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摘要：随着油田开发时间的延续，油田含水不断升高，导致油层近井地带结垢严重，直接影响油井正常生产，油井频繁上修，造成维护成本上升，特别是油房庄三叠系和侏罗系合采的油井结垢特别严重，通过油层酸化解堵措施可以恢复单井产能和降低注水压力，但是治标不治本。如何改进油藏清防垢工艺技术，延长有效期，提高增油效果，提高投入产出比是值得深入研究的。为此就油房庄油田油井结垢问题，07年采取了SIB液体阻垢剂技术、陶瓷凡尔球座技术、井下沉垢筒技术、井下长效清防垢技术的综合清防垢治理，应用后有效天数达到平均97天，日增产油2.79吨，油井修井周期延长了平均70天以上...
关键词： 结垢 维护 沉垢筒 长效清防垢
前 言
油田开发过程中，往往有地层水伴随原油被采出，这些水会因压力、温度或与其它地层水混合等条件的变化，会产生沉淀物。沉淀物或聚集在地层中，使油气产量下降，注水井压力快速升高；或附着在井筒、管杆、泵等设备上，造成油井产量递减加快，卡泵、杆管断脱频繁，使油井检泵周期缩短；或沉积在地面集输系统的管线、泵、加热炉等设备上，造成检修频繁，甚至报废。目前，结垢问题已成为制约油田高效开发的重要因素之一，且随着油田综合含水率的不断上升，结垢问题还有不断加剧的趋势。
一、油房庄地区井下清防垢综合治理技术研究
（一） 结垢机理研究
1、 结垢机理
⑴ 碳酸钙结垢机理
碳酸钙是一种重要的成垢物质，它在水中的溶解度是很低的。常温下，碳酸钙的溶度积为4.8×10-9，在25℃，溶解度0.053g/L。因此在油田水中，十分重要的溶解和沉淀问题就是碳酸钙的溶解平衡。碳酸钙的溶解平衡可以用下列可逆反应来表示：
Ca2++HCO3-→CaCO3↓+CO2↑+H2O
当反应达到平衡时，油田水中溶解的碳酸钙、二氧化碳和碳酸氢钙含量保持不变，这时不会在管道、用水设备和油井的岩隙中产生结垢现象。
⑵ 硫酸盐结垢机理
对于CaSO4垢，在38℃以下时，生成物主要是石膏CaSO4·2H2O，超过这个温度主要是生成硬石膏CaSO4，有时还伴有半水硫酸钙CaSO4·1/2H2O。由于油田地层水中Ba2+较Sr2+高，所以生成的钡垢（重晶石）较锶垢（天青石）为常见。
硫酸盐垢形成主要因素是两种不相容水的混合，即在富含成垢阳离子的地层水中注入含SO42-的水，致使在油层、近井地带或井筒生成硫酸盐垢。有时同一口油井，采出不同层位的水，或不同水型的油井产出液在计量（集油）站混合，都有可能产生硫酸盐垢。
（二） 清垢及防垢技术研究
1、井下清垢技术研究
油井井下清垢主要有机械清垢、化学清垢或机械化学相结合的清垢技术。机械清垢包括机械磨钻清垢、水力射流清垢等，化学清垢包括盐酸清垢、土酸清垢和碱性转化清垢等。化学清洗施工方便，易清除机械方法难以清除的垢，速度快，费用低，具体机理与方法可归纳以下几方面：
⑴无机酸清垢技术
对酸溶性无机盐垢，一般可直接用无机酸来溶解。但在油田垢物中，除无机盐垢外，还伴有有机类、砂子和腐蚀物。除去此类垢物的方法是，在清垢剂中要加入表面活性剂、缓蚀剂和渗透剂等添加剂。处理垢物时，当清垢剂遇到垢时，使水垢溶解；遇到油类，则渗透剂可以溶油，然后清垢剂再溶解水垢。如此清垢-洗油-清垢-洗油-清垢，清垢剂和渗透剂交叉处理，直至将垢物全部溶解。砂子则分散于溶液中被冲走，较轻的杂物被泡沫带走。
⑵ 离子转化处理技术
对CaSO4、BaSO4、SrSO4等用无机酸很难清除的垢，一般可采取转化处理方式。一种方法是用Na、K、Al等的氢氧化物和碳酸盐（转化剂）以及渗透剂、润滑剂等添加剂，与垢物反应，将其转化为易溶于酸或水的物质；然后，用常规的酸洗方法处理。另一种方法是将垢物转化为能被多价鳌合剂除去的化合物。
⑶ 多级处理
井筒垢物如果较为复杂，采用化学方法除垢时，可进行多级处理：一级处理为酸处理或碱处理，二级处理为碱处理后酸处理，三级处理为加鳌合剂（如EDTA）处理。经过多级处理后，绝大部分垢物可以溶解。处理中，化学药品可以用转化剂或溶解剂，其中转化剂包括无机转化剂和有机转化剂，均可生成固态反应产物。注意，通常酸化阶段在有机转化剂之后、无机转化剂之前。有机转化剂一般在垢从井眼表面脱落后生成分散相或可泵淤泥，从而使处理更具垢穿透率。
2、油房庄油田防垢剂的防垢机理及性能研究
⑴ 防垢机理
对油房庄地区油井的防垢，主要采用化学防垢，即通过油井向地层中挤注防垢剂来实现。
防垢剂是通过反应+络合机理和吸附机理起防垢作用的。反应+络合机理是防垢剂在水中离解后产生的阴离子与成垢金属阳离子生成稳定的络合物，其实质是增大盐垢的溶解量。依据反应+络合机理的溶垢量符合化学计量关系，即一定量的防垢剂可按化学配位关系控制一定量的成垢离子。又因为防垢剂的使用量一般很低，故依据反应+络合机理仅能控制很少的成垢离子。而防垢剂的吸附是通过晶格畸变机理和静电排斥机理起防垢作用的。由于吸附机理不是按照化学计量关系起作用，所以依据吸附机理能够控制远远大于化学计量的成垢离子。显然，挤入地层的防垢剂主要是通过吸附机理起作用的。如果希望防垢剂在地层中有较长的有效期，就必须要求他在地层岩石表面有较大的吸附量和较小的解吸附速率。为此在防垢剂中还复配了可以增大其在地层岩石表面吸附量的表面活性剂。
3、 油房庄油田井下清防垢工艺研究
⑴ 油水井挤注法清防垢工艺
油水井挤注法清防垢技术的基本原理是通过井口向射孔孔眼和地层深部挤入大剂量、低浓度的防垢剂溶液，依靠防垢剂在地层中岩石表面的吸附使其滞留在地层孔隙中，在随着产出液或注入水而缓慢溶解吸附，使产出液或注入水中保持一定浓度的防垢剂。在挤完防垢剂段塞之后，再挤入小剂量化学中性的络合物清垢剂段塞清理井底、射孔孔眼及近井地带结垢，达到既提高产液量或注水量，又可延长措施有效期双重目的。 油水井挤注法清防垢作业工艺中最重要的参数是：清垢剂工作液和防垢剂工作液的最佳挤入浓度和最佳挤入剂量以及最佳关井时间。
① 清垢剂最佳施工参数确定
根据上述室内试验，清垢剂可溶解钙盐的量是随其浓度的增加而增加的，而且溶解速度较高，因而在处理钙垢时可在经济允许的范围内尽可能增大清垢剂的浓度和清垢剂用量，关井反应24小时以上。鉴于盐垢主要在采油井近井地带形成，将清垢剂设置在距井眼1～2m半径范围内。
② 防垢剂最佳施工参数确定
综上所述，防垢剂主要是以吸附-解吸附机理起防垢作用的，防垢剂的吸附量随工作液中防垢剂浓度的升高而增大，因而防垢剂的使用浓度理应较大。但上述解吸附试验又表明，当挤注完成开始返排时，挤入地层的防垢剂绝大部分将随返排液排出地面，这意味着所使用的防垢工作液浓度越高，浪费越大。在综合考虑了这两个相反的影响因素并参考了防垢剂的商品价格、油田的地层厚度以及施工设备状况等因素后，将防垢剂工作液的体积分数确定为0.5%-1%。单井用液量一般为30～60 m3。假定地层厚度为5m，孔隙度为13%，防垢剂工作液的挤入半径可达到4～6m。
③ 施工方案
根据地层温度和低渗透、低产液能力等基本地质特点以及多年来油水井结垢防治的实践经验，并参考国外油井挤注法防垢施工工艺，确定出以下油水井挤注法清防垢工艺的基本原则。
二、井下沉垢筒技术研究及应用
在严重结垢井上，所结垢片会在修井作业起下油管杆过程及油井工作时脱落进入泵筒，造成固定凡尔卡。为解决这一问题，采油三厂自行研制了一套深井泵沉垢筒装置，沉垢筒安装在深井泵泄油器与固定球座之间，其下端喇叭口与油管短节焊死，上端筒体上有油流通道（出油孔）。在起下油管杆时垢片可暂落入油管短接与沉垢筒环形空间，有效防止垢片落入固定凡尔造成固定凡尔卡而上修。07年在油坊庄油田19口结垢严重井上下入沉垢筒进行试验，下入后无卡泵故障发生，使用效果良好。
三、结论及建议
（一）随着油房庄老油田含水的不断上升，结垢、腐蚀在不断加剧，是目前制约老油田高效开发的技术难题之一。
（二）从油房庄油田地层水水质分析、结垢预测和配伍实验结果可以看出，油房庄、吴起油田的地层水本身具有碳酸钙结垢趋势，而且地层水之间的配伍性较差，碳酸钙结垢趋势严重。对于油井来说，井筒附近压力的下降，导致了碳酸钙结垢趋势加大。因此，不管是单层生产井还是合采井，油井井筒和井筒附近的地层都会存在不同程度的结垢，垢型以碳酸钙为主。
（三）清垢剂SLQ-6对该区垢的平均除垢率达到90.96%，具有清防垢效率高、腐蚀率低、无毒、无污染以及与地层岩石及地层流体完全配伍等特点，适宜于地层深部清垢。
（四）地层水2h后的防垢率接近100%，达到油田防垢要求，且吸附-解吸附速率满足挤注工艺要求，适宜于地层深部防垢作业。
（五）通过井下清防垢技术现场试验表明，室内研究所确定的采油井挤注法清垢作业参数和施工工艺基本合理。
（六）油井井下清防垢技术对治理油房庄油田出现的油水井地层结垢堵塞有较好效果，具有广阔的推广应用前景。对于采油井，开井后挤入地层的化学剂是随产出液排出地面的，不可避免地会造成部分化学剂的损失。而注水井在开井后，挤入地层的化学剂是随注入水全部进入地层深部的。所以在注水井中采用本技术理应有更长的有效期，建议将该技术推广应用到注水井地层深部解堵增注中去。
参考文献：
（1）涂仁怀，国外油井井下设备盐垢防治技术。江汉石油科技，1997。
（2）舒干等，油气田防垢技术与应用。油气田地面工程，1996。
（3）陆柱等，油田水处理技术.北京，石油工业出版社，1990.
（4）朱义吾等， 油田开发中的结垢机理及其防治技术。陕西科技出版社，1995。
（5）周厚安，油气田开发中硫酸盐垢的形成及防垢剂和清垢剂研究与应用发展。石油与天然气化工，1999。
关键词： 结垢 维护 沉垢筒 长效清防垢
前 言
油田开发过程中，往往有地层水伴随原油被采出，这些水会因压力、温度或与其它地层水混合等条件的变化，会产生沉淀物。沉淀物或聚集在地层中，使油气产量下降，注水井压力快速升高；或附着在井筒、管杆、泵等设备上，造成油井产量递减加快，卡泵、杆管断脱频繁，使油井检泵周期缩短；或沉积在地面集输系统的管线、泵、加热炉等设备上，造成检修频繁，甚至报废。目前，结垢问题已成为制约油田高效开发的重要因素之一，且随着油田综合含水率的不断上升，结垢问题还有不断加剧的趋势。
一、油房庄地区井下清防垢综合治理技术研究
（一） 结垢机理研究
1、 结垢机理
⑴ 碳酸钙结垢机理
碳酸钙是一种重要的成垢物质，它在水中的溶解度是很低的。常温下，碳酸钙的溶度积为4.8×10-9，在25℃，溶解度0.053g/L。因此在油田水中，十分重要的溶解和沉淀问题就是碳酸钙的溶解平衡。碳酸钙的溶解平衡可以用下列可逆反应来表示：
Ca2++HCO3-→CaCO3↓+CO2↑+H2O
当反应达到平衡时，油田水中溶解的碳酸钙、二氧化碳和碳酸氢钙含量保持不变，这时不会在管道、用水设备和油井的岩隙中产生结垢现象。
⑵ 硫酸盐结垢机理
对于CaSO4垢，在38℃以下时，生成物主要是石膏CaSO4·2H2O，超过这个温度主要是生成硬石膏CaSO4，有时还伴有半水硫酸钙CaSO4·1/2H2O。由于油田地层水中Ba2+较Sr2+高，所以生成的钡垢（重晶石）较锶垢（天青石）为常见。
硫酸盐垢形成主要因素是两种不相容水的混合，即在富含成垢阳离子的地层水中注入含SO42-的水，致使在油层、近井地带或井筒生成硫酸盐垢。有时同一口油井，采出不同层位的水，或不同水型的油井产出液在计量（集油）站混合，都有可能产生硫酸盐垢。
（二） 清垢及防垢技术研究
1、井下清垢技术研究
油井井下清垢主要有机械清垢、化学清垢或机械化学相结合的清垢技术。机械清垢包括机械磨钻清垢、水力射流清垢等，化学清垢包括盐酸清垢、土酸清垢和碱性转化清垢等。化学清洗施工方便，易清除机械方法难以清除的垢，速度快，费用低，具体机理与方法可归纳以下几方面：
⑴无机酸清垢技术
对酸溶性无机盐垢，一般可直接用无机酸来溶解。但在油田垢物中，除无机盐垢外，还伴有有机类、砂子和腐蚀物。除去此类垢物的方法是，在清垢剂中要加入表面活性剂、缓蚀剂和渗透剂等添加剂。处理垢物时，当清垢剂遇到垢时，使水垢溶解；遇到油类，则渗透剂可以溶油，然后清垢剂再溶解水垢。如此清垢-洗油-清垢-洗油-清垢，清垢剂和渗透剂交叉处理，直至将垢物全部溶解。砂子则分散于溶液中被冲走，较轻的杂物被泡沫带走。
⑵ 离子转化处理技术
对CaSO4、BaSO4、SrSO4等用无机酸很难清除的垢，一般可采取转化处理方式。一种方法是用Na、K、Al等的氢氧化物和碳酸盐（转化剂）以及渗透剂、润滑剂等添加剂，与垢物反应，将其转化为易溶于酸或水的物质；然后，用常规的酸洗方法处理。另一种方法是将垢物转化为能被多价鳌合剂除去的化合物。
⑶ 多级处理
井筒垢物如果较为复杂，采用化学方法除垢时，可进行多级处理：一级处理为酸处理或碱处理，二级处理为碱处理后酸处理，三级处理为加鳌合剂（如EDTA）处理。经过多级处理后，绝大部分垢物可以溶解。处理中，化学药品可以用转化剂或溶解剂，其中转化剂包括无机转化剂和有机转化剂，均可生成固态反应产物。注意，通常酸化阶段在有机转化剂之后、无机转化剂之前。有机转化剂一般在垢从井眼表面脱落后生成分散相或可泵淤泥，从而使处理更具垢穿透率。
2、油房庄油田防垢剂的防垢机理及性能研究
⑴ 防垢机理
对油房庄地区油井的防垢，主要采用化学防垢，即通过油井向地层中挤注防垢剂来实现。
防垢剂是通过反应+络合机理和吸附机理起防垢作用的。反应+络合机理是防垢剂在水中离解后产生的阴离子与成垢金属阳离子生成稳定的络合物，其实质是增大盐垢的溶解量。依据反应+络合机理的溶垢量符合化学计量关系，即一定量的防垢剂可按化学配位关系控制一定量的成垢离子。又因为防垢剂的使用量一般很低，故依据反应+络合机理仅能控制很少的成垢离子。而防垢剂的吸附是通过晶格畸变机理和静电排斥机理起防垢作用的。由于吸附机理不是按照化学计量关系起作用，所以依据吸附机理能够控制远远大于化学计量的成垢离子。显然，挤入地层的防垢剂主要是通过吸附机理起作用的。如果希望防垢剂在地层中有较长的有效期，就必须要求他在地层岩石表面有较大的吸附量和较小的解吸附速率。为此在防垢剂中还复配了可以增大其在地层岩石表面吸附量的表面活性剂。
3、 油房庄油田井下清防垢工艺研究
⑴ 油水井挤注法清防垢工艺
油水井挤注法清防垢技术的基本原理是通过井口向射孔孔眼和地层深部挤入大剂量、低浓度的防垢剂溶液，依靠防垢剂在地层中岩石表面的吸附使其滞留在地层孔隙中，在随着产出液或注入水而缓慢溶解吸附，使产出液或注入水中保持一定浓度的防垢剂。在挤完防垢剂段塞之后，再挤入小剂量化学中性的络合物清垢剂段塞清理井底、射孔孔眼及近井地带结垢，达到既提高产液量或注水量，又可延长措施有效期双重目的。 油水井挤注法清防垢作业工艺中最重要的参数是：清垢剂工作液和防垢剂工作液的最佳挤入浓度和最佳挤入剂量以及最佳关井时间。
① 清垢剂最佳施工参数确定
根据上述室内试验，清垢剂可溶解钙盐的量是随其浓度的增加而增加的，而且溶解速度较高，因而在处理钙垢时可在经济允许的范围内尽可能增大清垢剂的浓度和清垢剂用量，关井反应24小时以上。鉴于盐垢主要在采油井近井地带形成，将清垢剂设置在距井眼1～2m半径范围内。
② 防垢剂最佳施工参数确定
综上所述，防垢剂主要是以吸附-解吸附机理起防垢作用的，防垢剂的吸附量随工作液中防垢剂浓度的升高而增大，因而防垢剂的使用浓度理应较大。但上述解吸附试验又表明，当挤注完成开始返排时，挤入地层的防垢剂绝大部分将随返排液排出地面，这意味着所使用的防垢工作液浓度越高，浪费越大。在综合考虑了这两个相反的影响因素并参考了防垢剂的商品价格、油田的地层厚度以及施工设备状况等因素后，将防垢剂工作液的体积分数确定为0.5%-1%。单井用液量一般为30～60 m3。假定地层厚度为5m，孔隙度为13%，防垢剂工作液的挤入半径可达到4～6m。
③ 施工方案
根据地层温度和低渗透、低产液能力等基本地质特点以及多年来油水井结垢防治的实践经验，并参考国外油井挤注法防垢施工工艺，确定出以下油水井挤注法清防垢工艺的基本原则。
二、井下沉垢筒技术研究及应用
在严重结垢井上，所结垢片会在修井作业起下油管杆过程及油井工作时脱落进入泵筒，造成固定凡尔卡。为解决这一问题，采油三厂自行研制了一套深井泵沉垢筒装置，沉垢筒安装在深井泵泄油器与固定球座之间，其下端喇叭口与油管短节焊死，上端筒体上有油流通道（出油孔）。在起下油管杆时垢片可暂落入油管短接与沉垢筒环形空间，有效防止垢片落入固定凡尔造成固定凡尔卡而上修。07年在油坊庄油田19口结垢严重井上下入沉垢筒进行试验，下入后无卡泵故障发生，使用效果良好。
三、结论及建议
（一）随着油房庄老油田含水的不断上升，结垢、腐蚀在不断加剧，是目前制约老油田高效开发的技术难题之一。
（二）从油房庄油田地层水水质分析、结垢预测和配伍实验结果可以看出，油房庄、吴起油田的地层水本身具有碳酸钙结垢趋势，而且地层水之间的配伍性较差，碳酸钙结垢趋势严重。对于油井来说，井筒附近压力的下降，导致了碳酸钙结垢趋势加大。因此，不管是单层生产井还是合采井，油井井筒和井筒附近的地层都会存在不同程度的结垢，垢型以碳酸钙为主。
（三）清垢剂SLQ-6对该区垢的平均除垢率达到90.96%，具有清防垢效率高、腐蚀率低、无毒、无污染以及与地层岩石及地层流体完全配伍等特点，适宜于地层深部清垢。
（四）地层水2h后的防垢率接近100%，达到油田防垢要求，且吸附-解吸附速率满足挤注工艺要求，适宜于地层深部防垢作业。
（五）通过井下清防垢技术现场试验表明，室内研究所确定的采油井挤注法清垢作业参数和施工工艺基本合理。
（六）油井井下清防垢技术对治理油房庄油田出现的油水井地层结垢堵塞有较好效果，具有广阔的推广应用前景。对于采油井，开井后挤入地层的化学剂是随产出液排出地面的，不可避免地会造成部分化学剂的损失。而注水井在开井后，挤入地层的化学剂是随注入水全部进入地层深部的。所以在注水井中采用本技术理应有更长的有效期，建议将该技术推广应用到注水井地层深部解堵增注中去。
参考文献：
（1）涂仁怀，国外油井井下设备盐垢防治技术。江汉石油科技，1997。
（2）舒干等，油气田防垢技术与应用。油气田地面工程，1996。
（3）陆柱等，油田水处理技术.北京，石油工业出版社，1990.
（4）朱义吾等， 油田开发中的结垢机理及其防治技术。陕西科技出版社，1995。
（5）周厚安，油气田开发中硫酸盐垢的形成及防垢剂和清垢剂研究与应用发展。石油与天然气化工，1999。