任丘油田电潜泵结垢的微观形态与形成机理.pdf

第3 3 卷第1 期 2 0 0 4 年1 月 中国矿业大学学报 J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g ＆T e c h n o l o g y V 0 1 ．3 3N o ．1 J a n ．2 0 0 4 文章编号；1 0 1 0 ，1 9 6 4 2 0 0 4 0 1 0 0 0 6O S 任丘油田电潜泵结垢的微观形态与形成机理 冯启言，李向东，韩宝平 中国矿业大学环境与测绘学院，江苏徐州2 2 1 0 0 8 摘要利用x 一衍射、能谱分析、包裹体测试及水化学模拟，研究了任丘油田电潜泵结垢的物质组 成、微观结构及形成机理．结果表明，鲒垢主要由方解石、文石和白云石组成，取决于油田水的化 学成分，其常量化学组分主要为C a O ，S i O 。，M g O 组成，舍少量F e O 和A I 。O 。；结垢中微量元素以 S r ，z n ，B a 为主，其最高含量分别为6 ．8 7 ，1 ．8 0 8 和0 ．8 9 9m g ／g ，是储层中含量的几十倍至几百 倍，说明鲒垢过程也是微量元素高度富集的过程；结垢中有机质含量也较高，含量1 9 ％～2 3 ％． 扫描电镜揭示，结垢晶体总体上是层状堆积，许多部位有晶簇聚生现象，晶彤不好，由于快速堆积 结垢中舍有大量的气孔和包裹体．结垢包裹体的均一温度为1 0 2 ～1 2 0 ℃，反映了结垢的形成温 度．P H R E E Q C 模拟结果则说明，结垢的形成受温度和C O 。分压共同控制，C O 分压越低、温度 越高则越容易结垢． 关键词结垢；微观形态；包裹体；水化学模拟；任丘油田 中图分类号P6 4 1 ．4文献标识码A S c a l i n gM e c h a n i s ma n dM i c r o s t r u c t u r e so fS c a l e o nS i n k i n gP u m p ，R e n q i uO i l f i e l d F E N GQ i y a n ，L IX i a n g d o n g ，H A NB a o p i n g S c h o o lo fE n v i r o n m e n t a lS c i e n c ea n dS p a t i a lI n f o r m a t i o n ，C U M T ，X u z h o u ，J i a n g s u2 2 1 0 0 8 ，C h i n a A b s t r a c t S c a l i n go no i lp u m ph a sag r e a tn e g a t i v ei m p a c to no i le x t r a c t i o ni nR e n q i uo i l f i e l d ．N o r t h C h i n a ．B a s e do nd a t ao fc o m p o s i t i o na n a l y s i s ，X r a y ，S E M ，i n c l u s i o nt e s t ，a n dh y d r o g e o c h e m i c a l s i m u l a t i o n ，m i c r o s t r u c t u r e so fs c a l ei n s i d et h eo i lp u m p sa n ds c a l i n gm e c h a n i s mw e r es t u d i e d ．T h e s c a l ei sc o m p o s e do fc a l c i t e ，a r a g o n i t ea n dd o l o m i t e ，w h i c ha r ed e t e r m i n e db yt h ec o m p o s i t i o no f o i l f i e l dw a t e r ．T h em a j o rc h e m i c a Ic o m p o n e n t si n c l u d eC a O ，M g Oa n dS i 0 2 ．A n dt h es e a l eh a sa h i g hc o n t e n to { o r g a n i s m 1 9 ％- - 2 3 ％ a n dt r a c ee l e m e n t ss u c ha sS r 6 ．8 7 2m g ／g ，z n 1 ．8 0 8 m g ／g a n dB a 0 ．8 9 9m g ／g w h i c ha r em u c hh i g h e rt h a nt h a ti nr e s e r v o i r ．P i c t u r e sf r o mS E M i n d i c a t e st h a tt h ec a l c i t eo r a r a g o n i t eh a sad e { o r m e dc r y s t a ls t r u c l u r eb e c a u s eo ft h er a p i d a c c u m u l a t i o n ．I nt h es u r f a c ea n dp r o f i l eo fs c a l et h e r ei sal a r g ea m o u n to f g a sb u b b l e sa n d i n c l u s i o n s ．T h ea v e r a g et e m p e r a t u r eo fi n c l u s i o n si sa b o u t1 0 2 1 2 0 ℃w h i c hs h o w st h es e a l i n g t e m p e r a t u r e ．C a l c u l a t i o nr e s u l tw i t hP H R E E Q Ci n d i c a t e st h a tC 0 2p a r t i a lp r e s s u r e p c o 。 a n d t e m p e r a t u r ec o n t r o l st h ec o n d i t i o n so fs c a l i n ga n dt h ed r o p p i n go fp ∞。a n dr i s i n go ft e m p e r a t u r e c a u s e ds e d i m e n to fc a r b o n a t e ． K e yw o r d s s c a l e ；m i c r o s t r u c t u r e ；i n f l u e n ti n c l u s i o n ；s i m u l a t i o no fh y d r o g e o c h e m i s t r y ‘R e n q i u o i l f i e l d 在碳酸盐岩油藏，开发破坏了储层的水岩作用平衡，尤其是大规模的注水开发，可以在短时问内 收稿日期t2 0 0 3 0 5 1 8 基金项目。国家自然科学基金项目 A 类4 9 6 7 2 1 5 9 作者筒介；冯启] 芎 1 9 6 4 一 ，男，山东省五莲县人．中国矿业大学教授，博士生导师，工学博士，从事水文地质学与环境工程方面的研究． 万方数据 第1 期冯启言等任丘油田电潜泵结垢的微观形态与形成机理 改变油田的水化学场、水动力场、水温度场，造成矿 物的溶蚀与沉淀，而沉淀作用可以形成储层、注水 井和开采井的结垢．常见的油田水结垢有方解石、 文石、白云石、石膏、硬石膏、天青石、重晶石及铁的 化合物，它们直接影响到储层的储渗性能、注水井 的注水效率和开采井的生产效率，因此，结垢是油 田水质控制的最严重的问题之一．对碳酸盐岩矿物 的溶蚀与沉淀机理已研究得比较深人口“] ，对油田 结垢问题国内外学者也进行过较深入的研究”1 1 ⋯， 并采用饱和指数法对不同的油田进行了结垢预测， 王鑫口“、S o r b i eK ．S ．E 1 3 3 ，S ．J ．D y e r 【⋯研究了注水 开采过程中的油田结垢形成条件，尤其是温度、压 力对结垢的影响；，R i c h a r dA ．D a w e [ 1 5 3 研究了 C a C O 。结垢的形成过程和机理．上述研究表明，油 田结垢与C O 。分压、温度、油层压力、有机酸含量 密切相关，其中，C O 。分压和温度是主要的影响因 素，油田的结垢趋势可用饱和指数预测．本文在微 观测试、成分测试、包裹体测试和模拟计算基础上， 重点探讨开采井电潜泵结垢的微观特征、物质组成 及结垢的形成机理． 1电潜泵结垢概况 任丘油田为古潜山碳酸盐岩油藏，储层为蓟县 系雾迷山组白云岩，原始油水界面深35 1 0m ，温 度9 0 ～1 2 7 ℃．该油田从1 9 7 5 年正式投产，现在已 进入后期挖潜阶段．开采方式经历了自喷、注水加 压自流和机械抽提三个阶段，抽油工具为电潜泵． 自1 9 9 7 年部分开采井的电潜泵开始出现结垢问 题，1 9 9 8 年结垢越来越严重，结垢井数愈来愈多． 正常情况下电潜泵可使用数年，有的电潜泵已运行 了约7f t ．，仍在正常运行，但结垢井最严重者仅2 0 多天就要换泵，严重影响了生产．主要结垢部位出 现在叶轮、电极外壳和泵体外表．结垢严重的井有 任平1 井、5 4 井、6 6 井、3 0 1 井、3 3 0 井、3 7 0 井和 4 3 6 井，分析测试样品取自5 4 井和4 3 6 井． 2 结垢的微观形态 结垢样品平均厚度0 ．4 5c I n ，灰黄色，表面上 微孔隙发育，断面上发育微层理．对样品首先用三 氯甲烷浸泡，去除表面吸附物，然后进行喷金，用扫 描电镜分别对结垢的平面和断面进行观察， 结垢平面样品观察可见，由于油田水处于过饱 和状态且温度较高，方解石晶体生长速度较快，造 成晶形不是十分完整．总体上层状堆积，但在许多 部位有晶簇聚生现象 图1 a ，b ．由于快速堆积过 程中包裹了许多气体，因此，在电潜泵旋转振动过 程中结垢内气体逸出，在晶体表面形成大量气孔 图l c ． 结垢断面显示层状结构，由于快速生长，又无 压实作用，且气体在非固化时逸出，形成结构松散、 孔隙发育之特征．气孔构造在断面上呈层状，在晶 体表面上表现为一个个环套状深孔，图1 d 和图1 e 清楚地记录了电潜泵结垢内气泡的逸出过程和结 垢的生长过程． 图1 结垢的扫描电镜照片 F i g ．1 S E Mp i c t u r e so fs c a l i n g 3 结垢的物质组成 戮键罢缝紫蒉鲶拟B a 器娄 利用I C P 四极联测、x - 衍射仪和扫描电镜所为主，其含量是油田水中含量的几十倍至几千倍， 附的能谱仪对任5 4 ，4 3 6 井的结垢进行了化学成 这不仅反映了油田水的性质，同时也说明结垢过程 分、矿物成分分析．任4 3 6 井泵体结垢的化学组成 也是微量元素高度浓缩的过程．矿物成分以方解石 万方数据 中国矿业大学学报 第3 3 卷 为主 图z ，含量5 0 ％～6 2 ．5 ％；有机质含量较高， 含量19 肛z 3o A ，另外还有石英等少量酸不溶物． 表14 3 6 井结垢化学成分 T a b l e1C h e m i c a lc o m p o s i t i o no f s c a l e 仲 常量元素 ／“ 尘坚 旦 皇旦生竺生 垡型 里型 生垦z 殳翼里翌 旦 里塑圭塑 4 6 ．6 52 ．4 0 7 9 ．0 70 ．9 600 4 60 ．0 0 8 1 5 52 1 6 02 0 5 1 2 00 ．5 1 2 50 ．5 0 ．3 1 5 1 1 00 ．2 5 1 1 001 5 5 1 i 0 6 结论 对5 4 井、4 3 6 井电泵结垢的研究表明，结垢中 常量组分以C a O ，S i O ，M g O 为主，含大量的有机 质；结垢中微量元素高度富集，s r ，z n ，B a 的含量是 储层中含量的几十到几百倍；矿物成分中以方解 石、文石为主，少量白云石，反映了油田水的性质． 扫描电镜下，结垢呈层状堆积，断面中见大量气体 逸出形成的孔涡．C O 。分压和温度是结垢的主要影 响因素，C O 。分压降低和温度升高都会引起碳酸盐 结垢． 参考文献 S j o b e rEL ．M i x e dk i n e t i c sc o n t r o lo fc a l e i r ed i s s o l u t i o n [ J ] ．S C iC , e o lM e m ．1 9 8 3 ，7 1 ；1 1 9 1 2 6 ． P l u m m e rLN ．B u s e n b e r gE ．T h es o l u b i l i t e so f c a l c i t e ．a r a g o n i t e ．a n dv a t e r i t ei nC 0 2 一H 2 0s o l u t i o n s b e t w e e n0a n d9 0 ℃a n da ne v a l u a t i o no ft h ea q u e o u s m o d e lf o rt h es y s t e mC a C O l _ W 2 _ C O H 2 0 [ J ] ．C , e o c h i m C o s m o c h i mA c t a ，1 9 8 2 ．4 8 1 0 1 1 1 0 4 0 ． 王铁冠，张枝焕．油藏地球化学的理论与实践[ J ] ．科 学通报，1 9 9 7 ，4 2 1 9 t 2 0 1 7 2 0 2 5 ． 韩宝平．任丘油田雾迷山组油藏水一岩作用及其储渗 性船的演变[ D ] ．徐州中国矿业大学地质系．1 9 9 8 ， 杨俊杰，张文正，黄恩静，等．埋藏成岩作用的温压条 件下白云岩溶解过程的实验模拟研究口] ．沉积学 报，1 9 9 5 ，1 3 3 1 8 38 8 ． [ 6 ]黄尚瑜，宋焕荣．油气储层的深岩溶作用[ J ] ．中国岩 溶，1 9 9 7 ，1 8 3 1 8 9 1 9 8 ． [ 7 ] O d d oJE ，T o m s o nMB ．S i m p l i f i e dc a l c u l a t i o nC a C 0 3 s a t u r a t i o na th i g ht e m p e r a t u r e sa n dp r e s s u r e si nb r i n e s o l u t i o n [ J ] ．P e t r o l e u mJ o u r n a lo lT e c h n o l o g y ，1 9 8 2 ， 3 4 7 ． [ 8 ] Z h a n g Y P 。S h a w H ，F a r q u h a r R ，e la 1 ．T h ek i n e t i c s o fc a r D o n a t es c a l i n ga p p l i c a t i o nf o rt h ep r e d i c t i o no f d o w n h o l ec a r h o n a t es c a l i r L g [ ] ] ．J o u r n a lo fP e t r o l e u m S c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g 2 0 0 1 t 2 9 8 5 9 5 ． t g ] 王杰祥，秦积舜．樊泽霞．饱和指数法在歧口1 72 油田 结垢预测中的应用口] ．石油大学学报，1 9 9 8 ，2 2 【4 5 2 5 4 ． E 1 0 3 余维初，舒福昌．梅平．宝良油田地层结垢动态影 响因素研究[ J ] ．江汉石油学院学报，2 0 0 0 ．2 2 3 9 0 9 1 ． [ 1 1 ] 王香增．吴新民．中原油田储层结垢预测口] ．西安石 油学院学报．1 9 9 9 ．1 4 4 4 2 4 5 ． [ 1 2 ] 王 鑫，张玉奎．榆树林注水井结垢及其机理研究 [ J ] ．油田化学，1 9 9 7 ，1 4 2 1 3 9 1 4 2 ． E 1 3 ] S o r b i eKS ，M a c k a yEJ ．M i x i n go fi n j e c t e d ．c o n n a t e a n da q u i f e rb r i n e si nw a t e rf l o o d i n ga n di t sr e l e v a n c e t oo i l f i e l ds c a l i n g [ J ] ．J o u r n a lo fP e t r o l e u mS c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g ，2 0 0 0 ，2 7 8 5 1 0 6 ． [ 1 4 ] D y e rSJ ，G r a h a mGM ．T h ee f f e c to ft e m p e r a t u r e a n dp r e s s u r eo no i l f i e l ds c a l ef o r m a t i o n [ J ] ．J o u r n a lo f P e t r o l e u mS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g ，2 0 0 2 ，3 5 9 5 1 0 7 ． [ 1 5 ] D a w eRA ，Z h a n gYP ．K i n e t i c so fc a l c i u m c a r b o n a t es c a l i n gu s i n go b s e r v a t i o n sf r o m g l a s s m i e r o m o d e l s [ J ] ．J o u r n a lo fP e t r o l e u mS c i e n c ea n d E n g i n e e r i n g ，19 9 7 ，1 8 1 7 9 1 8 7 ． 责任编辑李成俊 叫 啪 啪 刚 田 万方数据