与水驱方案相关的胶结差地层和注入水的问题主要是硫酸钡和硫酸锶结垢。硫酸钡所结成垢可造成生产井近井地段的地层损害。注水井中的硫酸钡和锶析出，随即因渗透率值降低会造成油井产量损失，这两种因素均是造成上述地层损害的主要原因。高硫酸根离子的注入水和高浓度钡、钙和/或锶离子的地层水产生化学不相容性。其结果将降低油井产量，影响水驱方案的经济性。

    预测模型

    需严格选取模型系数对注水井结垢问题进行可靠预测并有助于制定注水方案的一套模型，其可计算出相关结垢趋势、类型及潜在严重程度。对可信任的预测模型必须选用熟知模型系数参数值。

    硫酸盐垢数学模型包括两个表象参数：λ有效质量定律相关化学反应显示反应和生成速度，β导致渗透率降低的硫酸盐沉淀情况。两个参数的大小均取决于岩石表面矿学、孔隙空间结构、温度、卤水离子强度。因此，这些参数对天然油藏进行理论计算，且必须通过岩心驱替实验得出结论。试剂和沉淀反应物剖面中的活性流体是非均质性的。

    因此，硫酸盐损害系数不能通过试验测试结果得到，只能通过反问题解决方法对实验岩心驱替数据进行处理后得出。λ可通过混合注入水FW和SW以拟正常驱替状态下的突破浓度值计算得出，β值通过注入量增加注水压力降来确定。

    以往使用的数据是取自相同人造岩心进行驱替实验。由于没有天然岩心，故采用该方对将真实地层岩心实验是很困难的。

    在本文中，是将不相溶水以混合注入方式注进天然贝雷岩心的。若将上述实验数据与相同人工岩心数据对比，其方法的稳定性偏低。另一种方法是采取就同一岩心在硫酸盐垢系统中进行驱替和压力测试。FW和SW两种连续混合注入方式按照不同的FW/SW比例在同一岩心内进行试验。在两种注入方式过程中不同的表皮系数斜率值均有所增加，用以确定两种硫酸盐垢损害系数。一组连续的混合注入实验完成后，据所提出的方法分析结果，所得到的系数值同实验得出的突破混度值相符合。
 

 

图一

    对于生产井的地层损害而言，硫酸钡沉淀是其主要物理机理。通常海上油田注水水源是海水，海水中富含阴离子。如果地层水包含阳离子，经混合注入后，地层水会出现硫酸钡沉淀（见图1）。同样反应发生于硫酸盐阴离子和锶、钙或其它金属阳离子之间。地层水与海水的混合区域内易发生硫酸盐沉淀。注水时在注水井到生产井井底地间之间所形成的混合区域持续向生产井方向移动（即当混合区域经过井网时，其在很短时间内会在油藏井网内形成聚集（Fig.1b）。混合区域移动所形成的沉淀就地层孔隙空间而言，仅占一小部分，并不能降低地层渗透率。地层水/海水持续混流至生产井区域，而生产井所产出液中包括来自高渗透地层的注入水和来自低渗透地层的地层产出水。不同长度的流线将注入水和地层水混合流进生产井内。因此，生产井区域内的混合液的高流速行为将促使硫酸盐沉淀、聚集，最终导致油井产量降低。

    依条件建立数学模型

    可有效预测结垢形成

    依据模型系数建立的数学模型可对硫酸盐垢形成影响油井产量进行有效预测。通过混合注入的试验室岩心驱替实验结果可确定模型系数的数值。混合注入FW/SW试验（FW/SW比率按9:1，3:1，1:1和1:3）测定在各种比率的驱替方式下的流量与压降之间的关系。结果显示FW中的硫酸钡沉淀浓度值与SW中的硫酸锶沉淀浓度值分别为210ppm和2300ppm。所注入钡/锶沉淀比率分别为0.82，0.27，0.09和0.03。随着钡/锶沉淀比率值降低，其对地层损害的影响也随之降低。

    硫酸盐垢地层损害的正负面问题数学模型相关主要假设情况，硫酸盐阴离子与钡，锶，钙阳离子之间的单向反应；第二阶化学反应动力学活动质量律，尚未穿过岩石面瞬时析出的所有盐类，设沉淀浓度值为常数、其反应速率值不变；设试剂容量值不变条件下的“两种试剂的水溶液和固体沉淀”的化学反应；恒温设定，忽略试剂弥散损失。

    假设试验条件是钡与硫酸盐之间产生的单向化学反应遵循有效质量定律。这种假说有效次数较小，与盐和其水溶液之间的热力学平衡关系相距甚远。试验次数少则沉积浓度低。只有长时间试验才能实现溶解动力学理论基础下，在水中的固体沉淀反应。对低沉积浓度而言，可假定反应速度值为常数，其与沉积浓度无关。迅速析出并形成的硫酸盐也为假定条件（即：动力学理论基础下的晶体生长被忽略）。

    系统中包含两类FW/SW混合流动相关化学反应方程式，即阴离子钡相关质量平衡方程式，硫酸盐阴离子以及沉积盐，根据修正达西定律计算分析盐沉积对地层渗透率值的影响，分析模型相关方程式研究拟稳定态的岩心驱替。该模型同时可以据压力数据确定硫酸盐垢损害参数值。

    同一地层岩心连续注入模式 试验方法是FW/SW水按不同的比例混合注入，同时测量其与压降之间的变化关系。通过模型数据得出的密集硫酸盐沉淀相关的压降曲线偏离（原文Fig.4）显示：盐沉淀会改变再进一步反应与沉淀过程中对基体表面及条件。因此，在第二次驱替模型过程中，必须对首次驱替过程中的硫酸盐沉淀设定为最小值。在完成驱替试验后，绘制出无因此时间与线性关系之间的阻抗关系，系统则转至第二次驱替。

    注水方案中深虑床过滤的注水颗粒所导致注水量下降情况与上述情况相似，建模滤失系数值反应岩石表面捕获粒子强度的大小。通过同一β值反应因留存粒子累加所导致渗透率值降低的原因。由于混合岩石驱替试验的是FW/SW,注入损害系数λ与β可通过岩心出水颗粒浓度值与压降的变化特性来确定。可加信息替代复杂、麻烦的突破浓度测量作为岩心首段压降过程的方法，同时需要在一些岩心中间点处附加测量。对于油田现场硫酸盐垢测量来说，可加信息可由混合岩心驱替过程中不同的FW/SW比值来确定。

    数学模型中常量λ表示在岩心驱替混合注入FW/SW时，线性压降增长的情况。试验数据显示其仅发生于低沉积浓度值出现的时候，当浓度值升高时，试验数据显示非线性情况。

    通过三次试验得出的压力测量值确定垢损害参数的推荐方法，对于岩心驱替线性周期关系是有效地。通过一次试验显示，上述方法在刚开始注入时密集沉积和非线性情况出现时，其试验结果视为无效。

    盐在水中的非平衡溶解以及λ对沉积浓度的依赖关系必须在数学模型中进行计算，并由FW/SW对混合岩心驱替所绘制出非线性阻抗曲线。对两组按序混合岩心驱替的不相溶水，按不同FW/SW比例，在同一岩心内试验所得出的数据进行分析，得出结论如下：两个碳酸盐垢损害参数λ和β能通过一组单一岩心按两种不同比例的FW/SW，进行两次混合岩心驱替实验得出。对上述方法的稳定性而言，选用人工岩心明显高于天然地层岩心。 [复制 收藏 ]