1. 引言
矿物质的沉积结垢,尤其是CaCO3的结垢预测一直是国内外的研究热点 [1] 。2015年10月七东1区正式注入弱碱三元复合驱主体段塞。地面处理系统垢样分析结果表明,主要成垢离子是Ca2+,垢质成分为碳酸钙。通过分析试验区块产出水水质,注入弱碱三元复合驱主体段塞前和注入后的一个月CO32−的质量浓度为0,
和Ca2+的质量浓度以及pH值都比较稳定;2016年6月水质检测数据开始发生明显的变化,pH值增大,CO32−质量浓度增加,
、Ca2+质量浓度减少;2017年7月,pH值减小,
质量浓度减少,
、Ca2+质量浓度增加。针对产出井离子浓度的变化,应用Davis-Stiff饱和指数法 [2] 、Rynar稳定指数法及Oddo-Tomson饱和指数法 [3] 对碳酸钙垢结垢趋势进行了预测;应用Skillman热力学溶解度法 [4] 和Oddo-Tomson饱和指数法,对硫酸盐垢结垢趋势进行了预测。
2. 产出水水质分析
根据刘俊廷对大庆采油三厂西北二区弱碱三元复合驱的结垢研究,通过采出液离子浓度及pH值的变化规律,将弱碱三元复合驱机采井结垢分为结垢前期、结垢初期、结垢中期、结垢后期4个时期 [5] 。
结垢前期,
处于上升阶段,离子质量浓度大于2500 mg/L。Ca2+、Mg2+质量浓度之和处于上升阶段,离子质量浓度大于80 mg/L,此阶段并未出现结垢现象,但其离子质量浓度出现明显变化,为结垢提供了化学条件基础 [6] [7] 。
通过对试验区14口井产出水水质分析(表1),可以得出:① 试验区平均pH值由7.10增加到8.78,单井pH值最高达9.02,14口水质检测井中,9口井出现OH−,平均质量浓度417.88 mg/L;②
质量浓度则急剧下降,从注入初期3974.17 mg/L下降到2358.23 mg/L,
质量浓度从0增加到1759.83 mg/L;单井
质量浓度最高达2945.14 mg/L;③ Ca2+、Mg2+质量浓度从136.85 mg/L下降到72.22 mg/L。
Table 1. The data of water quality analysis of ASP flooding in Qudong 1 area
表1. 七东1区三元复合驱试验区水质分析数据
3. 七东1区结垢趋势预测
根据Davis-Stiff饱和指数法、Rynar稳定指数法和Oddo-Tomson饱和指数法对七东1区弱碱三元复合驱初期结垢趋势进行预测。
1) 根据Davis-Stiff饱和指数法,三元复合驱初期,采出水pH值为7.16,
质量浓度为64.01 mg/L,
质量浓度为3974.17 mg/L,
质量浓度为29.22 mg/L,Ca2+质量浓度为115.84 mg/L,Mg2+质量浓度为21.01 mg/L。35℃时饱和指数为1.08,表明有碳酸盐垢结垢趋势。
2) 根据Rynar稳定指数法,初期碳酸盐垢稳定指数RI = 5.0,无结垢趋势;2016年6月,稳定指数RI = 4.1,小于初期稳定指数,表明结垢趋势逐渐增强;2017年7月,稳定指数RI = 4.68,与2016年6月相比结垢趋势降低。
3) Skillman热力学溶解度法硫酸盐垢趋势预测,初期CaSO4溶度积常数Ksp = 3.5 × 10−4,CaSO4结垢趋势预测值S = 99.25 mmol/L,CaSO4实际浓度C = 0.304 mmol/L,由于S > C,因此硫酸盐垢无结垢趋势。
4) 根据混合垢Oddo-Tomson饱和指数法预测,三元复合驱初期石膏(CaSO4∙2H2O)的饱和指数为−0.486,半水石膏(CaSO4∙0.5H2O)饱和指数为−0.366,无水石膏(CaSO4)的饱和指数为−0.681,碳酸钙垢的饱和指数为0.956。由于CaSO4的饱和指数均小于0,表明CaSO4处于欠饱和状态,无法形成垢。而碳酸钙垢的饱和指数大于0,表明CaCO3处于过饱和状态,有形成垢的条件。
2016年6月,石膏(CaSO4∙2H2O)的饱和指数为−1.286;半水石膏(CaSO4∙0.5H2O)饱和指数为−1.194;无水石膏(CaSO4)的饱和指数为−1.474;碳酸钙垢的饱和指数为2.0154。同理,CaSO4处于欠饱和状态,无法形成垢,而碳酸钙垢的饱和指数是初期时饱和指数的一倍以上,表明CaCO3形成垢的条件逐渐成熟。
2017年7月,石膏(CaSO4∙2H2O)的饱和指数为−0.560;半水石膏(CaSO4∙0.5H2O)饱和指数为−0.434;无水石膏(CaSO4)的饱和指数为−0.756;碳酸钙垢(CaCO3)的饱和指数为1.37。表明CaSO4仍处于欠饱和状态,无法形成垢。而碳酸钙垢的饱和指数大于0,但与2016年6月相比,碳酸钙垢的饱和指数减少,说明碳酸钙垢成垢后又开始建立新的平衡。
4. 结论
1) 通过对七东1区三元复合驱试验区产出水水质分析,认为碳酸钙结垢的可能性大,分析试验区处于结垢前期。
2) 应用Davis-Stiff饱和指数法、Rynar稳定指数法和Oddo-Tomson饱和指数对七东1区弱碱三元复合驱初期结垢趋势预测,3种方法均表明试验区有碳酸钙结垢趋势。
3) 应用Skillman热力学溶解度法和Oddo-Tomson饱和指数法预测硫酸钙垢,计算出试验区CaSO4仍然处于欠饱和状态,无法形成垢。