玛湖油田井筒垢物的组成及结垢机理研究

doi:10.12422/j.issn.1006-396X.2024.04.003

石油化工高等学校学报 ›› 2024, Vol. 37 ›› Issue (4): 18-24.DOI: 10.12422/j.issn.1006-396X.2024.04.003

玛湖油田井筒垢物的组成及结垢机理研究

周浩¹^,²(), 龚喜刚³, 唐红娇¹^,², 刘欢¹^,², 时凤¹^,², 张娟³(), 杨磊磊³

^1.中国石油新疆油田分公司实验检测研究院，新疆克拉玛依 834000
^2.新疆砾岩油藏重点实验室，新疆克拉玛依 834000
^3.中国石油大学（北京）非常规油气科学技术研究院，北京 102249

收稿日期:2023-09-27 修回日期:2023-11-07 出版日期:2024-08-25 发布日期:2024-08-07
通讯作者: 张娟
作者简介:周浩（1990⁃），男，硕士，工程师，从事油气田开发实验相关研究；E⁃mail：zh0823@petrochina.com.cn。
基金资助:
新疆砾岩油藏实验室开发性项目(2020D04045)

Study on the Scale Composition and Scaling Mechanism of Wellbore in Mahu Oilfield

Hao ZHOU¹^,²(), Xigang GONG³, Hongjiao TANG¹^,², Huan LIU¹^,², Feng SHI¹^,², Juan ZHANG³(), Leilei YANG³

^1.Research Institute of Exploration and Development，Xinjiang Oilfield Compony，CNPC，Karamay Xinjiang 834000，China
^2.Xinjiang Laboratory of Petroleum Reserve in Conglomerate，Karamay Xinjiang 834000，China
^3.Unconventional Petroleum Research Institute，China University of Petroleum（Beijing），Beijing 102249，China

Received:2023-09-27 Revised:2023-11-07 Published:2024-08-25 Online:2024-08-07
Contact: Juan ZHANG

摘要/Abstract

摘要：

近年来，玛湖油田多口油井在生产过程中均出现管壁结垢现象，导致井筒堵塞，严重影响了生产效果。研究了玛湖油田垢物的结构与组成；采用OLI?ScaleChem模拟方法，研究流体与岩石基质的作用，探究了垢物的形成机理。结果表明，油井的垢物主要为CaCO₃，且井深越大，其结垢量越大；井筒的温度、压力以及流体的pH对结垢均有一定的影响；CaCO₃垢物是酸性入井流体条件下高矿化度流体与富钙岩石矿物的反应产物，其在聚合物作用下成球，进而堵塞孔缝和井筒。研究结果对油田后续结垢预防措施和处理措施的提出具有重要的指导意义。

关键词: 玛湖油田, CaCO₃垢物, 结垢机理

Abstract:

In recent years, many oil wells in Mahu oil fields have experienced scaling on the pipe wall, which leads to wellbore blockage and seriously affects the production effect. In this paper, the structure and composition of scale in Mahu oilfield were studied, and the mechanism of scale formation was investigated by using OLI?ScaleChem simulation method and the interaction experiments between fluid and rock matrix. The results show that the main fouling is CaCO₃, and the deeper the well is, the larger the amount of scale is. In addition, the wellbore temperature, pressure and pH of the fluid all have certain influence on scaling. According to the results of fluid rock reaction, it is inferred that CaCO₃ scale is the reaction product of highly mineralized fluid and calcium?rich minerals under the condition of acidic well fluid, and forms into balls under the action of polymer, resulting in hole and wellbore plugging. The results of the study are of great significance in guiding the proposal of subsequent scaling prevention and treatment measures in the oilfield.

Key words: Mahu oilfield, CaCO₃ scale, Scaling mechanism

中图分类号:

TE358.5

周浩, 龚喜刚, 唐红娇, 刘欢, 时凤, 张娟, 杨磊磊. 玛湖油田井筒垢物的组成及结垢机理研究[J]. 石油化工高等学校学报, 2024, 37(4): 18-24.

Hao ZHOU, Xigang GONG, Hongjiao TANG, Huan LIU, Feng SHI, Juan ZHANG, Leilei YANG. Study on the Scale Composition and Scaling Mechanism of Wellbore in Mahu Oilfield[J]. Journal of Petrochemical Universities, 2024, 37(4): 18-24.

图/表 15

表1 玛湖油田模拟水的组成

Table 1 The constitute of simulation water in Mahu oilfield

无机盐	质量浓度/（mg·L^－1）
Na₂CO₃	3 823.80
NaHCO₃	4 975.60
CaCl₂	4.90
MgCl₂	1.20
K₂SO₄	2 048.80
KCl	15 615.60
NaCl	9 135.00

图1 垢样的外观（a）洗油前（b）洗油后

Fig.1 Appearance of the scale sample

图2 垢样的EDS谱图

Fig.2 EDS spectra of the scale sample

表2 垢样的元素组成

Table 2 Elemental composition of the scale sample

元素	质量分数/%
C	20.07
Na	0.59
Ca	17.36
Sr	1.16
O	60.82

图3 垢样的SEM照片

Fig.3 SEM image of the scale sample

表3 玛湖油田采出水的离子组成分析结果

Table 3 Analysis results of ion composition in produced water of Mahu oilfield

离子	质量浓度/（mg·L^－1）
矿化度	57 129.74
CO $3 2 -$	4 679.00
HCO $3 -$	7 276.00
OH^-	0
Cl^-	15 036.00
SO $4 2 -$	2 365.50
Ca²⁺	10.85
Mg²⁺	2.39
K⁺	19 784.00
Na⁺	7 976.00

表3 玛湖油田采出水的离子组成分析结果

Table 3 Analysis results of ion composition in produced water of Mahu oilfield

离子	质量浓度/（mg·L^－1）
矿化度	57 129.74
CO $3 2 -$	4 679.00
HCO $3 -$	7 276.00
OH^-	0
Cl^-	15 036.00
SO $4 2 -$	2 365.50
Ca²⁺	10.85
Mg²⁺	2.39
K⁺	19 784.00
Na⁺	7 976.00

图4 温度和压力对玛湖油田CaCO3 结垢量的影响

Fig.4 The effect of temperature and pressure on CaCO3 scaling amount in Mahu oilfield

图5 井深和pH对玛湖油田CaCO3结垢趋势的影响

Fig.5 Well depth and pH effects on the CaCO3 scaling trend in Mahu oilfield

表4 玛湖油田岩石的矿物组成

Table 4 Mineral component content of rocks in Mahu oilfield

组分	质量分数/%
石英	48.2
钾长石	5.0
斜长石	6.5
白云石	18.2
黄铁矿	5.5
普通辉石	6.8
黏土矿物	9.8

表5 玛湖油田岩石的元素组成

Table 5 Elemental composition of rocks in Mahu oilfield

元素	质量分数/%
O	47.89
Na	2.89
Mg	7.80
Al	4.97
Si	18.28
K	2.07
Ca	12.48
Fe	3.61

图6 岩石表面结晶物的SEM图

Fig.6 SEM images of rock surface crystals

表6 岩石表面结晶物的元素分析结果

Table 6 Results of elemental analysis of rock surface crystals

元素	质量分数/%
C	13.56
O	47.59
Al	3.11
Si	6.51
Ca	22.61
Mg	6.62

图7 与模拟水相互作用前后岩石表面的SEM图（a）作用前（b）作用后

Fig.7 SEM images of rock surface before and after interaction with simulated water

图8 与模拟水相互作用前后岩石的EDS图

Fig. 8 EDS images of rock surface before and after interaction with simulated water

表7 与模拟水相互作用前后岩石中元素质量分数

Table 7 Element mass fraction of the rock before and after reaction with simulated water

元素	质量分数/%
元素	作用前	作用后（8 d）
O	47.89	41.81
Na	2.89	1.88
Mg	7.80	7.78
Al	4.97	5.16
Si	18.28	15.64
K	2.07	1.21
Ca	12.48	3.08
Fe	3.61	2.72

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玛湖油田井筒垢物的组成及结垢机理研究

Study on the Scale Composition and Scaling Mechanism of Wellbore in Mahu Oilfield

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