盘一注注水井结垢机理及成因分析

盘一注注水井结垢机理及成因分析

摘要：自进入注水开发期以来，为保证低渗透油田的高效开发，盘古梁作业区不断加大注水力度。盘一注作为全区注水运行的中心，承担着101干线、102干线、105干线的注水和盘二注的供水任务。由于所注入水水体本身的热力学不稳定性和水质的化学不相容性，注水井不可避免得出现了结垢现象，给日常生产造成极大危害。本文结合盘一注注水井的结垢现状，深入探讨盘一注注水井结垢的主要机理，进而为下一步深入注水井防垢除垢措施奠定基础。

关键词：盘一注注水井结垢机理

前言

随着长庆油田的不断开发，油层本身地层能量不断被消耗，为补充和保持地层能量，实现原油高效稳定生产，盘古梁作业区不断加强注水的管理力度，力求保持和恢复油层压力，使油藏有较强的驱动力，进而提高油藏的开发速度和采收率。然而，在注水系统不断完善和开发的过程中，由于注水井与流体直接接触，极易产生结垢现象，给油田日常注水、生产造成极大影响，严重者甚至导致油水井报废。盘一注作为盘古梁作业区注水运行的中心，承担着注水和供水的重要任务。通过深入认识注入水在注水井井筒中结垢的成因及机理，确定影响注入水井筒结垢的因素，以延长注水井检串周期，减少注水损耗，提高注水效率。

一、盘一注注水井结垢基本概况

1.盘一注基本概况

盘古梁作业区自2000年采用注水方式开发以来，注水规模不断扩大。目前共有注水站4座，水源井25口，污水回注站点6座，水井开井228口，日注水5450方，年注水量约199万方。盘一注水站于2001年8月投产，占地面积1634平方米，站内最大水处理能力2200方，日注水1867方，日供水1900多方，承担着所辖101干线、102干线、105干线及105复线的注水任务和向盘二注、靖三联的供水任务。

2.盘一注注入水水质特点

盘一注所注清水主要来自于25口水源井，采出水层主要为洛河层地下水。洛河层地下水分布较广，水源丰富，水质稳定，成为盘古梁作业区注水的主要水源。然而其矿化度成分相对较高，并溶有大量的成垢离子，易形成结垢物质。

表1-1 盘古梁作业区注入水水质成分分析

由表1-1分析可以得出，盘古梁作业区盘一注所注入清水水型为Na2SO4水型，呈弱碱性，HCO-3、SO42-等成垢阴离子含量高是造成管线结垢的潜在因素，

在温度升高、压力变化较大的情况下，HCO-3极易分解，形成大量CO32-，易与Ca2+、Mg2+等阳离子结合形成碳酸垢层，从而造成注水管线和注水井井筒结垢。

3. 三叠系地层水水质特点

盘古梁油田盘一注所辖注水井主要以三叠系的长6层为主。下面针对一些典型的三叠系地层水进行取样分析，确定三叠系地层水水质的主要特点。

由表1-2水样分析结果可知，盘古梁作业区三叠系的长6地层原始地层水主要为CaCl2水型，PH值范围在5-7.5之间，为弱酸-中性，地层中含有少量易结垢的钡锶离子，且Ca2+普遍在5000-20000mg/L左右，为典型的高含成垢阳离子水体。此外，原始地层水中普遍含有部分SO42-与HCO-3等成垢阴离子，易在一定条件下与成垢阳离子结合形成垢层。当注入清水注入长6地层时，会与长6地层水结合，在地层中易生成钡锶垢。

4.盘古梁油田部分垢样分析

盘一注所辖注水井盘53-28注水井于2001年8月投注，2013年11月10日检串时发现井下管柱结垢严重。通过对垢样进行分析，发现盘一注注水井结垢产物的成垢离子主要来自于注入水和地层水，结垢物主要为碳酸钙垢，还含有少量BaSO4、SrSO4、CaSO4、NaCl结晶及管线的腐蚀产物。因此，解决盘古梁油田结垢的问题，主要是解决碳酸垢的产生问题。

二、盘一注注水井结垢的危害

盘一注所辖注水井结垢的出现，会给油田注水带来严重危害，其具体表现在：

1.注水井结垢易造成注水井井筒管径变小，降低水流截面积，增大水流阻力，压损增大，排量减小，致使注水井无法完成配注要求，地层能量下降，严重影响到低渗透油藏稳产；

2.注水井结垢使盘一注分压持续上升，缩短注水设备的使用寿命，降低注水泵的检泵周期；

3.注水井结垢易引发垢下腐蚀，加快油管的腐蚀速度，降低水井检泵周期。

基于注水在低渗透油田开发中的重要意义，综合分析分析盘一注注水井结垢主要机理，为进一步研究注水井防垢措施提供依据。

三、盘一注注水井结垢机理

盘一注注水井井筒结垢成分主要为CaCO3，还含有少量的CaSO4、BaSO4、SrSO4及Fe2O3。一般来说，注水井中垢层的形成要经历四步：

1.部分注入水离子结合形成溶解度很小的盐类分子；

2.在结晶作用下，盐类分子不断结合排列形成垢晶核；

3.垢晶体生长过程，大量结垢晶体在溶液中由于布朗运动，不断相互接触、碰撞、长大；

4.大量晶体逐渐在管壁表面堆积、附着，沉积成垢。在高压水流冲刷作用下，部分垢层被水流冲刷掉，其他垢继续生长，最终造成井筒的堵塞

归纳起来，盘古梁作业区盘一注注水井结垢物的产生原因主要如下：

4.1盘一注过滤器并非为精细过滤器，经过滤器清理后的洛河地层水中仍含有部分杂质。当注入水处理不达标时，杂质就会在注水井井筒上附着产生垢层。

4.2盘一注所注入洛河地层水含有大量SO42-、CO32-等成垢阴离子，而三叠系地层中含有大量Ca2+、Ba2+、Sr2+等成垢阳离子，易在注水井中发生化学反应，形成垢层。其结垢反应式主要为：

4.3盘一注所注入水中含有大量HCO3-离子，为热力学极不稳定体系，在井筒内受热易分解，与Ca2+、Mg2+等离子发生化学反应形成垢层。其结垢反应式为：

4.4盘一注所注入水中含有部分氧化物，会与井下油管发生电化学腐蚀，生成大量的、离子。由于注入清水呈弱碱性，易形成Fe（OH）2和Fe（OH）3垢层。同时，结垢层覆盖的管壁表面在水流不断冲刷下易形成疏松多孔的结构，暴露出的管壁继续进行电化学腐蚀，生成的、离子又会形成新的垢。其结垢反应式为：

四、结论

1.盘一注所注入水主要为洛河层采出的地层水，为Na2SO4水型，其中含有大量SO42-、CO32-等成垢阴离子，而三叠系地层水为CaCl2水型，其中含有大量、、Sr2+等成垢阳离子，两者配伍性相对较差，易发生成垢反应，是造成盘一注注水井结垢的主要原因。

2.注水井结垢物的产生是一个相当复杂的过程，其根本原因是由于其中盐类分子处于过饱和状态所致，除此之外还受温度、压力、流速、PH值等因素的综合影响。

3.盘一注注水井所结垢主要为碳酸垢，因此解决碳酸垢产生问题是解决盘一注注水井结垢问题的关键。