＊王育袭

（延长油田股份有限公司志丹采油厂 陕西 717500）

1.引言

油田注入的设计方法，以单井的注入模式，达到了正注、反注和合注的良好效果。在油田发展进入后期时，对低渗油层进行了强化注入，利用精细的地质调查，进行了细分油层，对油层实施精确注入，并结合先进高效的自动化注入装置与设备的使用，增加注入的准确性，从而推动了注入技术开发在油田中的进展。油田注水技术的应用，克服了油层的非均质化问题，并利用水流的相互驱替效应，在油井与注水井中相互建立衔接，增加了油井的能力。对油田产品的注采方法加以评估与分析，有效调节了油田的注水方法，合理设计配注量，使油田的注水工程获得了最佳的技术效益。

2.什么是油田注水结垢

现阶段，在油田开发过程中，为了保证储层相应的水压，提高油田开发效益，普遍采用注水技术。目前，油田注水技术一般有三种方法，一是采用清水注入法，即完成油田地下水的注入。二是采用污水注入法，即从油层注水。三是海上油田注水方式，采用海上注水方式。此外，还有混合注水方法。目前，油田注水过程中存在许多问题，如注钙和注二氧化碳的混合。诸多问题导致注钙与注二氧化碳不相容，氢硫基团浓度急剧增加。严重时会出现阻塞油层现象，使油层渗透效率降低，给油田中的油层造成很大的损失；而部分井筒以及井内设备结垢处理会限制管线的流通空间，从而增大摩擦力，也容易为细菌提供滋生的环境，增加了井下油井设备的锈蚀程度，减少了井设备的使用时间，严重时还会发生设备热效率的降低，导致管线爆裂，最后出现大面积停工的现象，严重危害油田设备的正常工作，使采油技术生产急剧减少。目前，我国各大油田公司已经开始就预防结垢处理的对策开展了研究，但问题依然存在。

油田地面注水技术措施的实际应用是通过注水井将合格的水注入井底油层，注入后的水流沿水线方向均匀地推向井内，使油流被驱出井外，从而提高油井的产油量。注水过程是人工向地表提供能量的过程，是提高油田二次采油率的主要手段，注采模式已广泛应用于油田企业生产的各个阶段。利用注入水流量的驱替效应，可以快速反映油井增产情况。油田注水精细研究确保了小层吸水性能，满足设计标准。通过研究油田注水的最新工艺和技术方案，优化油田注水评价技术方案，可以进一步了解注水井注水状况和油井产能发展情况，为提高采收率提供良好的技术前提。

3.油田注水结垢产生的原因

从结垢原理与室内实验结果研究出发，对土壤结垢处理效果影响很大的各种因素主要包括：温度、流速流量、水质、成垢离子含量、pH值、土壤矿化等。

(1)温度原因

在油田注水试验中，通过对油田开采过程中产液温度的测量，发现在其他条件不变的情况下，改变流体温度会影响碳酸钙的凝固程度。水温越高，液体稳定性越差，碳酸钙等物质的溶解度越低，产生的水垢越多。

(2)液体流速和流量原因

经过试验研究后表明，在保持井管内部其他指标不变的前提下，可以选择不同的速度和流量，流量越大，速度越小，则结垢现象形成率越大，主要由于注入液表面的剪切力提高了剥蚀的能力，由此随着流量的提高，就增加了对结垢的去除效率。

(3)水质的原因

水质优劣，在一定意义上也直接影响着结垢现象的产生，注入流体中的污物通常聚集在注入井管网中水温较低的部分，由上往下，随着结垢的出现而逐步上升。另外，注入的液体中含盐量也是形成结垢现象的又一因素。地层水存在着大量的钙离子、铝电离、碳酸氢离子等结垢分子，与液体中的盐相互作用，直接影响了水垢的溶解度。据试验结果证明，含盐率越大，对水垢的溶解性也越大，但当达到2.5mol/L时，溶解性就会降低，故如果地层水含盐指标降低，就会引起井内结垢的上升。

油区为盐湖沉降盆地，地层水中矿物含量普遍较高。例如：望光地区地层水中的矿物质浓度已达到30mg/L，但由于油田注水研究的发展，在早期注入了清水，然后对土壤地层中产生的污水进行净化和回灌。目前，一些地方将净化污水回注改为混合注入或直接注入清水。注入污水的结构和水质发生了很大变化。对注入水水质开展了评价性解析实验，结果表明由于清液和净化的污水在化学成分和矿物浓度上的差异，所以很多范围内出现了结垢的问题，并且对于水质产生了不良影响。

(4)成垢离子含量对结垢现象产生的影响

水体中成垢离子含量对结垢现象产生的影响是最直观的，某油区或各油田中注入水体的成垢离子含量一般较高，易于引起结垢产物的形成。如某污水处理站，在污水当中，碳酸钙离子的浓度比较高，二者在注入水体中的碳酸氢根含量比较高，这时当两者相遇，就会产生一些碳酸钙沉积物，从而形成水垢。若不对注入污水进行净化处理，就会产生严重结垢现象。

(5)pH值变化对结垢的影响

为了避免管道腐蚀，人们通常向灌装水中添加液体酸来调节pH值，因为灌装水中的碳酸氢盐浓度较高，当pH值升高时，它将转化为碳酸盐，从而形成碳酸钙。

(6)土壤矿化度对结垢的影响

由于低矿物浓度的减少，成垢离子被稀释后，会减少结垢量，而且由于在某油区部分岩层中存在着大量的矿盐和石膏，在岩石地层中被低矿物浓度冲击后，也会溶解出大量成垢离子，因此可能产生新的结垢现象。

4.油田注水及开采过程中结垢现象的预防

由于很难解决岩石结构深层的结垢问题，因此，需要采取预防结垢的措施。然而，由于某区块岩石结构的深水盐度极高，最大值为32×104mg/L，远远超出了普通预测软件的应用范围。根据实际情况，开发了一套适用于高浓度土壤水盐结垢预测的软件系统。与室内实验结果对比表明，该方法能及时、准确地给出水盐结垢信号，并用于指导采取防垢措施，从而减少对地层结构的影响。

(1)清管器技术清洁结垢

清管器工艺是现阶段油井除垢的一种重要使用技术，也是一种行之高效的大型油田设备清理除垢控制系统，一般由清管器、发射装置、接收设备、测量装置等部门构成，利用电机背压原理和动力设备驱使清管器在井管内慢慢地往前移动，把油田井底管冋下沉井壁部的结垢和杂质全部清除。这种方法具备了清理适用范围较广、环境保护性好、干净性好、对管壁毫无侵蚀性等优势，不过该方法所使用的仪器装置较多，且生产成本也较贵。

(2)除垢剂清除结垢方法

除垢药剂法是油田注水化生产工程中较为普遍的方式，因为该法具备了成本低、见效快、生产实现能力强的优势。在采用除垢药剂法时，选定除垢药剂的品种十分关键，而除垢药剂的种类则主要有有机磷酸盐系列的除垢药剂、有机麟碱式盐和聚敖碱式盐复合类型除垢药剂、高分子多聚物类型除垢药剂等，选择时还需要依据油田形成的具体物理环境与化学情况进行选择，比如环境温度、土壤孔隙情况、压力条件、岩层的水酸碱值、水质盐性状况等。

(3)控制物理、化学结垢条件的方式

油田注水开发过程中，结垢现象的形成条件通常都是由物理因素或者化学原因所造成，比如结垢分子的含量、岩层水酸碱值、岩层水中含盐量、液体流动速率、压强以及水温等。当对于形成结垢的因素一一控制了之后，就可以从根源上防治结垢问题，达到理想的除垢效果。

(4)结垢防治策略案例分析

为进行结垢处理，必须在注入水中前添加有效的物理化学制剂以去除或降低结垢处理影响，但鉴于某油区的地层结构中水矿物质浓度特高，对试用常规阻垢剂有效性较差，于是通过进一步实验研究，按照正交方法设计了实验复合配制筛选试验。此实验共设计出了六十四种配制产品，并最终成功筛选出了水溶性共聚物阻垢剂、均聚物阻垢剂、有机复合膦酸、络合剂、扩散物和助溶剂等六种药剂，用作复配阻垢剂的主要组份。接着利用正交实验方法，将六种药物组成十五种因素，通过比较各种因素作用所产生的影响率，最后确定复合阻垢剂的标准配方，获得复配效果产品如JHZG阻垢剂和ZG12阻垢剂。综合阻垢剂的评价及实验成果，见图1。将沙27井产出水和预制水泥按7:3混匀后，再加入测井岩心。未加入阻垢剂的H8号测井岩心渗透性减少60%，但加入了20mg/L ZC12阻垢剂的H7号测井岩心渗透性保持不变，说明了该阻垢剂可有效防止注入的水中在测井岩心内结垢。

图1 岩心注入水加阻垢剂防垢评价试验曲线图

某油区某油田马36井区、马25井区、马76中井区加入化学阻垢剂后，发生结垢。如马36井区于1994年投产以来，在1998年以后发生了结垢处置的井超过二十余口，占全国总井数的73.5%，通过软件预测和现场取样研究，认为该井存在碳酸钙生产结垢的趋势。自2003年起，在这些井区的城市污水净化处理站先后添加了ZG12阻垢剂和JHZG阻垢剂，采用组合添加法，总含量达到10～20mg/L。通过跟踪观察，添加阻垢剂后，各井区气田水中结垢离子浓度显著增加，表明结垢处理能力降低；然而，由于水和石油产量基本保持稳定，并且用阻垢剂作业后并未出现结垢问题，因此可以判断利用阻垢剂能够有效应对结垢问题。

5.水敏性影响预防

通过室内水敏实验数据分析，虽然部分油田地层水敏性不明显，但如果注入水体中的清水比例过大，部分油田净化污水和清水的矿物浓度相差较大，可达10×104mg/L以上，还应注意粘土的水敏性引起的膨胀。例如：马36井区生产的淡水矿物浓度约为17×104mg/L。目前，清洁水的矿物质浓度约为700mg/L。在室内实验中，马36井区岩心在直接加入清液后，因水敏性而导致的粘土膨胀，使测井岩心渗透性降低了70%左右，详见图2。

图2 马36井区岩心注清水时水敏性影响试验对比曲线图

针对水敏性危害，必须在加入水体时添加适当的防膨剂，以控制岩性地层中黏土的增长，防止引起土壤地层渗透性的降低。某油田区目前应用比较多的是JC931防膨剂。在井中进行作业时，可以添加约3%的防膨剂JC931防止水敏性危害，或在遇水敏时，加入防膨剂解堵，总有效井数约60%。此外，通过室内实验筛选出了更先进的FZM防膨剂，该防膨剂在某油田潜江组和新沟嘴组的测井岩心试验中具有良好的防膨效果。该防膨剂采用先进的纳米膜分离工艺，性能独特。它可以通过细孔有效地附着在粘土颗粒表面，从而构成一个很薄的保护膜，有效阻止了黏土粒子扩张和移动，同时具有了保护土壤地层的功能。经过注水驱油实验证明，该防膨剂可增加石油采收率1%～2%，因此具有良好的使用潜力。

6.结论

（1）某油区所处的环境复杂，土壤地层水含盐量高，但部分地区渗透性较低；在注水开采过程中，注水系统与正常采油系统所产生结垢的处理方法和对水敏性危害程度不同，因此必须适时开展注水系统动态监控，并采取相应的有效防控措施，以确保油田有效发展。（2）某油区地层的污水和清液混入时可产生结垢问题，在注水处理过程中适时加以预测并添加相应的阻垢剂即可降低结垢处理对正常工作的危害。（3）从总体上来看，尽管某油区岩层的水敏性并不明显，但在岩心的注入实验中却发现部分地区在加注清液时仍会发生水渗透性明显减少的情况，在这种情形下，政府同样必须采取积极的防治措施，以保证满足油田正常生产的要求。