浅析油井结垢机理及清防垢技术

浅析油井结垢机理及清防垢技术

摘要：油田在开发过程中，随原油由油层被举升至地面，外界温度、压力、流体流速等因素的变化会引起无机盐类会在油井管网或地层上形成沉积，造成油井结垢。本文主要阐述了油田开发过程中油井结垢的主要机理、结垢所带来后续问题及目前油田主要防垢对策，对油田防垢具有一定的借鉴意义。

关键词：油井结垢机理清垢防垢技术

一、前言

目前，我国大部分油田采用了注水补充能量的开发方式，油田注入水通常有三种：一是清水，即油区浅层地下水；二是污水，即与原油同时采出的地层水，经处理后可回注到油层；也有将不同水混合注入的。随着注入水向油井推进，使油井含水率不断升高，同时伴随温度、压力和pH值等发生变化时，最终导致油井近井地带、采油井井筒、井下设备、地面管线及设备出现严重的结垢现象。

二、结垢对油井的危害

首先，油田中油井中存在的结垢沉积会影响原油开采设备的功能，严重的油垢会造成设备的堵塞。其次，油井中存在着不同程度的结垢，会造成油井井下附件及采油系统设备在沉积结垢下不同程度的腐蚀。此外，油井上的结垢还可能导致缓蚀剂和金属表面无法形成表面膜，降低了缓蚀剂的作用，缩短了系统管道的寿命，严重情况下则会造成腐蚀穿孔现象，导致油井的管柱故障。再次，结垢造成油层堵塞、产液量下降和能源浪费，阻碍了原油的正常生产，导致增加修井作业次数，缩短修井作业周期，严重时还会造成井下事故，导致油井关井，甚至报废，造成很大的经济损失。

三、油井结垢机理

1.结垢机理

油田中常见的结垢机理分为以下四种：

1.1自动结垢

油井中水和油一起存在，不同采油工艺会造成水油的比例的改变，在水油相溶中发生了不同程度的比例改变，就会使得水油成分多于某些油井中的矿物质溶解度，造成不同程度的结垢产生，这种情况称为自动结垢。碳酸盐或者硫酸盐形成沉积结垢之后会因为井下流动形成阻碍、筒内自有压力、温度的高低变化发生沉积。高矿化度盐水在温度严重不均衡的情况下也会产生氯化钠。同时，含有酸气的采出流体会形成碳酸盐结垢，进行原油开采时，因为压力下降也会造成流体脱气，使得ph值增高，结垢程度加重。

1.2不配伍混合

地层水与不配伍注入水混合之后就会造成不同程度的结垢，当进行二次采油时，往往将从油田采出来的水重新注到储层里面。此外，地层水水质和回注水水质不兼容时，也会产生不同程度的结垢。回注水中含有丰富的硫酸根离子，地层中含有Ba2+和Ca2+，这时候，地层水与注入水相互混合，就会产生硫酸钡、硫酸钙等物质。

1.3蒸发引起结垢

除了上述两种结垢之外，采油生产过程中产生的地层盐水和气体也会造成结垢的产生。油井中生产管柱的压力不同程度的减小，导致盐水蒸发，而溶解离子的浓度比矿物质的溶解度高，导致结垢的产生，这就是油田中高压井中结垢产生的原因。

1.4化学驱引或者气驱引起的结垢

化学驱中注入化学药剂也会产生水垢。碱驱中注入碱液会与岩石发生作用，会造成压力、温度、离子组分等发生改变，造成氢氧化物、硅酸盐、碳酸盐等物质的沉淀。此外，油井中进行注蒸汽驱油时，也会形成碳酸钙和硫酸钙的沉积。在油井采油时，利用二氧化碳进行采油就会产生不同程度的沉积。这是因为二氧化碳的水呈现酸性，并且能够将地层中的碳酸钙溶解。当油井周边的压力降低之后，二氧化碳就会溶解，碳酸钙就会在地层孔隙中形成沉积，这时由于结垢的产生导致压力继续下降，沉淀物也会越来越多。

2.结垢分类

油井中产生的结垢类型不同，需要根据结垢层不同沉积的机理进行分类，一般情况下，可以将油井中的结垢分为凝固污垢、生物污垢、腐蚀污垢、化学反应污垢、结晶污垢、颗粒污垢。

2.1凝固污垢

该污垢是说流体在过冷的热面上形成凝固，从而结垢。比如水的温度比冰点低时，换热表面则会凝固成冰，污垢程度也和周边的温度有一定联系。

2.2生物污垢

在海中的生物污垢是指微生物积聚而成的生物污垢，污垢形成之后产生粘泥，微生物可以在粘泥中繁殖，加剧了污垢的程度。

2.3腐蚀污垢

含有腐蚀性杂质的流体的换热表面发生腐蚀之后会形成不同程度的污垢，而温度、酸碱值、流体成分对腐蚀程度有一定影响。

2.4结晶污垢

流体中的无机盐结晶而来的沉积物，当遇到冷却或者饱和时常常出现上述沉积。

2.5颗粒污垢

固体微粒形成的积聚，因为重力作用产生不同程度沉淀，即颗粒污垢。

四、油井清防垢技术

国内外经过大量的室内及现场试验，获得了多种有效的油井结垢综合治理技术，可分为物理法防垢技术、化学法防垢技术和工艺法防垢技术。

1.物理法防垢技术

物理法防垢是通过某种作用阻止无机盐沉积于油管壁上，同时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而不粘附于油管壁上。常用的方法在井下管柱中加装强磁防垢器，通过磁场的作用，使原油中成垢分子和分子团之间的聚合性减弱，原油分子的流动性增加而减弱结垢速度，从而达到防垢的目的。

2.化学法防垢技术

化学法是应用化学防垢剂的某些特性阻止垢的生成。防垢剂是指加入到水中，能抑制垢生成的一类化学药剂。通常在全面分析油田结垢类型和结垢部位的基础上，确定有效的防垢剂和防垢工艺，以达到最佳防垢效果。（1）油井井下管柱结垢，可在井口加药剂或下入固体防垢块。将防垢块装入工作筒，随井下作业下入井中。工作筒连在抽油泵下部或筛管下部，当液流通过时，防垢剂溶于水中，起到缓慢溶解、在一定时间内有效的功能。连续注入防垢剂，对泵的要求较高，且操作复杂，占用较多的人力、物力。投放固体防垢块，固体防垢块的溶解速度不易控制。溶解速度较快，不能有效利用固体防垢块，寿命及投放周期短；溶解速度较慢，防垢剂质量浓度小，不能有效阻止垢的形成。（2）井下近井地带地层结垢，可挤注高质量浓度防垢剂。井下挤注工艺法防垢技术的基本原理是将防垢剂挤进井筒周围地层内，防垢剂通过吸附滞留于地层多孔介质中，开井生产后通过缓慢释放于产出液中，达到长效防垢的目的。较完整的挤注工艺过程一般是：表面活性剂洗井→挤前置液→挤防垢剂→挤清垢剂→挤顶替液→关井→洗井→下泵生产。井下挤注技术可防止井筒附近2-5 m内的地层结垢，处理半径大，一次性挤注防垢剂有效期长，低质量浓度的防垢剂可循环利用，减少了环境污染，有利于污水处理。与其它投加防垢剂的方法相比具有自动连续释放，可防近井筒地层内的垢，且操作过程简单等优点。