处理工艺、成本，目前尚无法做到，因而从注水站投加防垢剂就是防止地层结垢的一项重要措施。孙文光在大庆油田喇六注水站进行混注防垢工业性试验，使用含油污水与红卫水源水混注（含油污水量占30~70%），其中试验水量为10520立方/日，Ca2+含量约为32.07mg/L，Mg2+含量约为13.38mg/L，每日投加防垢剂氨基三甲叉嶙酸(ATMP工业品每公斤6元计)45公斤（加量4~5mg/L），一年花费9.86万元（处理每方水约0.03元），防垢率在80%以上，处理后注水泵运行4000小时以上无结垢。考虑到弱碱驱条件下驱替液中过量的的CO32-还会与地层中的Ca2+、Mg2+反应成垢，因此在地面注水系统中加入防垢剂时，其剂量不仅要满足在注入系统和水井不结垢，还应考虑到防止地层内结垢。2、井内加液体防垢剂或固体阻垢剂对于油井井筒发生结垢的井，可采用在井筒滴加(或泵入)液体防垢剂，或在油井底部加入固体缓释型防垢剂。连续注入液体防垢剂，对泵的要求较高，且操作与计量复杂，占用较多的人力、物力，应用范围受限。相比于液体防垢剂，固体防垢剂具有运输储存方便、可在井筒中缓慢释放、有效期长等优点，应用前景相对更广。固体防垢剂防垢是将固体防垢剂放入工作筒中，工作筒连接在油泵下部、筛管的上部，液体通过防块时，防垢剂溶于液体中，起到防垢作用。根据药剂具有在油水中均可释放的特性要求、根据释放量必须满足采出液对药剂浓度要求，采用防垢主剂，选择合适载体（如PE、PVC等），制成固体缓释型防垢剂，并建立药剂释放量的检测方法与实施工艺。3、挤注法处理技术挤注法处理技术多数用于对油井的深度防垢处理。其基本原理是将防垢剂挤进井筒周围一定范围的地层内，防垢剂通过吸附作用和络合沉淀反应滞留于多孔介质中，开井生产后通过解吸缓慢释放于产出水中，起到长效防垢的作用。与酸洗相比，井下挤注技术可防止井筒附近2~5m内的地层结垢，处理半径显著增大；且防垢剂的有效浓度很低，避免了酸洗液造成的环境污染，有利于污水处理；此外酸洗容易造成管线和设备腐蚀，而井下挤注技术不存在这个问题较完整的挤注工艺过程是：(表面活性剂洗井)→挤前置液→挤防垢剂→(挤清垢剂)→挤后置液→关井→(洗井)→下泵生产，监测效果，其中括号里为可选择工艺。防垢剂挤注处理的半径一般为2～5m，受油井产液量影响，有效期一般为6～24个月。采油井挤注液与工艺程序如下图所示：前置液：用以调节油井附近地层的大量盐水；防垢剂液：可以先高浓度后低浓度注入；后置液：一般是用盐水或净化的生产水将防垢剂顶替到设计位置；关井：关闭12～24h，以便防垢剂在地层内产生吸附或沉淀；监测：恢复生产后，检测井内采出液中的防垢剂浓度，以确定下一次挤注时间。挤注技术对化学防垢剂的要求为：防垢效率高，能避免在油层泄油带、射孔孔眼、油井管柱、油嘴及地面设备内形成结垢；在油层温度、压力等条件下稳定性良好，并且容易进行微量检测；防垢剂容易且能很好地吸附在地层内，滞留期长、滞留量足，能缓慢解吸释放；与地层流体及其他化学处理剂相容性好；对地层无伤害；从经济角度考虑，防垢剂的最低有效浓度应尽可能低(低限效应)，且无毒、无污染。

挤注防垢剂常规室内评价实验主要包括：①防垢剂与地层水匹配性实验(静态试管实验)，研究防垢剂与地层水中离子和其他化学剂的配伍性②防垢剂防垢效率及最低有效浓度MIC实验(静态与动态回