地面注水管網(wǎng)結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)研究

地面注水管網(wǎng)結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)研究

結(jié)垢是油田注水系統(tǒng)中最嚴(yán)重的問(wèn)題之一。它可能會(huì)發(fā)生在地面上的不同部位，增加流動(dòng)阻力，增加停工時(shí)間，導(dǎo)致管道局部腐蝕，增加管道對(duì)油層的損害，給生產(chǎn)帶來(lái)重大影響。目前孤東油田地層水礦化度較高,水質(zhì)成分復(fù)雜,管線結(jié)垢問(wèn)題相當(dāng)嚴(yán)重,2006年孤東油田因結(jié)垢而全井更換油管的水井達(dá)192口,共25.77×104m,因管網(wǎng)結(jié)垢帶來(lái)的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)2500萬(wàn)元,且逐年呈增加趨勢(shì)。筆者采用油田水結(jié)垢預(yù)測(cè)軟件和化學(xué)分析方法分別進(jìn)行了孤東油田各注水系統(tǒng)結(jié)垢預(yù)測(cè)。結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)軟件可模擬水樣在不同溫度和壓力條件下水中各物種的飽和狀態(tài),進(jìn)行不同條件下結(jié)垢種類、結(jié)垢趨勢(shì)、結(jié)垢量、結(jié)垢部位預(yù)測(cè),以及各水源間的配伍性評(píng)價(jià)等。1單-東油田所有注水系統(tǒng)的結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)1.1結(jié)垢類型的預(yù)測(cè)注入水的結(jié)垢受水質(zhì)體系各離子種類和離子濃度、溫度、壓力、pH值、離子強(qiáng)度等因素的影響。在綜合考慮各因素的條件下,筆者采用結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)軟件,計(jì)算了各礦物在水中的物質(zhì)平衡分布,得到各注水系統(tǒng)可能產(chǎn)生的結(jié)垢類型,如表1所示。由表1可知,各注水系統(tǒng)的主要結(jié)垢類型有:白云石、方解石和霰石等,也就是說(shuō)導(dǎo)致結(jié)垢的主要成分是CaCO3。1.2對(duì)軟件預(yù)測(cè)結(jié)果的驗(yàn)證1.2.1飽和水溶液中礦物的含量該軟件還可給出結(jié)垢礦物實(shí)際狀態(tài)和平衡狀態(tài)的自由能之差ΔG。在平衡狀態(tài),ΔG=0,這時(shí)地層水和礦物達(dá)到平衡而不會(huì)發(fā)生溶解或沉淀。ΔG<0,由于不飽和,礦物不能從地層水中沉淀出來(lái)。ΔG>0,由于過(guò)飽和,礦物不會(huì)溶解,如果滿足一定條件,會(huì)生成沉淀。ΔG越大,生成沉淀的趨勢(shì)越大。利用該軟件,計(jì)算出孤東各注水系統(tǒng)自由能的變化(ΔG),得到各注水系統(tǒng)結(jié)垢量從大到小的順序是:東六注>東四注>東二注>東三注>東一注>東五注,該預(yù)測(cè)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的符合性很好,證明了軟件預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。1.2.2垢樣成分分析利用X-射線衍射分析儀對(duì)結(jié)垢較嚴(yán)重的東四注、東六注的垢樣成分進(jìn)行分析,得到主要垢樣成分是:80%～85%CaCO3與15%～20%油泥砂和其他雜質(zhì),與表1預(yù)測(cè)的結(jié)垢類型基本一致,證明軟件預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。1.2.3水樣中caco3的測(cè)定從濃度積的角度考察了各注水站可能引起CaCO3結(jié)垢的程度,如表2所示。由表2計(jì)算結(jié)果可知,所有水樣在25℃下均能析出CaCO3結(jié)晶(25℃時(shí)CaCO3的濃度積為2.8×10-9mol2/L2)。同時(shí),還可看出,僅從Ca2+、CO2?332-濃度考慮,各水樣結(jié)垢程度從大到小的順序是:東一注>東五注>東二注>東六注>東三注>東四注,這與軟件預(yù)測(cè)結(jié)論一致。2影響?yīng)殩|油田地面注水系統(tǒng)結(jié)垢因素的研究2.1hco-3、mg2+、ca2+含量對(duì)結(jié)垢程度的影響利用結(jié)垢預(yù)測(cè)軟件對(duì)離子濃度與結(jié)垢之間的關(guān)系進(jìn)行預(yù)測(cè),結(jié)果如表3所示。由表3可知,隨著HCO-3、Mg2+、Ca2+含量的增加,結(jié)垢程度增大;而隨著K+、Na+含量的增加,結(jié)垢程度有所減小;Cl-、SO2?442-含量與結(jié)垢程度間的關(guān)系不大。2.2結(jié)垢量越大,結(jié)垢量越大,結(jié)垢量越大因?yàn)榻Y(jié)垢礦物實(shí)際狀態(tài)和平衡狀態(tài)的自由能之差ΔG越大,結(jié)垢量越大,因此,采用結(jié)垢預(yù)測(cè)軟件研究了各注水系統(tǒng)的濃度對(duì)結(jié)垢量的影響,如表4所示?？梢?jiàn),在研究溫度范圍內(nèi),各系統(tǒng)的結(jié)垢量隨溫度增大而增大。2.3各變化的變化趨勢(shì)在保持其他因素不變的條件下,研究當(dāng)壓力從1MPa逐漸增加到35MPa時(shí),各注水系統(tǒng)總自由能差ΣΔG變化趨勢(shì),如表5所示?？梢?jiàn),在研究壓力范圍內(nèi),ΣΔG或結(jié)垢量隨壓力的增大而逐漸減小。這主要是由于主要垢樣成分CaCO3的生成依賴的電離平衡為:2HCO?3?CO2?3+CO2ΗCΟ3-?CΟ32-+CΟ2+H2O,壓力增大將減少CO2氣的生成,使電離平衡向左移動(dòng),減少CaCO3的生成,減小結(jié)垢趨勢(shì)。2.4ph值、水流速度、水質(zhì)以及水質(zhì)體系結(jié)垢量的關(guān)系同樣,保持其他條件不變,改變pH值,得到pH值對(duì)結(jié)垢趨勢(shì)的影響,如表6所示?？梢?jiàn),在研究的pH值范圍內(nèi),ΣΔG或結(jié)垢量隨pH值的增大而增大。也就是說(shuō),隨著pH值的增加,結(jié)垢量是逐漸增大的。此外,水的流動(dòng)狀態(tài)、水質(zhì)體系腐蝕性和結(jié)垢沉積表明,狀況對(duì)體系結(jié)垢也有較大影響。一般來(lái)說(shuō),在不考慮其他因素的條件下,水流速度越小則結(jié)垢趨勢(shì)越大;腐蝕可加劇結(jié)垢的生成;油管內(nèi)壁越不光滑,結(jié)垢腐蝕程度越大。綜上所述,在孤東油田注水系統(tǒng)的輸送過(guò)程中,導(dǎo)致結(jié)垢的主要原因是流體中水質(zhì)成分的影響,外部條件(溫度、壓力、腐蝕性、管材表面狀況、流動(dòng)狀態(tài))的變化對(duì)結(jié)垢程度也具有一定的影響。3全系統(tǒng)結(jié)垢程度的主要類型1)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明,結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)軟件的預(yù)測(cè)結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確性,完全可用于分析油田注水系統(tǒng)的結(jié)垢狀況。2)研究表明,導(dǎo)致孤東油田地面管線結(jié)垢的主要原因是高礦化度、高金屬離子含量(Mg2+、Ca2+等)、高酸性游離離子(HCO-3、SO2?442-、Cl-等),以及一定的外部條件(溫度、壓力等)。并隨著HCO-3、Mg2+、Ca2+含量的增加,結(jié)垢程度增大;而隨著K+、Na+含量的增加,結(jié)垢程度有所