J气田气井井筒堵塞物组成性质及形成机理研究

2020-04-16李展峰

石油地质与工程 2020年2期

何竞，李展峰

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300459）

天然气开发过程中，地层水矿化度高（20 000～280 000 mg/L），成垢离子含量高，同时天然气中又含有一定量的CO2（平均约4.2%）和 H2S（平均含量872 mg/m3），极易造成井筒腐蚀、结垢堵塞。在气井大修作业、通井、气井解堵时，先后对478口气井进行通井作业，其中通井遇阻井321口，占总通井数的67.2%，导致部分气井无法正常生产。

通过化学方法和物理手段，研究井筒堵塞物的组成及形成机制，为抑制堵塞物的生成和采取有效解堵措施提供依据。

1 井筒堵塞物组成性质分析

1.1 实验方法及步骤

实验所用井筒堵塞物直接从井筒内刮取，密封保存，防止样品曝氧氧化及吸水后的组成性质发生改变。固体样品中的无机组成分析主要采用化学容量法，对堵塞物的有机成分分析主要采用石油醚萃取后，吹脱石油醚溶剂进行红外谱图分析方法。堵塞物组成性质分析流程见表1。

1.2 实验结果与讨论

表1 堵塞物组成性质分析流程

对气井井筒堵塞物进行组成性质分析，并将堵塞物用石油醚萃取后进行X-衍射分析，进一步对堵塞物中无机成分进行分析，分析结果见表2。石油醚萃取堵塞物后X-衍射分析结果显示，井筒堵塞物中主要是FeCO3和CaCO3，分析结果与化学容量法所得到的结果一致。

表2 井筒堵塞物石油醚萃取后X-衍射分析结果 %

2 井筒堵塞物形成机理

上述井筒堵塞物成分分析结果表明，井筒堵塞物主要是腐蚀结垢产物、有机物和少量采气过程中由储层带来的黏土矿物、白云石等。下面进行实验分析，研究堵塞物的来源以及形成机理。

2.1 结垢产物来源

参照石油行业标准，对 J气田水质进行分析，分析结果见表3。在水质分析基础上，采用Oddo-Tomson饱和指数法分别预测采出水沿井筒的碳酸钙和硫酸钙结垢趋势，分析结果见图2。

表3 水质分析结果 mg/L

由表3可知，产出水矿化度高，成垢离子含量大。随着温度和压力的增加，采出水在井筒温压系统下存在严重的硫酸钙结垢趋势，当井深达到900 m左右时，采出水有碳酸钙结垢趋势，且随着井深的增加，结垢趋势逐渐加剧（图2）。由此可知，井筒堵塞物中 CaCO3的来源主要是气田产出水在井筒温压条件下的结垢产物。

图2 采出水沿井筒结垢趋势预测

2.2 有机物来源

实验采用氮吹仪吹脱法模拟井筒条件，将 J气田所用缓蚀剂用氮吹仪吹脱48 h，然后将吹脱后的残留组分进行红外谱图分析，再将萃取过堵塞物的石油醚进行吹脱，然后进行红外谱图分析。最后将缓蚀剂残留组分的红外谱图与堵塞物萃取物的红外谱图进行对比，确定井筒堵塞物中的有机成分，分析结果见图3和图4。

图3 气井缓蚀剂残留组分的红外谱图

图4 石油醚堵塞物萃取堵塞物的红外谱图

由图3和图4可知，缓蚀剂在氮吹仪吹脱48 h后，轻组分被气流带走，剩余的重组分黏稠，粘附于容器表面很难清除；投加缓蚀剂的井底，快速气流通过时同样会产生此种效果。红外谱图分析显示，堵塞物中的有机成分主要是壬烷基同分异构体、多乙烯多胺衍生物、吡啶衍生物以及芳香烃衍生物等，这些结构都是缓蚀剂的主要活性成分。由此可以得出，气井井筒堵塞物中的有机成分来自于缓蚀剂的重组分。

2.3 腐蚀产物来源

CO2、H2S以及矿化度对管材的腐蚀是引起井筒腐蚀产物形成的主要原因。实验采用悬挂腐蚀挂片法，在高温高压反应釜中进行 H2S-CO2-矿化度三因素共同作用下，研究N80材质的腐蚀情况。

能谱分析和扫描电镜对腐蚀挂片分析结果见图5和图6。

图5 N80空白挂片能谱图

图6 0.05-0.10-40000-液相N80腐蚀挂片能谱图

图5显示N80空白材质腐蚀前表面平整。在0.05 MPa压力下H2S、0.10 MPa压力下CO2和40 000 mg/L矿化度模拟水作用下，材质表面出现凸起的状物，表面凹凸粗糙不平，凸点较多，主要为局部点蚀（图6）。空白N80材质主要含有Si、Mn和Fe 3种元素，腐蚀产物包含O、S、Cl、C和Fe等元素；材质基体中含微量Mn，未在腐蚀产物中未检测出。上述实验表明，井筒堵塞物中的腐蚀产物为FexSy和FeCO3，主要为H2S和CO2共同作用下的酸性腐蚀物。

2.4 井筒堵塞物堵塞机理

由以上研究得出，井筒堵塞物的形成可分为 3个阶段：①气井产出流体中含高矿化度水、H2S、CO2等腐蚀性介质，形成了一种复合腐蚀环境，造成井筒腐蚀结垢，形成无机堵塞；②入井缓蚀剂在井筒高温下裂解，黏度增加或者其有效成分发生降解、失效，形成不溶性残渣和粘结沉积物堵塞油管通道，形成有机堵塞；③在井筒条件下，无机堵塞物充当骨架，有机堵塞物充当填充物，形成黏度大，相互之间基本无缝隙的致密混合物，经过长时间的沉积聚集，逐步在管道壁上积累从而造成井筒堵塞。