與
水驅(qū)方案相關(guān)的膠結(jié)差地層和注入水的問題主要是硫酸鋇和硫酸鍶結(jié)垢。硫酸鋇所結(jié)成垢可造成生產(chǎn)井近井地段的地層損害。
注水井中的硫酸鋇和鍶析出，隨即因滲透率值降低會(huì)造成油井產(chǎn)量損失，這兩種因素均是造成上述地層損害的主要原因。高硫酸根離子的注入水和高濃度鋇、鈣和/或鍶離子的地層水產(chǎn)生化學(xué)不相容性。其結(jié)果將降低油井產(chǎn)量，影響水驅(qū)方案的經(jīng)濟(jì)性。
預(yù)測(cè)模型
需嚴(yán)格選取模型系數(shù)對(duì)注水井結(jié)垢問題進(jìn)行可靠預(yù)測(cè)并有助于制定注水方案的一套模型，其可計(jì)算出相關(guān)結(jié)垢趨勢(shì)、類型及潛在嚴(yán)重程度。對(duì)可信任的預(yù)測(cè)模型必須選用熟知模型系數(shù)參數(shù)值。
硫酸鹽垢數(shù)學(xué)模型包括兩個(gè)表象參數(shù)：λ有效質(zhì)量定律相關(guān)化學(xué)反應(yīng)顯示反應(yīng)和生成速度，β導(dǎo)致滲透率降低的硫酸鹽沉淀情況。兩個(gè)參數(shù)的大小均取決于巖石表面礦學(xué)、孔隙空間結(jié)構(gòu)、溫度、鹵水離子強(qiáng)度。因此，這些參數(shù)對(duì)天然油藏進(jìn)行理論計(jì)算，且必須通過巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論。試劑和沉淀反應(yīng)物剖面中的活性流體是非均質(zhì)性的。
因此，硫酸鹽損害系數(shù)不能通過試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果得到，只能通過反問題解決方法對(duì)實(shí)驗(yàn)巖心驅(qū)替數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后得出。λ可通過混合注入水FW和SW以擬正常驅(qū)替狀態(tài)下的突破濃度值計(jì)算得出，β值通過注入量增加注水壓力降來確定。
以往使用的數(shù)據(jù)是取自相同人造巖心進(jìn)行驅(qū)替實(shí)驗(yàn)。由于沒有天然巖心，故采用該方對(duì)將真實(shí)地層巖心實(shí)驗(yàn)是很困難的。
在本文中，是將不相溶水以混合注入方式注進(jìn)天然貝雷巖心的。若將上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與相同人工巖心數(shù)據(jù)對(duì)比，其方法的穩(wěn)定性偏低。另一種方法是采取就同一巖心在硫酸鹽垢系統(tǒng)中進(jìn)行驅(qū)替和壓力測(cè)試。FW和SW兩種連續(xù)混合注入方式按照不同的FW/SW比例在同一巖心內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)。在兩種注入方式過程中不同的表皮系數(shù)斜率值均有所增加，用以確定兩種硫酸鹽垢損害系數(shù)。一組連續(xù)的混合注入實(shí)驗(yàn)完成后，據(jù)所提出的方法分析結(jié)果，所得到的系數(shù)值同實(shí)驗(yàn)得出的突破混度值相符合。
圖一
對(duì)于生產(chǎn)井的地層損害而言，硫酸鋇沉淀是其主要物理機(jī)理。通常海上油田注水水源是海水，海水中富含陰離子。如果地層水包含陽離子，經(jīng)混合注入后，地層水會(huì)出現(xiàn)硫酸鋇沉淀（見圖1）。同樣反應(yīng)發(fā)生于硫酸鹽陰離子和鍶、鈣或其它金屬陽離子之間。地層水與海水的混合區(qū)域內(nèi)易發(fā)生硫酸鹽沉淀。注水時(shí)在注水井到生產(chǎn)井井底地間之間所形成的混合區(qū)域持續(xù)向生產(chǎn)井方向移動(dòng)（即當(dāng)混合區(qū)域經(jīng)過井網(wǎng)時(shí)，其在很短時(shí)間內(nèi)會(huì)在油藏井網(wǎng)內(nèi)形成聚集（Fig.1b）。混合區(qū)域移動(dòng)所形成的沉淀就地層孔隙空間而言，僅占一小部分，并不能降低地層滲透率。地層水/海水持續(xù)混流至生產(chǎn)井區(qū)域，而生產(chǎn)井所產(chǎn)出液中包括來自高滲透地層的注入水和來自
低滲透地層的地層產(chǎn)出水。不同長(zhǎng)度的流線將注入水和地層水混合流進(jìn)生產(chǎn)井內(nèi)。因此，生產(chǎn)井區(qū)域內(nèi)的混合液的高流速行為將促使硫酸鹽沉淀、聚集，最終導(dǎo)致油井產(chǎn)量降低。
依條件建立數(shù)學(xué)模型
可有效預(yù)測(cè)結(jié)垢形成
依據(jù)模型系數(shù)建立的數(shù)學(xué)模型可對(duì)硫酸鹽垢形成影響油井產(chǎn)量進(jìn)行有效預(yù)測(cè)。通過混合注入的試驗(yàn)室?guī)r心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)結(jié)果可確定模型系數(shù)的數(shù)值。混合注入FW/SW試驗(yàn)（FW/SW比率按9:1，3:1，1:1和1:3）測(cè)定在各種比率的驅(qū)替方式下的流量與壓降之間的關(guān)系。結(jié)果顯示FW中的硫酸鋇沉淀濃度值與SW中的硫酸鍶沉淀濃度值分別為210ppm和2300ppm。所注入鋇/鍶沉淀比率分別為0.82，0.27，0.09和0.03。隨著鋇/鍶沉淀比率值降低，其對(duì)地層損害的影響也隨之降低。
硫酸鹽垢地層損害的正負(fù)面問題數(shù)學(xué)模型相關(guān)主要假設(shè)情況，硫酸鹽陰離子與鋇，鍶，鈣陽離子之間的單向反應(yīng)；第二階化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)活動(dòng)質(zhì)量律，尚未穿過巖石面瞬時(shí)析出的所有鹽類，設(shè)沉淀濃度值為常數(shù)、其反應(yīng)速率值不變；設(shè)試劑容量值不變條件下的“兩種試劑的水溶液和固體沉淀”的化學(xué)反應(yīng)；恒溫設(shè)定，忽略試劑彌散損失。
假設(shè)試驗(yàn)條件是鋇與硫酸鹽之間產(chǎn)生的單向化學(xué)反應(yīng)遵循有效質(zhì)量定律。這種假說有效次數(shù)較小，與鹽和其水溶液之間的熱力學(xué)平衡關(guān)系相距甚遠(yuǎn)。試驗(yàn)次數(shù)少則沉積濃度低。只有長(zhǎng)時(shí)間試驗(yàn)才能實(shí)現(xiàn)溶解動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ)下，在水中的固體沉淀反應(yīng)。對(duì)低沉積濃度而言，可假定反應(yīng)速度值為常數(shù)，其與沉積濃度無關(guān)。迅速析出并形成的硫酸鹽也為假定條件（即：動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ)下的晶體生長(zhǎng)被忽略）。
系統(tǒng)中包含兩類FW/SW混合流動(dòng)相關(guān)化學(xué)反應(yīng)方程式，即陰離子鋇相關(guān)質(zhì)量平衡方程式，硫酸鹽陰離子以及沉積鹽，根據(jù)修正達(dá)西定律計(jì)算分析鹽沉積對(duì)地層滲透率值的影響，分析模型相關(guān)方程式研究擬穩(wěn)定態(tài)的巖心驅(qū)替。該模型同時(shí)可以據(jù)壓力數(shù)據(jù)確定硫酸鹽垢損害參數(shù)值。
同一地層巖心連續(xù)注入模式 試驗(yàn)方法是FW/SW水按不同的比例混合注入，同時(shí)測(cè)量其與壓降之間的變化關(guān)系。通過模型數(shù)據(jù)得出的密集硫酸鹽沉淀相關(guān)的壓降曲線偏離（原文Fig.4）顯示：鹽沉淀會(huì)改變?cè)龠M(jìn)一步反應(yīng)與沉淀過程中對(duì)基體表面及條件。因此，在第二次驅(qū)替模型過程中，必須對(duì)首次驅(qū)替過程中的硫酸鹽沉淀設(shè)定為最小值。在完成驅(qū)替試驗(yàn)后，繪制出無因此時(shí)間與線性關(guān)系之間的阻抗關(guān)系，系統(tǒng)則轉(zhuǎn)至第二次驅(qū)替。
注水方案中深慮床過濾的注水顆粒所導(dǎo)致注水量下降情況與上述情況相似，建模濾失系數(shù)值反應(yīng)巖石表面捕獲粒子強(qiáng)度的大小。通過同一β值反應(yīng)因留存粒子累加所導(dǎo)致滲透率值降低的原因。由于混合巖石驅(qū)替試驗(yàn)的是FW/SW,注入損害系數(shù)λ與β可通過巖心出水顆粒濃度值與壓降的變化特性來確定。可加信息替代復(fù)雜、麻煩的突破濃度測(cè)量作為巖心首段壓降過程的方法，同時(shí)需要在一些巖心中間點(diǎn)處附加測(cè)量。對(duì)于油田現(xiàn)場(chǎng)硫酸鹽垢測(cè)量來說，可加信息可由混合巖心驅(qū)替過程中不同的FW/SW比值來確定。
數(shù)學(xué)模型中常量λ表示在巖心驅(qū)替混合注入FW/SW時(shí)，線性壓降增長(zhǎng)的情況。試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示其僅發(fā)生于低沉積濃度值出現(xiàn)的時(shí)候，當(dāng)濃度值升高時(shí)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示非線性情況。
通過三次試驗(yàn)得出的壓力測(cè)量值確定垢損害參數(shù)的推薦方法，對(duì)于巖心驅(qū)替線性周期關(guān)系是有效地。通過一次試驗(yàn)顯示，上述方法在剛開始注入時(shí)密集沉積和非線性情況出現(xiàn)時(shí)，其試驗(yàn)結(jié)果視為無效。
鹽在水中的非平衡溶解以及λ對(duì)沉積濃度的依賴關(guān)系必須在數(shù)學(xué)模型中進(jìn)行計(jì)算，并由FW/SW對(duì)混合巖心驅(qū)替所繪制出非線性阻抗曲線。對(duì)兩組按序混合巖心驅(qū)替的不相溶水，按不同F(xiàn)W/SW比例，在同一巖心內(nèi)試驗(yàn)所得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出結(jié)論如下：兩個(gè)碳酸鹽垢損害參數(shù)λ和β能通過一組單一巖心按兩種不同比例的FW/SW，進(jìn)行兩次混合巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)得出。對(duì)上述方法的穩(wěn)定性而言，選用人工巖心明顯高于天然地層巖心。 [
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