一种井筒盐结晶分散剂及其调控方法和应用
技术领域
本发明涉及石油开采技术领域，尤其是涉及一种井筒盐结晶分散剂及其调控方法和应用。
背景技术
膏盐油藏的主要特点是地层水矿化度高，水中含有大量的无机盐，并主要以NaCl为主，同时含有少量的Ca2+、Mg2+、HCO3-和SO42-等，这类储层在原始状态下，地层水的矿化度一般处于盐的饱和状态，而在油田开采过程中，地层中原有的平衡被破坏，地层饱和水溶液变为过饱和水溶液，当地层流体沿井筒上升时，随着井筒温度、压力不断下降，盐的溶解度逐渐降低，即不断有盐析出并沉积在油管和套管的管壁及抽油杆上，井内也极易生成无机盐垢，并且随着时间延长，盐的晶体颗粒也逐渐变大、强度也随之增高，严重时，结晶盐会造成盐卡、盐堵、井况变差，因卡泵导致检泵作业频繁，甚至可能造成油井大修。为清除盐垢，缩短了检泵周期及洗井周期，增加了生产维护费用，因此，油、气井井筒结盐在膏盐油藏开发过程中是一个传统的难题。为此，开展井筒盐结晶分散剂的研究，对膏盐油藏的正常开采具有重要意义。
针对盐晶体析出的三个主要条件：1、油田产出液中含盐量处于饱和状态；2、生产过程中液体的温度、压力下降；3、产出液流速变慢或停止。目前普遍采用的清防盐技术主要分为两类，一是采用物理的方法，通过频繁洗井来恢复和保持油井的正常生产，但常规的清水、热水洗盐措施也严重影响了油、气井的生产效率和油井产量，清水进入膏盐油藏破坏油藏结构。二是采用化学盐结晶分散剂，通过增大盐的溶解度，使盐不容易结晶析出，此外，盐结晶分散剂还可以改变盐的结晶类型，改变盐结晶的致密结构，使致密的结晶结构变为疏松、细碎的絮状结构，进而被溶解、清除。单一组分的盐结晶分散剂增溶和结晶分散效果差；而复合多组分的盐结晶分散剂效果虽有改善，但成本较高，此外，因各地油井条件不同，复合多组分的盐结晶分散剂用量及配比无普适性，给药剂的选择及工艺实施带来了困难。
鉴于目前盐结晶分散剂及其应用存在的局限问题，亟需开发一种新型高效盐结晶分散剂，以解决膏盐油藏结盐的问题。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种井筒盐结晶分散剂，该盐结晶分散剂通过多组方混配兼具增大盐溶解度、抑制盐结晶固结以及调控盐结晶絮状结构易于流出井筒的效果；
本发明的第二目的在于提供一种井筒防盐析出的调控方法，旨在解决膏盐油藏油井生产过程中油管结盐导致频繁卡泵的问题；
本发明的第三目的在于提供一种井筒盐结晶分散剂的应用，旨在延长清水洗井周期，降低油井维护费用。
本发明提供一种井筒盐结晶分散剂，包括以下质量百分数的组分：
无机盐15-90％，烷基苯磺酸盐5-80％和表面活性剂5-50％；
其中，所述无机盐为K4Fe(CN)6、CdCl2、Fe(CN)2或Co(CN)2中的任意一种或多种以任意比例混配的组合物。
在本发明的盐结晶分散剂中，使用无机盐K4Fe(CN)6、CdCl2、Fe(CN)2或Co(CN)2中的任意一种或多种作为第一组方，其可增大采出液中钠、镁等盐的溶解度，抑制盐结晶的形成，避免大量盐晶体过饱和析出，减缓油井结盐的程度。以烷基苯磺酸盐作为第二组方，其可打破氯化钠规则晶体结构，使其扭曲变形，形成的晶体变得更为松散，进而易被井下流体带走，避免晶体继续变大，从而起到防止油井结盐的目的。而以表面活性剂作为第三组方，表面活性剂可在氯化钠晶体表面形成活性膜，而活性膜具有润滑作用，可促使盐晶分散，抑制盐晶形成质地坚硬的大块盐垢。当无机盐、烷基苯磺酸盐和表面活性剂以(15-90)：(5-80)：(5-50)配比使用时，所得到的盐结晶分散剂兼具增大盐溶解度、抑制盐结晶固结、调控产出液中盐结晶絮状结构使其易于流出井筒，从而解决了膏盐油藏油井生产过程中油管结盐导致频繁卡泵的问题。并且，可通过调节各组方的配比使该盐结晶分散剂应用于不同条件的油井时，具有普适性。
进一步，还包括钙镁离子螯合剂，且所述钙镁离子螯合剂所占的质量百分数为0-20％。
为进一步阻止采出液中钙镁等成垢盐形成水垢，本发明的盐结晶分散剂还包括钙镁离子螯合剂，其可与碱金属、稀土元素及过渡金属等形成稳定的水溶性络合物，而所形成的络合物可随采出液采出，进而可阻止采出液中钙镁等成垢盐形成水垢，而该钙镁离子螯合剂在盐结晶分散剂中所占的质量百分数为0-20％，可根据地层水矿物成分选择使用。
进一步，所述烷基苯磺酸盐为烷基苯磺酸钠盐、烷基苯磺酸钙盐或烷基苯磺酸铵盐中的任意一种或多种以任意比例混配的组合物。
烷基苯磺酸钠盐、烷基苯磺酸钙盐和烷基苯磺酸铵盐均具备润湿、发泡、乳化及分散等表面活性，因此，以上述烷基苯磺酸盐类作为调控剂的一组方，可打破氯化钠的晶体结构，抑制晶体继续变大，进而起到防止油井结盐的目的。
进一步，所述表面活性剂为烷基苯并三氮唑或三聚磷酸钠中的任意一种或两种以任意比例混配的组合物；
其中，所述烷基苯并三氮唑为N-丁基苯并三氮唑、辛基苯并三氮唑或十二烷基苯并三氮唑中的任意一种或多种以任意比例混配的组合物。
N-丁基苯并三氮唑、辛基苯并三氮唑、十二烷基苯并三氮唑或三聚磷酸钠中的氮或磷具有极强的吸附作用，因此，该类表面活性剂可在氯化钠晶体表面形成活性膜，进而抑制盐晶析出。
进一步，所述钙镁离子螯合剂为乙二胺四乙酸二钠、三聚磷酸钠、羟基乙叉二膦酸或氨基三甲叉膦酸中的任意一种或多种以任意比例混配的组合物。
采出液中因钙镁离子的存在，极易形成碳酸钙及氢氧化镁水垢，为阻止采出液中钙镁离子结垢，使用乙二胺四乙酸二钠、三聚磷酸钠、羟基乙叉二膦酸或氨基三甲叉膦酸中任意一种或多种作为钙镁离子的配合剂，使其形成稳定的水溶性络合物，进而随采出液采出。
本发明还公开了井筒防盐析出的调控方法，包括以下步骤：
S1、收集地层流体数据、生产数据及所采用的生产方式；
S2、根据对地层流体数据和生产数据的分析结果，以及所采用的生产方式，结合结晶机理进行模拟实验，确定所述盐结晶分散剂的配方；
S3、根据所确定的盐结晶分散剂配方及现场施工条件，确定投药工艺及施工方案。
当将上述的盐结晶分散剂应用于井筒防盐析出的方法中时，地层流体成分及生产相关数据均会影响氯化钠的溶解度，而生产方式的选择也会影响氯化钠在井筒中的结晶位置，因此，为提高盐结晶分散剂的利用率，需在使用前，采集相关数据，并结合结晶机理进行模拟实验，确定其最佳配方，最后，根据施工方法及投药工艺确定施工方案。
进一步，步骤S1中，所述地层流体数据包括地层水物性数据；
所述生产数据包括油层深度、油井温度和油井压力，其中，所述油井温度包括油井井底温度和井口温度，所述油井压力包括井底压力和井口压力；
所述生产方式包括举升方式、井身结构和泵入深度。
地层水物性数据会影响氯化钠的溶解度及结晶度，而油层深度、油井温度和油井压力会影响地层中矿物质盐所建立的平衡状态，进而影响氯化钠的溶解度。此外，无论是自喷、机采还是电泵的生产方式均会影响氯化钠的结晶位置，同理，油套管下入深度、管径、泵下入深度等参数，也会影响其结晶位置和堵塞现象，因此，在施工前采集相关参数，便于施工时选择最佳的盐结晶分散剂配方、投药方式和施工步骤，进而解决膏盐油藏油井生产过程中油管结盐导致频繁卡泵的问题。
进一步，步骤S2具体包括：对地层水矿物成分进行分析，并跟据生产数据及生产方式分析其对氯化钠溶解度及结晶位置的影响，最后结合结晶机理进行盐增溶量调控及盐结晶量调控模拟实验，确定所述盐结晶分散剂的配方。
地层水矿物成分会在一定程度上影响氯化钠的溶解度，因此，针对不同的地层水矿物成分，所使用的盐结晶分散剂的配方也有所不同，地下水矿物的成分，即所含氯化钠及氯化钙等无机矿物质的含量，也会显著影响氯化钠的结晶度。然后，根据盐结晶分散剂的防盐机理：晶格畸变机理、络合增溶机理和静电排斥作用进行盐增溶量调控及盐结晶量调控模拟实验，确定所述盐结晶分散剂的配方。其中，晶格畸变机理是指在水中加入盐结晶抑制剂时，其会吸附到晶体的活性生长点上，并与金属离子螯合，抑制盐晶格的规则生长，使晶体发生畸变，迫使大晶体内部的应力增加，从而使晶体易于破裂，阻止盐结晶的生长，由加药前的大颗粒六面体高硬度结晶，变为加药后分散的无定型微小颗粒结晶，使大部分结晶可分散在液体中随产出液排出井口，在本发明的盐结晶分散剂中，烷基苯磺酸盐即是利用该机理达到防盐结晶的目的。络合增溶机理指盐结晶抑制剂溶于水后，与水中金属离子形成可溶性络合物或以絮状物存在，并随水流动，以将更多的离子稳定在水中，增大了钠、镁等盐的溶解度，抑制了盐结晶的形成。在本发明的盐结晶分散剂中，无机盐即是利用该机理达到抑制盐结晶的目的。静电排斥作用是指盐结晶抑制剂在水中解离生成的阴离子在与盐的微晶碰撞时，会发生物理化学吸附现象，并使之带负电，而盐结晶抑制剂的链状结构可吸附多个相同电荷的微晶，静电斥力可阻止微晶相互碰撞，从而避免了大晶体的形成。在吸附产物碰到其它盐结晶抑制剂分子时，可将已吸附的晶体转移过去，致使晶粒出现均匀分散的现象，减少晶粒间一级晶粒与金属表面的碰撞，降低了溶液中晶粒间以及晶粒与金属表面的碰撞，进而降低溶液中的晶核数，将垢晶稳定在溶液中。在本发明的盐结晶分散剂中，表面活性剂即是利用该机理达到抑制盐结晶的目的。根据上述结晶机理，于实验室进行盐增溶量调控及盐结晶量调控模拟实验，确定所述盐结晶分散剂的配方。
进一步，步骤S3中，所述投药工艺为采用套管连续定量滴加的方式。
通过套管连续定量滴加盐结晶分散剂的方式，不会影响正常生产，且会延长清洗周期。
本发明所提供的盐结晶分散剂在膏盐油藏开采中防盐的应用也理应属于本发明的保护范围。
本发明的盐结晶分散剂，与现有技术相比，具有以下优点：
本发明的盐结晶分散剂因无机盐、烷基苯磺酸盐类、表面活性剂的使用，有效控制了井筒内盐结晶的析出与聚并方式，使盐结晶分散剂兼具增大盐溶解度、抑制盐结晶固结、调控产出液中盐结晶絮体结构并使其易于流出井筒，从而解决了膏盐油藏油井生产过程中因油管结盐而导致频繁卡泵的问题，具有调控效率高、成本低廉，延长清水洗井周期，降低油井维护费用的优异效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明投药工艺流程图。
附图标记说明：
1：加药箱；2：加药泵；3：油井；4：储油罐。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
试验1
S11、采集并分析地层水物性数据，并记录在表1中；收集生产数据如油层深度、油井温度和油井压力，以及所采用的生产方式包括举升方式、井身结构和泵入深度，分别记录在表2中；
表1地层水矿物成分XRD分析数据
采用X射线衍射仪对地层水矿物的结晶进行了分析，由表1数据可知，地层水矿物中含有NaCl结晶估算质量比为57％左右，其中CaCl2形成的结晶估算质量比为3％左右，结晶样中的成分几乎全部为氯离子可溶性盐。盐结晶抑制剂在地层水中起着晶格畸变、络合增溶和静电排斥的作用，盐结晶分散剂的用量需要根据油井地层温度与井口温度的差值、地层水在地层中的浓度而定。当地层水中可溶盐浓度一定时，地层与井口温差越大，其加药量越大；当地层与井口温差一定时，地层水中可溶盐浓度越大，其加药量越大。当上述两因素相同时，产液量越高，对形成的盐结晶体的携带能量越强，可携带较大的盐结晶颗粒，加药浓度可适当降低，反之加药浓度需要适当增加。具体加药量需根据现场生产工况并结合实验室内结果而定，通常加药浓度为地层水产量的0.5-3‰。
表2生产数据及生产方式
S12、根据对地层流体数据和生产数据的分析结果，以及所采用的生产方式，结合结晶机理进行模拟实验，确定所述盐结晶分散剂的配方，其中，盐增溶量调控模拟实验如下：
1、仪器与试剂
电子天平：精确度0.0001g；恒温水浴锅一台；
NaCl试剂：分析纯；AgNO3试剂：0.1mol/L；K2CrO4溶液：5％。
2、实验方法
本试验例中所配制的盐结晶分散剂的配方为：
K4Fe(CN)6：15％、Fe(CN)2：10％、烷基苯磺酸钠盐：20％、烷基苯磺酸钙盐：15％、N-丁基苯并三氮：15％、辛基苯并三氮唑：15％、乙二胺四乙酸二钠：5％、三聚磷酸钠：5％。
称取200g NaCl加入到1000mL锥形瓶中，再向锥形瓶中倒入500mL去离子水，搅拌溶解，将锥形瓶放入水浴锅中，水浴加热到100℃继续搅拌使盐水达到饱和。取上层清液80mL分别放入4个250mL的锥形瓶中，记作1、2、3、4，其中1号为空白样，2、3、4号分别加入0.1％、0.2％、0.3％上述配制好的盐结晶分散剂，在100℃水浴中放置2h，取出后自然冷却至室温。采用莫尔法测定4个样品中的氯离子含量，以K2CrO4为指示剂，用0.1mol/L AgNO3为标准溶液进行滴定，当溶液颜色由乳白色变为砖红色时为滴定终点，记录AgNO3消耗体积。
增溶率的计算公式：
增溶率＝(A—B)/B
A：加药后消耗的AgNO3体积，mL；
B：未加药消耗的AgNO3体积，mL。
3、结果计算
表3盐增溶量评价实验结果
结合氯化钠溶解度曲线可以看出，80℃比0℃氯化钠溶解度增加7.56％。而加药浓度为3‰时，增溶率可达到8.72％。实验结果表明：添加上述盐结晶分散剂后的产出液即使从80℃降低到0℃时，也不会有盐结晶析出。
而防盐结晶调控模拟实验如下：
1、仪器与设备
电子天平：精确度0.0001g；KDM型可调控温加热套4个；N80材质中空U型管4个；乳胶管10米；
NaCl试剂：分析纯。
2、实验方法
室温下配制2500mL的饱和盐水，分别称量500mL分别放入4个500mL的烧杯中，记作1、2、3、4，其中，1号不加药，2、3、4分别加入0.1％、0.2％、0.3％的盐结晶分散剂。将4个U型空心管称重后并用乳胶管连接，通入循环水(室温自来水)。将称重好的U型管分别放入烧杯中，并放入加热套加热。加热至水量蒸发减少至400mL，强制使盐析出，取出U型管并称重，减去原始重量，得出结盐量，计算防盐率。
防盐率计算公式：
防盐率＝(A－B)/B
A：未加药的结盐量，g；
B：加药的结盐量，g。
3、结果计算
表4防盐率评价实验结果
由表4可知，盐结晶分散剂在加药量为3‰时，防盐率达到94.5％，即可有效解决油井因盐析而发生堵塞的问题。
根据上述防盐结晶模拟实验可知，本发明所使用的盐结晶分散剂，同时具有增溶和改变盐结晶形态的作用，即使有盐析出，也不会聚结成块，而是均匀分散在产出液中并可随产出液排出井口。
S13、根据所确定的盐结晶分散剂配方及现场施工条件，确定投药工艺及施工方案，其中，投药工艺流程图如图1所示，而具体施工步骤如下：
1、当油井盐结晶严重并严重堵塞生产管柱时，用水泥车从有套环形空间注入淡水，淡水通过筛管将调堵球带入炮眼，并封堵炮眼，阻止洗井用淡水通过炮眼进入地层，同时迫使洗井用淡水进入油管，将油管中的可溶性结晶盐溶解清洗干净。
2、油管清洗干净后，油套环形空间的加药管线连续加入盐结晶分散剂，启泵生产，封堵在炮眼上的调堵球从炮眼上脱离，并吸附在筛管壁上，进而不影响正常生产。正常生产时需连续加入盐结晶分散剂，以延长清洗周期。
在本实施例中还记录了洗井周期的变化情况。当油井产液量为60m3/d，地层盐水含水量30％，采用刮刀连续工作，一个月内电泵卡泵两次，环形空间冲洗周期为3天，而当投入上述盐结晶分散剂后，油井生产19天未出现结垢。而当油井产液量为100m3/d，地层盐水含水量30％，环形空间冲洗周期为3天，而当投入上述盐结晶分散剂后，油井生产12天未出现结垢。
此外，本发明还选择了具体不同工况的油田油井作为实验基地，以进一步严重盐结晶分散剂的防盐效果。表5-7分别为三块油田的工况条件及所选用的盐结晶分散剂配方。
表5油田1#的工况条件及所选用的盐结晶分散剂配方
表6油田2#的工况条件及所选用的盐结晶分散剂配方
表7油田3#的工况条件及所选用的盐结晶分散剂配方
上述三种不同工况的油田在使用相应配方的盐结晶分散剂后，相同的油井产液量的条件下，油井结垢清洗周期均在10天以上。由此可见，本发明的盐结晶分散剂可适用于不同工况的油井，因此，本发明提供的井筒结盐调控方法能够根据不同地区的产出液特点，准确量化出药剂浓度及组方配比，提高了普适性。
综上，本发明的盐结晶分散剂通过多组方混配，兼具增大盐溶解度、抑制盐结晶固结、调控在产出液中盐结晶絮状结构使其易于流出井筒，从而解决了膏盐油藏油井生产过程中油管结盐导致频繁卡泵、洗井周期短、维护费用高等难题。此外，本发明提供的井筒结盐调控方法能够根据不同地区的产出液特点，准确量化出药剂浓度及组方配比，扩大了药剂使用范围，提高了药剂的有效性和普适性，为科学、准确推广应用提供了理论依据。并且，本发明提供的工艺实施方案也为现场顺利实施提供了保障，通过从生产井的油套环形空间连续定量加入盐结晶分散剂，解决了油井生产过程中油管结盐问题，达到了延长清水洗井周期，防止盐结晶卡井的目的。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
