油田结垢测定及防垢方法研究.doc

毕业论文(设计)题目名称： 油田结垢测定及防垢方法研究 题目类型： 毕业论文 学生姓名： 吴 萌 院 （系）： 石油工程学院 专业班级： 油工10605班 指导教师： 汪伟英教授 辅导教师： 汪伟英教授 时 间： 2010年4月11日至2010年5月29日目录长江大学毕业论文(设计)任务书I油田结垢测定及防垢方法研究开题报告II长江大学毕业论文(设计)指导教师审查意见III长江大学毕业论文(设计)评阅教师评语IV长江大学毕业论文（设计）答辩记录及成绩评定V中文摘要VI英文摘要VII1 前言12 结垢预测32.1 结垢预测方法研究32.2 结垢理论预测83 结垢静态和动态评价实验113.1 静态评价实验113.2 动态评价实验154 防垢方法研究174.1 防垢方法概述174.2 絮凝、防垢剂筛选实验214.3 絮凝、防垢剂效果评价244.4 防垢剂的筛选24结论26参考文献27致谢29长江大学毕业论文(设计)任务书长江大学毕业论文(设计)任务书学院（系） 石油工程学院 专业 石油工程 班级 油工10605班 学生姓名 吴萌 指导教师/职称 汪伟英/教授 1 毕业论文(设计)题目：油田结垢测定及防垢方法研究2 毕业论文(设计)起止时间： 2010 年 4 月 1 日 2010 年 5 月 31 日3 毕业论文(设计)所需资料及原始数据（指导教师选定部分）1）有关防垢和结垢预测的相关文献；2）油田注入水分析资料；3）油田地层水分析资料；4）油田地层水分析资料；4 毕业论文(设计)应完成的主要内容1）油田注入水过程中的结垢预测；2）结垢量测定装置设计；3）结垢动态评价；4）防垢方法研究。5 毕业论文(设计)的目标及具体要求I通过论文的完成培养工程设计能力，要求有较强的动手能力。6 完成毕业论文(设计)所需的条件及上机时数要求上机70学时，实验条件具备。任务书批准日期 年 月 日 教研室(系)主任(签字) 任务书下达日期 年 月 日 指导教师(签字) 完成任务日期 年 月 日 学生（签名） 油田结垢测定及防垢方法研究开题报告油田结垢测定及防垢方法研究开题报告学 生：吴 萌 石油工程学院指导教师: 汪伟英教授 石油工程学院1 题目来源国家大学生创新性实验计划项目注水开发油田结垢对地层的伤害（081048908）2 研究目的和意义注水开发油田是我国和世界其他国家利用最普遍的二次采油方式，随着油田开发时间的增长，产液中的含水率也不断上升，结垢问题也越来越突出。结垢会发生在泄油带、射孔孔眼、油气井井筒、油嘴及地面设备管线中，严重的结垢问题，不仅造成了管线报废、油井作业频繁等一系列问题，还极大地影响了原油生产，给油田造成了巨大的经济损失。结垢是影响油田生产的重要原因，结垢形成以及对地层伤害的机理非常复杂，结垢使缓蚀剂与金属表面难接触成膜，使缓蚀剂达不到应有的效果。结垢还会降低供注水管道和油管的能量，严重时还会引起管道的堵塞。所以，开展此课题的研究，对制定合理的注水开发方案，设计注水过程中的保护储层措施都是十分有利的。预测油田油水系统的结垢趋势，判断结垢趋势的程度或结垢的可能性，并采取有效的防垢措施，控制结垢更是采油工艺和油气水处理工艺中不可忽视的研究课题。3 阅读的主要参考文献及资料名称1 黄磊，汪伟英，汪亚蓉等结垢预测方法研究J断块油气田，2009，16(5) 2 唐灵，杨琳，何建油田注入水碳酸钙结垢预测研究J海洋石油，2009，29(1)3 蒋官澄，马先平，纪朝凤等注水系统结垢趋势预测及影响因素研究J天然气勘探与开发，2006，29(2)4 罗明良，蒲春生，董经武等.无机结垢趋势预测技术在油田开采中的应用J油田化学，2000，17(3)5 李萍油田注水开发中近井地带结垢定量预测J河北建筑科技学院学报，2002，19(2)6 蒋伟，郑云萍，司先锋等油气田结垢预测技术研究进展J河南石油，2006，27 闫方平，董双波，张红静等中原油田文72块注水井结垢趋势预测及实验研究J油田化学，2008，25(3)8 齐连惠，张家骅基于人工神经网络的水力冲灰管道结垢量预测研究J工业水处理，1996，16(1)9 解琪，李霞油田注水系统腐蚀结垢处理技术室内试验研究J江汉石油职工大学学报，2008(4)10 左景栾，任韶然，于洪敏油田防垢技术研究与应用进展J石油工程建设，2008，34(2)11 杨肖曦，赵磊张，丁涌等现河注水井井筒结垢趋势预测及防垢剂评价J.油田化学，2006，23(4)12袁林结垢预测软件(SCALECHEM)在油田注水中的应用J小型油气藏，2005，10(3):36-38，4913 王亭油田污水结垢问题及防垢技术研究进展J中国科技信息，2009(2)14 闫方平，蔡鹏，蔡伟等江苏油田W2断块油井挤注防垢技术研究与应用J石油与天然气化工，2009，38(1)15 马广彦采油井地层深部结垢防治技术石油勘探与开发，2002，29(5)16 李永太，高毅，温哲豪长庆低渗油藏地层结垢防治技术J油田化学，2007，24(2)17 潘恒民，孙庆红，王鑫大庆外围油田油水井清防垢技术J油田化学，2005，22(2)18 张贵才，葛际将，何小娟化学剂防碳酸钙垢的机理研究进展J西安石油大学学报(自然科学版)，2005，20(5)19 潘爱芳，曲志浩，马润勇油田注水开发中水源混配防垢技术J石油与天然气地质，2004，25(1)20 徐振峰，马广彦油田结垢治理技术的改进与提高J石油工业技术监督，2004(4)21 戴彩丽，刘双琦，张志武等涠洲12-1 油田中块油井结垢防治J中国海上油气，2006，18(4)22 左景栾，任韶然，樊择霞等 油井防垢：防垢剂挤注技术J油田化学，2008，25(2)23 樊择霞，任韶然，王杰祥等油田防垢挤注技术的研究与应用J油气地质与采收率，2007，14(5)24 李世荣，王宏伟，岳潘东油水井清防垢工艺技术研究J油气田地面工程，2007(11)25 王世强，王笑菡，王勇油田结垢及防垢动态评价方法的应用研究J中国海上油气（工程），1997，9(1)26 闰方平，任韶然，樊泽霞等井下挤注用防垢剂的选择与实验评价方法J石油与天然气化工，2007，36(6)27 郑明科盘古梁油田防垢技术研究D西安石油大学，200628 闫方平江苏油田韦2区块挤注防垢技术研究D中国石油大学，200829 庞丽娜纯化油区地层结垢机理及防治技术研究D中国石油大学，200830 周军窦，照音绿色防垢技术M化学工业出版社，200431 SSzymzak， SPE，J.MBrown，SPE，S.Noe，SPE，andGGallup，BJ Chemical Services. Long-Term Scale Inhibiton Using solid Scale Inhibition in a Fracture FluidSPE10272032 Grey Darby， SPE， Doug Uhig ， SPE， and Jason Steckler， SPE， BJ Service Company， and John Martin， SPE， Apache Coporation.Scale Prevention Application of a Chemical Technology That Has Been Effectively and Economically Applied to a 420F，13500-Ft-Deep，Gulf of Mexico(GOM) Well to Prevent Lead and Zinc DepositionSPE12415533Stiff H A Davis L E. A method of predicting the tendency of oil field water to deposit calcium carbonateJ Petro. Trans AIME 1952 (195):213-2201.34 Stiff H A， Davis L E A method of predicting the tendency of oilfield water to deposit calcium sulfateJ. Petro Trans. AIME 1952（195）:25-3235Skillman HF， McDonald J P Jr， Stiff HA Jr. A Simple， Accurate， Fast Method for Calculating Calcium Sulfate Solubility in Oil field Brine. Paper Presented at the Spring Meeting of the Southwestern District， API. Lubock， Texas， March 12-14，1969.36 Vetter O J， Phillips R C. J Petrol Technol， 1970，(5):1 2991 308.37 Oddo J E， Sloan K M. Tomson B M. J Petrol Technol，1982，(5):2 4092 412.38 Yuan M D et al. SPE 18 484.39 Oddo J E， Tomon M B. Soc Petrol Engrs Petrol Eng， 1994，(2):4753.4 国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向油田注水开发时，随着注入水向油井推进，使油井含水率不断升高，最终导致油井近井地带、采油井井筒、井下设备、地面管线及设备出现严重的结垢现象.此外，当系统的温度、压力、pH值等发生变化时，地下储层、射孔孔眼、井筒、井下泵、地面油气集输设备管线内也会形成结垢；同时，如果采用污水回注的开发方式，还可能导致注水泵、注水管线及注水井井底结垢。结垢给油田生产带来严重危害和经济损失，此类问题已成为石油工业中重点研究的课题。4.1 无机结垢预测的现状和发展趋势与研究的主攻方向对于油田无机结垢预测，国内外提出了很多方法，总结起来主要有三种：静态实验预测法；简单化学计算预测法；计算机预测法。4.1.1静态实验预测法模拟地层温度、压力及水的化学组成进行静态实验，通过测定成垢离子质量浓度变化来判断结垢类型和测量沉淀量。4.1.2简单化学计算预测法以化学平衡理论及有关平衡常数和溶解度测定数据为基础，建立简单的计算公式来预测结垢趋势.为实现简单计算的目的，计算公式中常忽略某些因素的影响.常用的化学计算方法有：朗格利尔（Langelier）饱和指数法，斯蒂夫-戴维斯（Stiff-Davis）饱和指数法，斯克尔曼（Skillman）热力学溶解度法.简单化学计算预测方法多是60年代之前提出的，虽使用方便，但预测结果准确度较低，且只能给出是否结垢的判定，不能给出结垢量.因此，该方法只适合做结垢可能性的初步判断，不适合做结垢趋势的准确预测.目前，国内外已很少应用这种方法进行油田结垢的预测。4.1.3计算机预测法根据化学平衡原理及大量有关平衡常数和溶解度测定数据建立综合考虑各种影响因素的数学模型，在计算机上实现复杂的数值计算来预测结垢趋势。计算机预测方法完全克服了静态实验预测法和简单化学计算预测法的缺点，目前为国内外广泛采用.计算机预测法的核心是预测模型，八十年代Oddo和Tomson、Vetter、Todd和Yuan在简单化学计算预测方法的基础上，分别针对碳酸钙结垢和硫酸盐结垢提出了改进的预测模型，模型综合考虑了多种影响因素；九十年代，Haarberg和Se1m、Oddo和Tomson在以前工作的基础上发展了更完善的预测模型，模型不但能预测硫酸盐结垢，也能预测碳酸钙结垢；近期Schulien.S建立了综合热力学、动力学、流体动力学因素的预测模型，O.J.Vetter建立了包括油、气、水三相PVT特征、三相流量、CO2质量浓度及其在油气水中的分配等因素的碳酸钙预测模型.在预测模型研究的基础上，国外八十年代开始相继开发了多种预测软件，国内的预测软件开发始于九十年代初期.九十年代初，长庆油田与山东大学合作最早推出了硫酸盐结垢预测软件SDCQPC；1996年西北大学贾红育博士开发出了碳酸钙结垢预测软件OFCCSTP，1997年贾红育博士又在OFCCSTP的基础上开发了综合预测硫酸盐和碳酸盐结垢的预测软件OFISTP，目前已发展形成了较为完善的OFISTP3.0.OFISTP3.0是国内比较成熟的能预测各种油田无机结垢趋势的实用软件，软件预测模型依据充分，数值计算科学可靠，计算流程科学合理，模块设计充分考虑了油田结垢的形成机理，界面友好，操作简便，预测结果准确可靠.在国内六个油田的应用结果表明，软件预测结果与油田实际结垢情况比较吻合。目前，国内外开发的结垢预测软件大多数都是应用仅考虑了各种热力学影响因素的预测模型，模型中基本没有考虑结晶动力学和流体动力学因素的影响.因此，结垢预测研究的发展趋势是加强基础研究，建立综合考虑各种热力学、结晶动力学和流体动力学影响因素的预测模型.另外，这些研究大都是定性的预测，关于结垢量、结垢周期及结垢部位的预测方面的研究还很少，这些都是急需解决的问题。4.2 防垢方法的研究现状和发展趋势及研究的主攻方向4.2.1防垢方法关于防垢方法，目前国内外对油田垢的防治方法有很多种，主要分为物理方法、化学方法和工艺方法.物理法的防垢机理是应用某些物理仪器设备的功能抑制垢的形成；化学法的防垢机理是应用化学防垢剂的某些特性阻止垢的生成；工艺法的防垢机理是改变或控制某些作业工艺条件来破坏或减少垢的生成。4.2.2不同防垢方法的防垢机理及应用超声波处理：间接处理流体，可明显降低结垢速度；超声波频率振荡，促使微晶分散而难于长大沉淀.应用前景广阔。磁处理：用永久磁铁和电磁铁设备防垢，外加强磁场可影响水中离子间吸引力，改变无机盐结晶.用于含盐量 0 时， 表示过饱和状态或有形成垢的条件； IS 0 时，表示欠饱和状态，或不能形成垢。（2）硫酸盐垢的饱和指数方程硫酸盐垢主要有五种，分别为石膏(CaSO4/2H2O)、半水石膏(CaSO4/0.5 H2O)、无水石膏(CaSO4)、硫酸钡和硫酸锶。其对应的饱和指数方程如式(4)、式(5)、式(6)、式(7) 和式(8) 所示。石膏(CaSO4/2H2O)的饱和指数方程：IS = lgCa2+ SO42- + 3.47 + 1.8 10-3 (1.8t + 32) +2.5 10- 6 (1.8t + 32)2 - 855. 5 10- 5P - 1.13 Si1/2+0.37Si - 2.0 10- 3 Si1/2 (1.8t + 32) （4） 半水石膏(CaSO4/0.5 H2O )饱和指数方程：IS = lg Ca2+ SO42- + 4.04 - 1.9 10- 3 (1.8t + 32) +11.9 10- 6 (1.8t + 32)2 - 1000. 5 10- 5P - 1.66 Si1/2+0.49Si - 0.66 10- 3 Si1/2 (1.8t + 32) （5）无水石膏(CaSO4)的饱和指数方程：IS = lg Ca2+ SO 42- + 2.52 + 9.9810- 3(1.8t +32) -0.9710- 6 (1.8t + 32)2 - 445.15 10- 5P - 1.09 Si1/2+0.50Si - 3.3 10- 3 Si1/2 (1.8t + 32) （6）硫酸锶的饱和指数方程： IS = lgSr2+ SO 42- + 6. 11 + 2. 0 10- 3 (1. 8t + 32) +6. 4 10- 6 (1. 8t + 32) 2 - 667 10- 5P - 1. 89 Si1/2 +0. 67Si - 1. 9 10- 3 Si1/2 (1. 8t + 32) （7）硫酸钡的饱和指数方程：IS = lg Ba2+ SO42- +10. 03 - 4. 8 10- 3 (1. 8t + 32) +11. 4 10- 6 (1. 8t + 32) 2 - 696 10- 5P - 2. 62 Si1/2 +0. 89Si - 2. 0 10- 3 Si1/2 (1. 8t + 32) （8）（3）碳酸钙垢的饱和指数方程 Is=lgCCa2+CHCO3-+PH+9.8810-3(1.8t+32)+0.6110-6(1.8t+32)2-439.3510-5P -2.348Si1/2+0.77Si-2.76 （9）因溶液中多种离子共存，难以求得活度系数，且游离离子溶液的活度系数接近1， 故实际预测中以浓度代替活度。欲求硫酸盐的IS，需要知道游离金属离子和游离SO42-离子的浓度，这是因为在溶液中金属离子与SO42- 络合或生成离子对，而络合程度则取决于溶液的温度、压力、离子强度以及金属离子和硫酸根离子的总浓度。lgKst = 1. 86 + 4. 5 10- 3 (1. 8t + 32) -1. 2 10- 6 (1.8t + 32) 2 + 1551.5 10- 5P-2. 38 Si1/2 + 0. 58 Si - 1. 3 10- 3Si1/2 (1. 8t + 32) （10）Kst为稳定常数 Cm = Cca+ Cmg+ Csr+ CBa （11）Cm为阳离子总浓度单位为mol/L SO42-=-1+Kst(CmCso4)+1+Kst(Cm-Cso4)2+4KstCso41/2/(2Kst) （12） Mg2+=CMg2+/1+KstSO42- （13）Ca2+=CCa2+/1+KstSO42- （14）Sr2+=CSr2+/1+KstSO42 （15）Ba2+=CBa2+/1+KstSO42- （16）Si = 0.5 (C1Z21+ C2Z22+ CnZ2n) （17）其中C1、C2Cn 为溶液中各种离子浓度， Z1、Z2Zn 为各种离子电荷数式中：CCa2+、CMg2+CHCO3-钙离子、镁离子碳酸氢根离子的浓度，mol/L；t 温度，；P总绝对压力，MPa；Si离子强度，mol/L；SO42- 硫酸根离子的活度，mol/L；Mg2+镁离子的活度，mol/L；Ca2+钙离子的活度，mol/L；Sr2+锶离子的活度，mol/L；Ba2+钡离子的活度，mol/L；在预测结垢时，需作以下说明22:硫酸钙有三种形态，而具体生成哪种形态主要由温度条件决定。通常在80121区间内，三种形态都有可能形成。而在上述区间的低温端一般形成石膏(CaSO42H2O)；高温端则生成无水石膏(CaSO4)，但一旦温度高于121，生成的石膏一定为无水石膏。MgCO3垢是另一种形成水垢的物质，它在水中的溶解性能和CaCO3相似，它的溶解反应如下：MgCO3+CO2+H2OMg(HCO3)2与CaCO3一样，MgCO3在水中