玛湖凹陷风城组碱盐井筒结盐规律探究.pdf
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1、第19卷 第3期 新疆石油天然气Vol.19 No.3 2023年9月 Xinjiang Oil&GasSept.2023基金项目:中国石油集团公司重大科技专项“油田用化工新材料产品开发”(2020E-28)。第一作者:吴定莹(1997-),西南石油大学材料与化工专业在读硕士研究生。(Tel)13541812394(E-mail)通讯作者:郭拥军(1973-),1999年毕业于西南石油大学化学化工学院应用化学专业,博士,研究员,主要从事油田功能化学剂研究及储层改造增产技术研究工作。(Tel)13990868622(E-mail)文章编号:16732677(2023)03042-07DOI:10
2、.12388/j.issn.1673-2677.2023.03.007玛湖凹陷风城组碱盐井筒结盐规律探究吴定莹1,蒲迪2,3,郑苗4,尹剑宇4,罗平亚2,郭拥军1,2,3(1.西南石油大学化学化工学院,四川成都 610500;2.西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,四川成都 610500;3.四川光亚聚合物化工有限公司,四川南充 637900;4.中国石油新疆油田分公司工程技术研究院(监理公司),新疆克拉玛依 834000)摘要:玛湖凹陷风城组碱盐地层压裂后排采过程中存在井筒结盐的问题,但结盐规律尚不明确。通过静态和动态结盐评价实验研究了结盐率的油藏条件影响因素以及生产过程中流速和
3、产气量对井筒结盐的影响,明确了井筒结盐规律。结果表明:温度对三种典型盐溶解度影响程度由强至弱依次为碳酸钠、碳酸氢钠、氯化钠;明确了不同组成复合盐溶液析出盐晶的边界条件(总盐度、离子配比)及对应盐晶类型;在相同盐度下,不同组成复合盐析出程度介于单独盐之间,析出盐优先顺序依次为碳酸氢钠、碳酸钠、氯化钠,与各种盐溶解度随温度变化规律一致;随着流速、产气量的增加,结盐量均先增加后减少,当日产液量为40 m3/d、气液比为200 m3/L时,结盐量最大。对碱盐井筒结盐规律的研究可指导生产过程排采参数的合理设置,在一定程度上延缓返排阶段井筒结盐问题,保障压后顺利试油,为后期生产过程中风城组碱盐地层防盐措施
4、的制定提供理论依据。关键词:玛湖凹陷;风城组;井筒结盐;碳酸钠;碳酸氢钠;压裂返排中图分类号:TE357.1+2文献标识码:AStudy on the Law of Wellbore Alkali-Salt Deposition in Fengcheng Formation of Mahu SagWU Dingying1,PU Di2,3,ZHENG Miao4,YIN Jianyu4,LUO Pingya2,GUO Yongjun1,2,3(1.College of Chemistry and Chemical Engineering,Southwest Petroleum Universi
5、ty,Chengdu 610500,Sichuan,China;2.State Key Laboratory of Oil&Gas Reservoir Geology and Exploitation,Southwest Petroleum University,Chengdu 610500,Sichuan,China;3.Si-chuan Guangya Polymer Chemical Co.,Ltd.,Nanchong 637900,Sichuan,China;4.Research Institute of Engineering Technology,PetroChina Xinjia
6、ng Oilfield Company,Karamay 834000,Xinjiang,China)Abstract:The post-frac flowback and production of the alkali-salt layers of Fengcheng Formation in Mahu Sag suffer from wellbore salt deposition,but the salt deposition law remains unclear.Therefore,through static and dynamic salt precipitation evalu
7、ation experi-ments,the reservoir conditions affecting the salt precipitation rate and the impacts of flow rate and gas production on wellbore salt depo-sition in the production process are investigated to clarify the wellbore salt deposition law.The results show that the three typical salts,with the
8、ir solubility from most to least sensitive to temperature,are sodium carbonate,sodium bicarbonate and sodium chloride.More-over,the boundary conditions(total salinity and ion composition)and salt crystal types of salt crystal precipitation are defined for com-posite salt solutions with different com
9、positions.Under the same salinity,the precipitation degrees of composite salts with different compositions are between those of the individual salt,and the priority orders of salt precipitation are sodium bicarbonate,sodium car-bonate and sodium chloride,which is consistent with the change of solubi
10、lity of various salts with temperature.With the increasing flow rate and gas production,the salt deposition first grows and then declines.The salt deposition peaks in the case of the daily liquid pro-duction of 40 m3/L and the gas-liquid ratio of 200 m3/L.The study on the salt deposition law in alka
11、li-salt wells helps to set reasonable 42吴定莹,等:玛湖凹陷风城组碱盐井筒结盐规律探究第19卷 第3期玛湖凹陷二叠系风城组地层发育全球迄今最古老的广覆式碱湖型优质烃源岩,生排烃量大,为晚期排烃,具有广阔的致密油勘采前景1-5。开发效果较好的井区在开发末期扩容压裂复产5井,目前单井日均产油量4.6 t/d。但风城组地层岩性复杂6-12,盐类矿物主要包括方解石、碳钠钙石、碳酸氢钠石、碱矿(重碳酸钠石、天然碱)、硅硼钠石等,地层水呈中强碱性和高矿化度的特点。由于其特殊的地层矿物特征,在体积压裂开发过程中,通过高盐地层传输的各种流体都有可能在地层通道、传输管道、
12、电潜泵等设备上形成盐层13,造成井筒堵塞,严重者还会影响试油生产。目前,玛湖凹陷风城组地层在试油试采过程中常伴随大量结垢,尤其在碱湖中心区域矿化度高,结垢作用强,经初步分析其盐垢以碳酸氢钠、碳酸钠为主。而国内外报道的针对性研究主要围绕氯化钠可溶性盐、碳酸钙、硫酸钙难溶盐垢等13-16,且碱性碳酸钠和碳酸氢钠的理化性质与氯化钠具有较大差异(如pH、溶解度、状态等17),所以对碱盐井筒结垢规律的研究非常有必要。盐垢的形成过程经历两个阶段:一是在地层水达到饱和或过饱和状态后盐垢开始析出阶段;二是析出盐的聚集沉积阶段18。很多因素都会使地层水达到饱和或者过饱和状态,除了盐溶液化学性质(矿化度、离子组成
13、)外,还受温度、流速及产气量等因素的影响。大量学者19-22研究了各因素对以氯化钠、碳酸钙等为主的盐垢析出的影响规律,而目前对于可溶性碱盐(碳酸钠、碳酸氢钠)结盐规律尚不清楚,鲜少见相关研究。本文重点开展碱性盐垢形成规律相关实验研究,弄清温度、盐度、离子组成、流速及产气量等因素对碱性盐垢井筒结盐影响规律,为现场生产中防盐措施的制定提供理论依据。1 实验部分1.1 材料与仪器1.1.1 实验材料氯 化 钠(NaCl)、碳 酸 氢 钠(NaHCO3)、碳 酸 钠(Na2CO3)(分析纯,成都市科隆化学品有限公司);纯水(成都超纯科技有限公司);甲基橙(纯度99%,成都市科隆化学品有限公司);酚酞、
14、浓硫酸(纯度98%,成都市科隆化学品有限公司);氮气(成都新炬化工有限公司)。1.1.2 实验仪器集热式磁力搅拌器(DF-101S,常州市金坛科兴仪器厂);真空干燥箱(DZF-6010,巩义市予华仪器有限公司);冷却液循环泵(DLSB-5/20,郑州市亚荣仪器有限公司);循环水式真空泵(SHZ-D-,巩义市予华仪器有限责任公司);电子天平(JA5002,上海蒲春计量仪器有限公司);电热鼓风干燥箱(WXU112,佛山市赢海精密仪器设备有限公司);优普系列超纯水机(UPH-10T,成都超纯科技有限公司);酸式滴定管(25 mL,郑州莱浦生物科技有限公司);微机型氯离子计(JH-PXS-CL,青岛景
15、弘环保科技有限公司);100目筛网(浙江上虞市华丰五金仪器有限公司)。1.2 实验方法1.2.1 溶解度测试方法采用重量法测试氯化钠、碳酸氢钠、碳酸钠三种单独盐溶解度曲线。常压条件下,在90 下配制足量过饱和盐溶液,依次降低温度,维持温度搅拌3 min,静置5 min后用移液管取上层清液10 mL(降温过程中保持搅拌状态),将取出清液放置120 干燥箱中烘干后称重(碳酸氢钠在50 真空干燥箱下烘干)。1.2.2 结盐率测试方法配制不同离子配比及盐度的盐水,在50 下搅拌溶解,然后取出置于10 中冷却至析出量达到平衡,观察其溶液析出情况,并经抽滤、烘干。含有碳酸氢钠的复合盐在真空干燥箱(0.09
16、 MPa、45)中干燥2 h;而含高浓度(20%)碳酸钠的复合盐在120 烘箱中烘干后称重。结盐率按公式(1)计算,该结盐评价方法为静态法,适用于盐度及离子配比对结盐的影响研究。实验目标盐溶液盐度最高为饱和溶液。结盐率=实验结盐量对应溶质质量100%(1)1.2.3 流速对结盐影响规律模拟方法为研究流速对结盐的影响,采用筛网法18模拟井筒结盐过程,实验装置见图1。drainage parameters,delay the salt deposition during flowback,ensure the smooth completion of formation testing after
17、 fracturing,and provide a theoretical basis for on-site salt prevention measures in the later production from Fengcheng Formation alkali-salt layers.Key words:Mahu Sag;Fengcheng Formation;wellbore salt deposition;sodium carbonate;sodium bicarbonate;post-frac flowback引用:吴定莹,蒲迪,郑苗,等.玛湖凹陷风城组碱盐井筒结盐规律探究
18、J.新疆石油天然气,2023,19(3):42-48.Cite:WU Dingying,PU Di,ZHENG Miao,et al.Study on the law of wellbore alkali-salt deposition in Fengcheng Formation of Mahu Sag J.Xinjiang Oil&Gas,2023,19(3):42-48.43新疆石油天然气2023年图1 模拟井筒结盐实验装置示意图设置搅拌速度为200 r/min,在50 条件下配制目标饱和溶液,再分别设置一定泵速(见表1),使盐水在套管(管径10 mm,管长1 m)内不断循环,套管用10
19、 自来水循环冷却。观察筛网(100目)上的结盐情况,定时拍照记录。每次实验前,对放入的筛网称重,记下筛网的质量M0;实验结束后(以筛网堵塞为标准),分别取出筛网和套管内盐水(含盐晶),经抽滤、干燥及称重,记录附着盐晶的筛网质量M1以及套管盐晶质量M2。结盐量按公式(2)计算,该结盐评价方法为动态法,适用于流速和产气量对结盐的影响研究。Y=M1+M2-M0(2)式中Y结盐量,g;M0筛网质量,g;M1含盐筛网质量,g;M2套管结盐量,g。表1 井筒产液量与流速关系产液量/(m3d-1)流速/(ms-1)泵速/(mLmin-1)200.021100.0300.030141.3400.042200.
20、0500.055260.0650.068320.0800.080378.6油管内径:118.62 mm。1.2.4 产气量对结盐影响规律模拟方法根据1.2.3流速对盐晶析出影响规律实验结果,选定合适流速及盐水比例,以氮气作为气相18,按照图1所示流程进行实验。按照气液比为50、100、150、200、225、250、300 m3/L,从套管底端泵入氮气和盐水同时在套管内循环,其余步骤与流速实验方法一致。2 实验结果与分析2.1 温度对结盐的影响温度是影响盐溶液溶解度的关键因素之一,温度降低使溶液盐浓度高于该温度下的溶解度,从而使盐晶析出。根据玛湖凹陷风城组储层岩石矿物成分分析,盐垢组成主要以氯
21、化钠、碳酸钠、碳酸氢钠三种无机盐为主,故先测试其溶解度随温度的变化规律,见图2。图2 三种典型盐溶液溶解度随温度变化曲线在实验考察温度范围内,实验溶解度数据与文献23中溶解度数据基本吻合,溶解度曲线趋势一致。对于氯化钠,随温度增加溶解度小幅增加;对于碳酸钠,随温度增加溶解度先快速增加后略微减小;对于碳酸氢钠,溶解度随温度升高缓慢增加。其中碳酸钠受温度影响溶解度变化大,低于50 溶解度急剧下降,从50 降温到-10,对应溶解度从42.5 g/100 mL降到了4.8 g/100 mL;碳酸氢钠在温度高于50 后开始分解24,其盐溶液中含有少量的碳酸钠,故本实验中碳酸氢钠的溶解度比理论值(碳酸氢钠
22、不分解时)偏大。综上,一般情况温度的下降引起溶解度的下降,各单独盐溶解度受温度影响程度由强至弱依次为碳酸钠、碳酸氢钠、氯化钠。由于在温度高于50 后碳酸氢钠开始分解,低于50 情况碳酸钠溶解度受温度影响变化大,故确定以50 作为临界温度来研究盐度及离子组成对结盐影响规律。2.2 盐度及离子配比对结盐的影响2.2.1 碳酸钠/氯化钠二元复合盐虚线左侧区域表示盐晶析出为氯化钠,右侧区域表示析出为碳酸钠图3 二元复合盐碳酸钠/氯化钠盐度及离子组成对结盐率的影响图3展示二元复合盐碳酸钠/氯化钠不同盐度及离子配比对结盐的影响。总盐度为1.5105 mg/L时无盐晶析出,确定了该二元复合盐溶液盐晶析出的总
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